Samoregulacija v biologiji je ... Koncept samoregulacije živih sistemov

Samoregulacija v biologiji je ena najpomembnejših lastnosti živega sistema, ki vključuje avtomatsko namestitev in vzdrževanje določene ravni parametrov, potrebnih za normalno delovanje. Bistvo procesa je, da zunanji vplivi ne postanejo vodje. Faktorji, ki vodijo spremembe, se oblikujejo znotraj samoregulacijskega sistema in prispevajo k ustvarjanju dinamičnega ravnovesja. Procesi, ki se pojavljajo v tem primeru, so lahko ciklične narave, se zbledijo in nadaljujejo, ko se nekateri pogoji zrušijo ali izginejo.

Samoregulacija: pomen biološkega izraza

Vsak živi sistem, od celice do biogeocenoze, je nenehno izpostavljen zunanjim dejavnikom. Spremembe temperaturnih pogojev, vlaga, končna obdelava ali medsektorska konkurenca postanejo strožji - primeri so lahko masni. V tem primeru je sposobnost preživetja katerega koli sistema odvisna od njene sposobnosti, da ohranja skladnost notranjega okolja (homeostaza). Gre za doseganje tega cilja in samoregulacija. Opredelitev pojma pomeni, da spremembe v zunanjem okolju niso neposredni dejavniki vpliva. Preoblikujeta se v signale, ki povzročajo to ali drugo neravnovesje in vodijo k uvajanju mehanizmov samoregulacije, katerih namen je obnoviti sistem v stabilno stanje. Na vsaki stopnji ta interakcija dejavnikov izgleda drugačna, zato da bi razumeli, kaj je samoregulacija, se na njih bolj podrobno posvetimo.

Raven organizacije živih snovi

Sodobna naravoslovna znanost spoštuje koncept, da so vsi naravni in socialni objekti sistemi. Sestavljajo jih ločeni elementi, ki v skladu z nekaterimi zakoni stalno interagirajo. Živi predmeti niso izjema od tega pravila, temveč tudi sistemi s svojo notranjo hierarhijo in strukturo na več ravneh. In struktura ima eno zanimivo funkcijo. Vsak sistem lahko istočasno predstavlja element višjega nivoja in je zbirka (to je v istem sistemu) ravni nižjega reda. Na primer, drevo je element gozda in hkrati večcelični sistem.

Da bi se izognili zmedi, je v biologiji običajno upoštevati štiri osnovne ravni organizacije življenja:

• molekularno-genetski;
• ontogenetski (organizem - od celice do človeka);
• specifične za prebivalstvo;
• biogeocenotika (raven ekosistema).

Metode samoregulacije

Procesi, ki se odvijajo na vsaki od teh ravni, so navidezno drugačni po obsegu, ki jih uporabljajo viri energije in njihovi rezultati, vendar so v bistvu podobni. Temelji na enakih metodah samoregulacije sistemov. Najprej je to mehanizem povratnih informacij. Možno je v dveh različicah: pozitivnih in negativnih. Spomnimo se, da neposredna komunikacija vključuje prenos informacij iz enega elementa sistema v drugega, obratno izid v nasprotni smeri, od drugega do prvega. V tem primeru obe spremenita stanje komponente prejemnika.

Pozitivne povratne informacije vodijo k dejstvu, da so postopki, o katerih je prvi element obvestil drugi, določeni in se še naprej izvajajo. Takšen proces je osnova za vsako rast in razvoj. Drugi element nenehno opozarja na potrebo po nadaljevanju istih procesov. Hkrati je motena stabilnost sistema.

Glavni mehanizem

V nasprotnem primeru deluje negativne povratne informacije. Privede do novih sprememb, nasprotnih tistih, o katerih je prvi element obvestil drugo. Posledično se odstranijo in zaključijo procesi, ki kršijo ravnovesje, in sistem ponovno postane stabilen. Preprosta analogija je delovanje železa: določena temperatura je signal za izklop grelni element. Negativne povratne informacije so v središču vseh procesov, povezanih z vzdrževanjem homeostaze.

Celovitost

Samoregulacija v biologiji je proces, ki prežema vse omenjene ravni. Njegov namen je ohraniti dinamično ravnovesje, nespremenljivost notranjega okolja. Zaradi vseobsegajočega procesa samoregulacija leži v središču številnih področij naravoslovja. V biologiji to je citologija, fiziologija živali in rastlin, ekologija. Vsaka disciplina obravnava ločeno raven. Razmislimo, kaj je samoregulacija na osnovnih stopnjah organizacije živih.

Intracelularna raven

V vsaki celici se kemični mehanizmi uporabljajo predvsem za vzdrževanje stabilnega ravnovesja notranjega okolja. Med njimi glavno vlogo pri urejanju igra nadzor genov, na katerih je odvisna proizvodnja beljakovin.

Ciklično naravo poteka procesov je mogoče enostavno izslediti na primeru encimskih verig, ki jih potisnejo končni izdelki. Namen dejavnosti teh subjektov pri predelavi kompleksnih snovi v enostavnejše. Končni izdelek je v strukturi podoben prvemu encimu v verigi. Ta lastnost igra ključno vlogo pri vzdrževanju homeostaze. Izdelek se veže na encim in zavira njegovo delovanje zaradi močne spremembe v strukturi. To se zgodi šele, ko koncentracija končne snovi presega dovoljeno raven. Posledično se proces fermentacije ustavi in ​​končni izdelek že uporablja kletka za lastne potrebe. Čez nekaj časa raven snovi pade pod dovoljeno vrednost. To je signal za začetek fermentacije: beljakovina se odstrani iz encima, zaviranje procesa se ustavi in ​​vse se začne ponovno.

Vse večja kompleksnost

Samoregulacija v naravi vedno temelji na načelu povratnih informacij in na splošno poteka v skladu s podobnim scenarijem. Vendar pa se na vsaki naslednji ravni pojavijo dejavniki, ki otežujejo proces. Za celico je pomembna konstantnost notranjega okolja, ki ohranja določeno koncentracijo različnih snovi. Na naslednji stopnji je proces samoregulacije zasnovan za reševanje še več težav. Zato se pojavljajo večcelični organizmi celotni sistemi, ki podpirajo homeostazo. To je dihalni sistem, izpust, cirkulacija in podobno. Raziskava o razvoju sveta živali in rastlin je jasno razvidna, kako se izboljšujejo mehanizmi samoregulacije, saj struktura in zunanji pogoji postanejo bolj zapleteni.

Raven organizma

Skladnost notranjega okolja se najbolje vzdržuje pri sesalcih. Osnova za razvoj samoregulacije in njeno izvajanje je živčni in humoralni sistem. Stalno komunicirajo, nadzirajo procese, ki se pojavljajo v telesu, prispevajo k ustvarjanju in vzdrževanju dinamičnega ravnovesja. Možgani prejemajo signale iz živčnih vlaken, ki so prisotni v vsakem delu telesa. Informacije, ki izhajajo iz endokrinih žlez, prav tako tečejo tukaj. Medsebojno povezovanje živčnega in hormonskega sistema prispeva k skoraj trenutnemu prestrukturiranju tekočih procesov.

Povratne informacije

Delo sistema je mogoče izslediti na primeru vzdrževanja krvnega tlaka. Vse spremembe tega indikatorja zajemajo posebni receptorji na plovilih. Povečajte ali zmanjšanje pritiska vpliva na raztezanje sten kapilar, vene in arterije. Na te spremembe reagirajo receptorji. Signal se prenaša v žilne centre in od njih nadaljujejo "navodila", kako popraviti ton posod in srčne aktivnosti. Povezan je tudi sistem regulacije nevrohumorala. Posledično se tlak vrne v normalno stanje. Preprosto je videti, da je isti mehanizem povratnih informacij v osrčju skladnega dela regulativnega sistema.

Na čelu vseh

Samoregulacija, določitev določenih prilagoditev v delovanju organizma, temelji na vseh spremembah v telesu, njegovih reakcijah na zunanje dražljaje. Stres in trajna obremenitev lahko privedejo do hipertrofije nekaterih organov. Primer tega so razvite mišice športnikov in povečana pljuča ljubiteljev freediving. Stres je pogosto bolezen. Hipertrofija srca ni pri ljudeh z debelostjo neobičajna. To je odziv telesa na potrebo po povečanju bremena krvnih črpalk.

Mehanizmi samoregulacije ležijo v osnovi fizioloških reakcij, ki se pojavijo med strahom. V krvi se sprosti velika količina adrenalinskega hormona, kar povzroča številne spremembe: povečano porabo kisika, povečano količino glukoze, zvišan srčni utrip in mobilizacijo mišičnega sistema. V tem primeru se ohrani celotno stanje zaradi vračila aktivnosti drugih komponent: prebavo se upočasni, spolni refleksi izginejo.

Dinamično ravnovesje

Treba je opozoriti, da homeostaza, na kateri koli ravni je ohranjena, ni absolutna. Vsi parametri notranjega okolja se ohranjajo znotraj določenega obsega vrednosti in nenehno nihajo. Zato govorijo o dinamičnem ravnotežju sistema. Hkrati je pomembno, da vrednost določenega parametra ne presega tako imenovanega oscilacijskega koridorja, sicer lahko proces postane patološki.

Trajnost in samoregulacija ekosistema

Biogeocenoza (ekosistem) sestavljajo dve medsebojno povezani strukturi: biocenoza in biotop. Prvi je celoten nabor živih bitij danega območja. Biotopi so dejavniki neživega okolja, v katerem živi biocenoza. Okoljske razmere, ki nenehno prizadenejo organizme, so razdeljene v tri skupine:

• abiotični okoljski dejavniki: temperatura, svetloba, vlažnost in drugi elementi nežive narave;
• biotski okoljski dejavniki: vpliv nekaterih organizmov na druge, so razdeljeni na konkurenco, simbiozo, parazitizem in plenilstvo;
• antropogeni okoljski dejavniki - človeški vpliv.

Ohranjanje homeostaze pomeni dobro počutje organizmov v pogojih stalne izpostavljenosti zunanjemu okolju in spreminjanju notranjih dejavnikov. Podporna samoregulacija biogeocenoze temelji predvsem na sistemu trofičnih povezav. So relativno zaprta veriga, skozi katero teče energija. Proizvajalci (rastline in hemobakterije) jo prejmejo od sonca ali kot posledica kemičnih reakcij, ustvarijo s svojo pomočjo organsko snov, ki jo porabijo potrošniki (rastlinjake, plenilci, omnivori) več naročil. Na zadnji stopnji cikla so razgrajevalci (bakterije, nekatere vrste črvov), ki razgrajujejo organsko snov v svoje sestavne elemente. V sistem se ponovno vključijo v obliki hrane za proizvajalce.

Konstantnost cikla je zagotovljena z dejstvom, da na vsaki ravni obstaja več vrst živih bitij. Če kateri od njih pade iz verige, jih zamenja podobna funkcija.

Zunanji vpliv

Vzdrževanje homeostaze spremlja stalna izpostavljenost zunaj. Spreminjanje pogojev ekosistemov vodi v potrebo po prilagajanju notranjih procesov. Obstaja več meril za trajnost:

• visok in uravnotežen reproduktivni potencial posameznikov;
• prilagoditev posameznih organizmov na spreminjajoče se okoljske pogoje;
• raznolikost vrst in razvejane prehranske verige.

Ti trije pogoji pomagajo vzdrževati ekosistem v stanju dinamičnega ravnovesja. Tako je na ravni biogeocenoze samoregulacija v biologiji reprodukcija posameznikov, ohranjanje števila in odpornost na okoljske dejavnike. V tem primeru, kot v primeru ločenega organizma, ravnovesje sistema ne more biti absolutno.

Koncept samoregulacije živih sistemov razširja opisane vzorce na človeške skupnosti in socialne institucije. Njena načela se pogosto uporabljajo tudi v psihologiji. Dejansko je to ena temeljnih teorij sodobne naravoslovne znanosti.