Samoregulácia v biológii je ... Koncept samoregulácie živých systémov

Samoregulácia v biológii je jednou z najdôležitejšíchvlastnosti živého systému, spočívajúce v automatickej inštalácii a údržbe určitej úrovne parametrov potrebných pre bežnú prevádzku. Podstatou tohto procesu je, že sa žiadne vonkajšie vplyvy nestanú manažérmi. Faktory, ktoré riadia zmenu, sú vytvorené v rámci samoregulačného systému a prispievajú k vytváraniu dynamickej rovnováhy. Procesy, ktoré vznikajú v tomto prípade, môžu mať cyklickú povahu, blednú a obnovujú sa, keď sa niektoré podmienky zrútia alebo zmiznú.

Samoregulácia: význam biologického pojmu

Každý živý systém, z bunky akončiace biogeocenózou, je neustále vystavená vonkajším vplyvom z rôznych faktorov. Teplotné podmienky sa menia, vlhkosť, povrchové úpravy potravín alebo konkurencia medzi druhmi sa stáva prísnejšou - príklady môžu byť hromadné. V tomto prípade závisí životaschopnosť akéhokoľvek systému od jeho schopnosti udržiavať konzistenciu vnútorného prostredia (homeostáza). Je to na dosiahnutie tohto cieľa a existuje samoregulácia. Definícia konceptu znamená, že zmeny vo vonkajšom prostredí nie sú okamžitými faktormi ovplyvňovania. Transformujú sa na signály, ktoré spôsobujú túto nerovnováhu a vedú k spusteniu samoregulačných mechanizmov, ktorých cieľom je obnoviť systém do stabilného stavu. Na každej úrovni táto interakcia faktorov vyzerá inak, aby sme pochopili, aká je samoregulácia, podrobnejšie sa zaoberáme.

Úrovne organizácie živých látok

Moderná veda nasledujeKoncepcia, že všetky prírodné a spoločenské objekty sú systémy. Pozostávajú zo samostatných prvkov, ktoré neustále spolupracujú podľa niektorých zákonov. Živé objekty nie sú výnimkou z tohto pravidla, sú to aj systémy s ich vnútornou hierarchiou a viacúrovňovou štruktúrou. A štruktúra má jednu zaujímavú vlastnosť. Každý systém môže súčasne predstavovať prvok vyššej úrovne a musí byť kolekciou (tj rovnakým systémom) úrovní nižšieho poriadku. Napríklad strom je prvkom lesa a súčasne viacbunkový systém.

Aby sa zabránilo zmätku, v biológii je zvykom brať do úvahy štyri základné úrovne organizácie žijúcich:

Molekulárnej genetiky;
ontogenetický (organizmus - od bunky po osobu);
populačnej druhy;
biogeocenotický (úroveň ekosystému).

Metódy samoregulácie

Procesy, ktoré prebiehajú na každej z týchto úrovní,vonkajšie rozdiely v rozsahu, použité zdroje energie a ich výsledky, ale majú podobnú povahu. Sú založené na rovnakých metódach samoregulácie systémov. V prvom rade ide o mechanizmus spätnej väzby. Je možné v dvoch verziách: pozitívne a negatívne. Pripomeňme si, že priama komunikácia zahŕňa prenos informácií z jedného prvku systému do druhého, opačný postup prebieha opačným smerom, od druhého po prvý. V tomto prípade obidve z nich zmenia stav prijímajúceho komponentu.

Pozitívna spätná väzba vedie k tomu, žeprocesy, z ktorých prvý prvok informoval druhý, sú stanovené a naďalej sa vykonávajú. Takýto proces je základom akéhokoľvek rastu a vývoja. Druhý prvok neustále signalizuje prvému prvku potrebu pokračovať v rovnakých procesoch. Súčasne je narušená stabilita systému.

Hlavný mechanizmus

Inak funguje negatívna spätná väzba. Vedie k objaveniu nových zmien, opačne k tým, o ktorých prvý prvok informoval druhú. V dôsledku toho sa procesy, ktoré porušujú rovnováhu, odstránia a skončia a systém sa opäť stáva stabilným. Jednoduchá analógia je prevádzka železa: určitá teplota je signál na vypnutie vykurovacieho telesa. Negatívna spätná väzba je jadrom všetkých procesov spojených s udržaním homeostázy.

komplexnosť

Samoregulácia v biológii je proces,piercing všetkých týchto úrovní. Jej účelom je zachovať dynamickú rovnováhu, stálosť vnútorného prostredia. Vzhľadom na všeobjímajúci proces je samoregulácia v centre mnohých častí prírodných vied. V biológii ide o cytológiu, fyziológiu zvierat a rastlín a ekológiu. Každá disciplína sa zaoberá samostatnou úrovňou. Pozrime sa na to, čo je samoregulácia, v základných etapách organizácie živých.

Intracelulárna úroveň

V každej bunke udržiava udržateľnosťrovnováha vnútorného prostredia sa používajú hlavne chemické mechanizmy. Medzi nimi hlavnú úlohu v regulácii zohráva kontrola génov, od ktorých závisí produkcia bielkovín.

Cyklická povaha procesu je jednoduchástopy na príklade enzýmových reťazcov potlačených konečnými výrobkami. Účel činnosti týchto subjektov pri spracovaní zložitých látok na jednoduchšie. Konečný produkt má podobnú štruktúru ako prvý enzým v reťazci. Táto vlastnosť zohráva kľúčovú úlohu pri udržiavaní homeostázy. Produkt sa viaže na enzým a potláča jeho aktivitu v dôsledku silnej zmeny v štruktúre. K tomu dochádza až po prekročení povolenej koncentrácie konečnej látky. Výsledkom je zastavenie fermentačného procesu a hotový výrobok je už používaný v klietke na vlastné potreby. Po určitom čase hladina látky klesne pod povolenú hodnotu. To je signál pre začiatok fermentácie: proteín sa oddelí od enzýmu, inhibícia procesu sa zastaví a všetko začne znovu.

Zvyšujúca sa zložitosť

Samoregulácia v prírode je vždy založená naprincíp spätnej väzby a vo všeobecnosti pokračuje podľa podobného scenára. Avšak na každej ďalšej úrovni sa objavia faktory, ktoré komplikujú proces. Pre bunku je dôležitá stabilita vnútorného prostredia, ktorá udržuje určitú koncentráciu rôznych látok. Na ďalšej úrovni je proces samoregulácie navrhnutý tak, aby riešil mnohé ďalšie problémy. Preto sa mnohobunkové organizmy objavujú v celých systémoch, ktoré podporujú homeostázu. Ide o respiračné orgány, sekréty, krvný obeh a podobne. Štúdia vývoja živočíšneho a rastlinného sveta jasne ukazuje, ako sa štruktúra a vonkajšie podmienky komplikujú, mechanizmy samoregulácie sa zlepšujú.

Úroveň organizmu

Konzistencia vnútorného prostredia je najlepšiasa udržiava u cicavcov. Základom pre rozvoj samoregulácie a jej realizácie je nervový a humorálny systém. Neustále interagujú, riadia procesy, ktoré sa vyskytujú v tele, prispievajú k vytváraniu a udržiavaniu dynamickej rovnováhy. Mozog dostane signály z nervových vlákien prítomných v každej časti tela. Informácie, ktoré tečú z žliaz s vnútornou žľazou, tiež tečú sem. Prepojenie nervovej a hormonálnej regulácie prispieva k takmer okamžitej reštrukturalizácii prebiehajúcich procesov.

spätná väzba

Práca systému je možné vysledovať pomocou príkladuudržiavanie arteriálneho tlaku. Všetky zmeny v tomto ukazovateli sú zachytené špeciálnymi receptormi umiestnenými na nádobách. Zvýšenie alebo zníženie tlaku ovplyvňuje napínanie steny kapilár, žíl a tepien. K týmto zmenám reagujú receptory. Signál sa prenáša do cievnych centier a z nich sa postupujú "pokyny", ako napraviť tón ciev a činnosť srdca. Systém neurohumorálnej regulácie je tiež prepojený. V dôsledku toho sa tlak vráti do normálu. Je jednoduché vidieť, že rovnaký mechanizmus spätnej väzby leží v srdci harmonickej práce regulačného systému.

Na čele všetkých

Samoregulácia, určovanie určitých úpravv činnosti organizmu, je základom všetkých zmien v tele, jej reakcií na vonkajšie podnety. Stres a trvalé zaťaženie môže viesť k hypertrofii určitých orgánov. Príkladom toho sú rozvinuté svaly športovcov a zvýšené pľúca fanúšikov freedivingu. Stres je často choroba. Hypertrofia srdca nie je nezvyčajná u ľudí s diagnostikovanou obezitou. Toto je odpoveď tela na potrebu zvýšiť zaťaženie čerpania krvi.

Mechanizmy samoregulácie sú základomfyziologické reakcie, ktoré sa vyskytujú počas strachu. Ako krv je vyvolaná veľké množstvo hormónu adrenalínu, ktorý spôsobuje rad zmien: zvýšenie spotreby kyslíka, zvýšenie množstva glukózy, zvýšenie srdcovej frekvencie a mobilizáciu pohybového aparátu. Celková bilancia je zachovaná vďaka splatenie činnosti iných zložiek, spomaľuje trávenie, sexuálne reflexy miznú.

Dynamická rovnováha

Treba poznamenať, že homeostáza, na akejkoľvek úrovninie je zachovaná, nie je absolútna. Všetky parametre vnútorného prostredia sú udržiavané v určitom rozsahu hodnôt a neustále kmitajú. Preto hovoria o dynamickej rovnováhe systému. Zároveň je dôležité, aby hodnota určitého parametra neprekročila tzv. Oscilačný koridor, inak by sa proces mohol stať patologickým.

Udržateľnosť a samoregulácia ekosystému

Biogeocenóza (ekosystém) pozostáva z dvochprepojené štruktúry: biocenóza a biotop. Prvým je celý súbor žijúcich bytostí danej oblasti. Biotopy sú faktory neživého prostredia, v ktorom žije biocenóza. Podmienky prostredia, ktoré neustále ovplyvňujú organizmy, sú rozdelené do troch skupín:

abiotické environmentálne faktory: teplota, svetlo, vlhkosť a iné prvky neživého charakteru;
biotické environmentálne faktory: vplyv niektorých organizmov na ostatné, sú rozdelené na súťaž, symbiózu, parazitismus a predátorstvo;
antropogénne environmentálne faktory - vplyv človeka.

Zachovanie homeostázy znamená blahobytv podmienkach trvalého vplyvu na životné prostredie a meniacich sa vnútorných faktorov. Biogeocoenosis podporuje samoregulácie je založená predovšetkým na systéme trofických odkazov. Sú relatívne uzavretým reťazcom, cez ktorý preteká energia. Výrobcovia (rastliny a hemobakterii), ktorí ju zo slnka alebo z chemických reakcií a vytvára s ňou organické látky, ktoré sú privádzané konzumenti (bylinožravce, mäsožravce, všežravce) o niekoľko rádov. rozkladajúce sa v poslednej fáze cyklu (baktérie, niektoré druhy červov), ktoré sa rozkladajú organické látky do jeho základné prvky. Sú opäť vstúpil do systému vo forme potravín pre výrobcov.

Konštantnosť cyklu zabezpečuje skutočnosť, že na každej úrovni existuje niekoľko druhov živých bytostí. Ak niektorý z nich vypadne z reťazca, nahrádza sa podobnou funkciou.

Vonkajší vplyv

Udržanie homeostázy je sprevádzané konštantouvplyv z vonkajšej strany. Zmeny v okolí podmienok ekosystému vedú k potrebe upraviť vnútorné procesy. Existuje niekoľko kritérií udržateľnosti:

vysoký a vyvážený reprodukčný potenciál jednotlivcov;
prispôsobenie jednotlivých organizmov meniacim sa podmienkam životného prostredia;
rozmanitosť druhov a rozvetvené potravinové reťazce.

Tieto tri podmienky pomáhajú zachovaťekosystému v stave dynamickej rovnováhy. Takže na úrovni biogeocenózy je samoregulácia v biológii reprodukcia jednotlivcov, zachovanie počtu a odolnosť voči environmentálnym faktorom. V tomto prípade, ako v prípade samostatného organizmu, rovnováha systému nemôže byť absolútna.

Koncept samoregulácie živých systémovrozširuje opísané vzorce na ľudské komunity a sociálne inštitúcie. Jeho princípy sa široko používajú aj v psychológii. V skutočnosti ide o jednu zo základných teórií modernej prírodnej vedy.