Samoregulace v biologii je ... Pojem samoregulace živých systémů

Samoregulace v biologii je jednou z nejdůležitějších vlastností živého systému, spočívající v automatické instalaci a údržbě určité úrovně parametrů nezbytných pro normální fungování. Podstatou tohoto procesu je, že se externí vlivy nestanou správci. Faktory, které vedou změny, se vytvářejí v rámci samoregulačního systému a přispívají k vytváření dynamické rovnováhy. Procesy, které vznikají v tomto případě, mohou mít cyklický charakter, blednutí a obnovení, neboť určité podmínky se zhroutí nebo zmizí.

Samoregulace: význam biologického termínu

Jakýkoli živý systém, od buněk po biogeocenosis, je neustále vystaven vnějším faktorům. Změna teplotních podmínek, vlhkost, konečná úprava potravin nebo konkurence mezi jednotlivými druhy se stává přísnější - příklady mohou být hromadné. V tomto případě závisí životaschopnost jakéhokoli systému na jeho schopnosti udržet konzistenci vnitřního prostředí (homeostázu). Je to dosažení tohoto cíle a existuje samoregulace. Definice koncepce znamená, že změny ve vnějším prostředí nejsou okamžitými faktory ovlivňujícími. Jsou přeměněny na signály, které způsobují tuto nebo takovou nerovnováhu a vedou k zahájení samoregulačních mechanismů, jejichž cílem je obnovit systém do stabilního stavu. Na každé úrovni vypadá tato interakce faktorů odlišná, abychom pochopili, co je samoregulace, a zabývejme se podrobněji.

Úrovně organizace živé hmoty

Moderní přírodní věda dodržuje koncept, že všechny přírodní a společenské objekty jsou systémy. Skládají se ze samostatných prvků, které neustále pracují podle některých zákonů. Živé objekty nejsou výjimkou tohoto pravidla, jsou to také systémy s vnitřní hierarchií a víceúrovňovou strukturou. A struktura má jednu zajímavou vlastnost. Každý systém může současně představovat prvek vyšší úrovně a být sbírkou (tedy stejným systémem) úrovně nižšího řádu. Například strom je prvek lesa a současně mnohobuněčný systém.

Abychom se vyhnuli nejasnostem, v biologii je obvyklé zvážit čtyři základní úrovně organizace žijící:

• molekulární genetika;
• ontogenetický (organismus - od buňky k osobě);
• populace specifické;
• biogeocenotický (úroveň ekosystému).

Metody samoregulace

Procesy, které probíhají na každé z těchto úrovní, jsou vnější měřítka odlišné, používané energetickými zdroji a jejich výsledky, ale jsou v podstatě podobné. Jsou založeny na stejných metodách samoregulace systémů. Především je to mechanismus zpětné vazby. Je možné ve dvou verzích: pozitivní a negativní. Připomeňme si, že přímá komunikace zahrnuje přenos informací z jednoho prvku systému do druhého, obráceně probíhá v opačném směru, od druhého po první. V tomto případě oba z nich změní stav přijímající komponenty.

Pozitivní zpětná vazba vede k tomu, že procesy, o nichž první prvek informoval druhou, jsou pevné a nadále prováděny. Tento proces je základem jakéhokoli růstu a rozvoje. Druhý prvek neustále sděluje prvnímu prvku o nutnosti pokračovat ve stejných procesech. Současně je narušena stabilita systému.

Hlavní mechanismus

Jinak to funguje negativní zpětnou vazbu. To vede k objevení nových změn, opaku těch, o kterých první prvek informoval druhý. Výsledkem je, že procesy, které narušují rovnováhu, jsou eliminovány a ukončeny a systém opět stává stabilní. Jednoduchá analogie je funkce železa: určitá teplota je signál pro vypnutí topný prvek. Negativní zpětná vazba je jádrem všech procesů spojených s udržováním homeostázy.

Integrita

Samoregulace v biologii je proces, který proniká všemi uvedenými úrovněmi. Jejím cílem je zachovat dynamickou rovnováhu, stálost vnitřního prostředí. Vzhledem k všeobjímajícímu procesu je samoregulace centrem mnoha oblastí přírodních věd. V biologii to je cytologie, fyziologie zvířat a rostlin, ekologie. Každá disciplína se zabývá samostatnou úrovní. Zvažme, co je samoregulace, v základních fázích organizace živých.

Intracelulární úroveň

V každé buňce se chemické mechanismy používají především k udržení stabilní rovnováhy vnitřního prostředí. Hlavním úkolem v regulaci hraje kontrola genů, na kterých závisí produkce bílkovin.

Cyklická povaha průběhů procesů lze snadno vysledovat příkladem enzymových řetězců potlačených konečnými produkty. Účel činnosti těchto subjektů při zpracování komplexních látek na jednodušší. Konečný produkt má podobnou strukturu jako první enzym v řetězci. Tato vlastnost hraje klíčovou roli při udržování homeostázy. Produkt se váže na enzym a potlačuje jeho aktivitu v důsledku silné změny struktury. K tomu dochází teprve poté, co koncentrace konečné látky překročila přípustnou úroveň. Výsledkem je, že fermentační proces se zastaví a konečný produkt je již používán klecí pro vlastní potřeby. Po určitou dobu hladina látky klesne pod povolenou hodnotu. To je signál pro počáteční fermentaci: protein je oddělený od enzymu, inhibice procesu se zastaví a vše začíná znovu.

Zvyšování složitosti

Samoregulace v přírodě je vždy založena na principu zpětné vazby a obecně pokračuje podle podobného scénáře. Na každé další úrovni se však objevují faktory, které komplikují proces. Pro buňku je důležitá stálost vnitřního prostředí, která udržuje určitou koncentraci různých látek. Na další úrovni je proces samoregulace navržen tak, aby vyřešil mnoho dalších problémů. Proto se mnohobuněčné organismy objevují v celých systémech, které podporují homeostázu. To je respirační systém, vybíjení, cirkulaci a podobně. Studie evoluce živočišného a rostlinného světa snadno ukazuje, jak se mechanismy samoregulace zlepšují, jelikož se struktura a vnější podmínky stávají komplikovanějšími.

Úroveň organismu

Konzistence vnitřního prostředí je nejlépe zachována u savců. Základem pro rozvoj samoregulace a jejího provádění je nervózní a humorální systém. Neustále interagují, řídí procesy, které se vyskytují v těle, přispívají k vytváření a udržování dynamické rovnováhy. Mozek přijímá signály z nervových vláken přítomných v každé části těla. Informace, které teče z endokrinních žláz, také táhnou dolů. Vzájemné propojení nervové a hormonální regulace přispívá k téměř okamžité restrukturalizaci probíhajících procesů.

Zpětná vazba

Práce systému lze sledovat na příkladu udržování krevního tlaku. Všechny změny v tomto ukazateli jsou zachyceny speciálními receptory umístěnými na nádobách. Zvýšit nebo snížení tlaku ovlivňuje protažení stěn kapilár, žil a tepen. Právě tyto změny reagují receptory. Signál se přenáší do cévních center a z nich pokračuje "návod", jak napravit tón cév a srdeční činnost. Systém neurohumorální regulace je také spojen. V důsledku toho se tlak vrací do normálu. Je snadné si uvědomit, že stejný mechanismus zpětné vazby leží v srdci harmonické práce regulačního systému.

V čele všech

Samoregulace, určení určitých úprav činnosti organismu, je základem všech změn v těle, jeho reakcí na vnější podněty. Stres a trvalá zatížení mohou vést k hypertrofii některých orgánů. Příkladem toho jsou rozvinuté svaly sportovců a zvýšené plíce fanoušků freedivingu. Stres je často onemocnění. Hypertrofie srdce není neobvyklé u lidí s diagnózou obezity. To je odpověď těla na potřebu zvýšit zátěž čerpání krve.

Mechanismy samoregulace spočívají ve fyziologických reakcích, které se vyskytují během strachu. Jako krev je vyvolána velké množství hormonu adrenalinu, který způsobuje řadu změn: zvýšení spotřeby kyslíku, zvýšení množství glukózy, zvýšení srdeční frekvence a mobilizaci pohybového aparátu. Celková bilance je zachována díky splacení činnosti jiných složek, zpomaluje trávení, sexuální reflexy mizí.

Dynamická rovnováha

Je třeba poznamenat, že homeostáza, na jakékoliv úrovni, která je zachována, není absolutní. Všechny parametry vnitřního prostředí jsou udržovány v určitém rozsahu hodnot a neustále kmity. Proto hovoří o dynamické rovnováze systému. Zároveň je důležité, aby hodnota určitého parametru nepřekročila tzv. Oscilační koridor, jinak může být proces patologický.

Udržitelnost a samoregulace ekosystému

Biogeocenóza (ekosystém) se skládá ze dvou vzájemně propojených struktur: biocenózy a biotopu. První je celý soubor živých bytostí dané oblasti. Biotopy jsou faktory neživého prostředí, kde žije biocenozní látka. Environmentální podmínky, které neustále ovlivňují organismy, jsou rozděleny do tří skupin:

• abiotické faktory prostředí: teplota, světlo, vlhkost a další prvky neživé povahy;
• biotický environmentální faktory: vliv některých organismů na jiné, jsou rozděleny do konkurence, symbiózy, parazitismu a predátorství;
• antropogenní environmentální faktory - vliv člověka.

Zachování homeostázy znamená blaho organismů v podmínkách konstantní expozice vnějšímu prostředí a měnících se vnitřních faktorů. Samoregulace podpůrné biogeocenózy je založena především na systému trofických spojení. Jedná se o relativně uzavřený řetězec, kterým proudí energie. Výrobci (rostliny a hemobakterii), kteří ji ze slunce nebo z chemických reakcí a vytváří s ní organické látky, které jsou přiváděny konzumenti (býložravci, masožravci, všežravci) o několik řádů. V poslední fázi cyklu jsou rozkladače (bakterie, některé druhy červů), které rozkládají organickou hmotu do jejích prvků. Jsou opět zavedeny do systému ve formě potravin pro výrobce.

Konstanta cyklu je zajištěna skutečností, že na každé úrovni existuje několik druhů živých bytostí. Pokud některý z nich vypadne z řetězce, jsou nahrazeny podobnou funkcí.

Vnější dopad

Udržování homeostázy je doprovázeno konstantní expozicí zvenčí. Změna v podmínkách ekosystému vede k potřebě upravit vnitřní procesy. Existuje několik kritérií udržitelnosti:

• vysoký a vyvážený reprodukční potenciál jedinců;
• přizpůsobení jednotlivých organismů měnícím se podmínkám prostředí;
• druhovou rozmanitost a rozvětvené potravinové řetězce.

Tyto tři podmínky pomáhají zachovat ekosystém ve stavu dynamické rovnováhy. Na úrovni biogeocenózy tedy samoregulace v biologii je reprodukce jedinců, zachování počtu a odolnost vůči environmentálním faktorům. V tomto případě, jako v případě samostatného organismu, rovnováha systému nemůže být absolutní.

Pojem samoregulace živých systémů rozšiřuje popsané vzorce na lidské komunity a sociální instituce. Jeho principy jsou široce používány i v psychologii. Ve skutečnosti je to jedna ze základních teorií moderních přírodních věd.