Homeostáze

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 19. prosince 2021; ověření vyžaduje 1 úpravu .

Homeostáza ( jiné řecké ὁμοιοστάσις od ὅμοιος  „stejný, podobný“ + στάσις  „stání; nehybnost“) je seberegulace, schopnost otevřeného systému udržovat stálost svého vnitřního stavu prostřednictvím koordinovaných reakcí zaměřených na udržení dynamické rovnováhy. Touha systému reprodukovat se, obnovit ztracenou rovnováhu, překonat odpor vnějšího prostředí .

Populační homeostáza  je schopnost populace udržet si určitý počet svých jedinců po dlouhou dobu.

Americký fyziolog Walter B. Cannon v roce 1932 ve své knize „The Wisdom of the Body“ navrhl tento termín jako název pro „koordinované fyziologické procesy , které udržují většinu stabilních stavů těla“ [1] [2] . Později byl tento termín rozšířen na schopnost dynamicky udržovat stálost svého vnitřního stavu jakéhokoli otevřeného systému. Koncept stálosti vnitřního prostředí však formuloval již v roce 1878 francouzský vědec Claude Bernard .

Obecné informace

Termín "homeostáza" se nejčastěji používá v biologii . Pro existenci mnohobuněčných organismů je nutné udržovat stálost vnitřního prostředí . Mnoho ekologů je přesvědčeno, že tento princip platí i pro vnější prostředí. Pokud systém není schopen obnovit rovnováhu, může nakonec přestat fungovat.

Komplexní systémy – například lidské tělo  – musí mít homeostázu, aby si udržely stabilitu a existovaly. Tyto systémy se musí nejen snažit přežít, ale také se musí přizpůsobovat změnám prostředí a vyvíjet se.

Vlastnosti homeostázy

Homeostatické systémy mají následující vlastnosti:

Příklady homeostázy u savců :

Je důležité si uvědomit, že ačkoli je tělo v rovnováze, jeho fyziologický stav může být dynamický. Mnoho organismů vykazuje endogenní změny ve formě cirkadiánních , ultradiánských a infradiánních rytmů . Takže i když jsme v homeostáze, tělesná teplota , krevní tlak , srdeční frekvence a většina metabolických ukazatelů nejsou vždy na konstantní úrovni, ale mění se v průběhu času (v určitém omezeném intervalu).

Mechanismy homeostázy: zpětná vazba

Když dojde ke změně proměnných, existují dva hlavní typy zpětné vazby, na které systém reaguje:

  1. Negativní zpětná vazba , vyjádřená jako reakce, při které systém reaguje tak, aby obrátil směr změny. Protože zpětná vazba slouží k udržení stálosti systému, umožňuje vám udržovat homeostázu.
    • Když se například zvýší koncentrace oxidu uhličitého v lidském těle, plíce dostanou signál, aby zvýšily svou aktivitu a vydechly více oxidu uhličitého.
    •  Dalším příkladem negativní zpětné vazby je termoregulace . Když tělesná teplota stoupá (nebo klesá), termoreceptory v kůži a hypotalamu zaregistrují změnu a spustí signál z mozku. Tento signál zase způsobí odezvu – snížení teploty (nebo zvýšení).
  2. Pozitivní zpětná vazba , která je vyjádřena jako zesílení změny proměnné. Má destabilizační účinek, takže nevede k homeostáze. Pozitivní zpětná vazba je v přírodních systémech méně častá, ale má také své využití.
    • Například v nervech prahový elektrický potenciál způsobuje generování mnohem většího akčního potenciálu . Dalším příkladem pozitivní zpětné vazby je srážení krve a události narození .

Stabilní systémy potřebují kombinace obou typů zpětné vazby. Zatímco negativní zpětná vazba umožňuje návrat do homeostatického stavu, pozitivní zpětná vazba se používá k přechodu do zcela nového (a dost možná méně žádoucího) stavu homeostázy, do situace zvané „metastabilita“. Takové katastrofické změny mohou nastat např. se zvýšením živin v řekách s čistou vodou, což vede k homeostatickému stavu vysoké eutrofizace ( přemnožení koryta řasami ) a zákalu.

Ekologická homeostáza

Ekologická homeostáza je pozorována v klimaxových společenstvech s nejvyšší možnou biodiverzitou za příznivých podmínek prostředí .

V narušených ekosystémech, neboli subklimaxových biologických společenstvech  – jako je například ostrov Krakatoa , byl po silné sopečné erupci v roce 1883 zničen  stav homeostázy předchozího lesního klimaxového ekosystému , jako všechen život na tomto ostrově. Krakatoa prošla v letech od erupce řetězcem ekologických změn, ve kterých se navzájem nahradily nové rostlinné a živočišné druhy, což vedlo k biodiverzitě a v důsledku toho ke klimaxovému společenství. Ekologická sukcese v Krakatoa probíhala v několika fázích. Kompletní řetězec posloupností vedoucí k vyvrcholení se nazývá preserie. V příkladu Krakatoa se na tomto ostrově vyvinulo klimaxové společenství s osmi tisíci různými druhy zaznamenanými v roce 1983 , sto let poté, co na něm erupce vyhladila život. Data potvrzují, že pozice je nějakou dobu udržována v homeostáze, zatímco vznik nových druhů velmi rychle vede k rychlému vymizení starých.

Případ Krakatoa a dalších narušených nebo nedotčených ekosystémů ukazuje, že k počáteční kolonizaci průkopnickými druhy dochází prostřednictvím pozitivních zpětnovazebních reprodukčních strategií, při nichž se druh rozptýlí a produkuje co nejvíce potomků, ale s malými nebo žádnými investicemi do úspěchu každého jedince. . U takových druhů dochází k rychlému vývoji a stejně rychlému kolapsu (například prostřednictvím epidemie ). Jak se ekosystém blíží ke klimaxu, jsou takové druhy nahrazeny složitějšími klimaxovými druhy, které se adaptují prostřednictvím negativní zpětné vazby na specifické podmínky svého prostředí. Tyto druhy jsou pečlivě kontrolovány potenciální kapacitou ekosystému a řídí se jinou strategií – produkují menší potomky, do jejichž reprodukčního úspěchu se v mikroprostředí jeho specifické ekologické niky investuje více energie .

Vývoj začíná u pionýrské komunity a končí u vrcholné komunity. Toto klimaxové společenství vzniká, když se flóra a fauna dostanou do rovnováhy s místním prostředím.

Takové ekosystémy tvoří heteroarchie , ve kterých homeostáza na jedné úrovni přispívá k homeostatickým procesům na jiné komplexní úrovni. Například ztráta listů na vzrostlém tropickém stromu vytváří prostor pro nový růst a obohacuje půdu . Stejně tak tropický strom omezuje přístup světla do nižších úrovní a pomáhá bránit jiným druhům v invazi. Ale stromy také padají k zemi a vývoj lesa závisí na neustálé změně stromů, koloběhu živin prováděném bakteriemi , hmyzem , houbami . Podobně takové lesy přispívají k ekologickým procesům, jako je regulace mikroklimat nebo ekosystémových hydrologických cyklů , a několik různých ekosystémů se může vzájemně ovlivňovat, aby udržely homeostázu odvodnění řek v biologické oblasti . Variabilita bioregionů také hraje roli v homeostatické stabilitě biologické oblasti nebo biomu .

T. Thornton popisuje způsob, jakým hvězdice a křehké hvězdice chrání malou populaci měkkýšů elasmobranch a zachraňují se tak před hladem. Korýši jsou jejich hlavní potravou, ale jejich larvy jsou tak malé, že by hvězdice mohly snadno vyhladit populaci. Ale v této době začíná období hladovění, které trvá od 1 do 2 měsíců - dokud nevyrostou o 2-3 řády, poté se jejich chuť k jídlu "zapne". [čtyři]

Biologická homeostáza

Homeostáza působí jako základní charakteristika živých organismů a je chápána jako udržování vnitřního prostředí v přijatelných mezích.

Vnitřní prostředí těla zahrnuje tělesné tekutiny - krevní plazmu , lymfu , mezibuněčnou látku a mozkomíšní mok . Udržování stability těchto tekutin je pro organismy životně důležité, zatímco jejich absence vede k poškození genetického materiálu.

S ohledem na jakýkoli parametr se organismy dělí na konformační a regulační . Regulační organismy udržují parametr na konstantní úrovni bez ohledu na to, co se děje v prostředí. Konformační organismy umožňují prostředí určovat parametr. Například teplokrevní živočichové si udržují stálou tělesnou teplotu, zatímco studenokrevní živočichové vykazují široký teplotní rozsah.

Nemluvíme o tom, že konformační organismy nemají adaptace chování , které jim umožňují daný parametr do určité míry regulovat. Plazi například často sedí ráno na rozpálených kamenech, aby si zvýšili tělesnou teplotu.

Výhodou homeostatické regulace je, že umožňuje tělu fungovat efektivněji. Například studenokrevná zvířata mají tendenci stát se letargickými při nízkých teplotách, zatímco teplokrevní zvířata jsou téměř stejně aktivní jako kdykoli předtím. Na druhou stranu regulace vyžaduje energii. Důvod, proč někteří hadi mohou jíst pouze jednou týdně, je ten, že spotřebují mnohem méně energie k udržení homeostázy než savci.

Buněčná homeostáza

Regulace chemické aktivity buňky se dosahuje řadou procesů, mezi nimiž má zvláštní význam změna struktury samotné cytoplazmy , jakož i struktury a aktivity enzymů . Autoregulace závisí na teplotě , stupni kyselosti , koncentraci substrátu , přítomnosti některých makro- a mikroprvků . Buněčné mechanismy homeostázy jsou zaměřeny na obnovu přirozeně odumřelých buněk tkání nebo orgánů v případě porušení jejich integrity.

Regenerace  je proces aktualizace strukturních prvků těla a obnovení jejich počtu po poškození, zaměřený na zajištění potřebné funkční aktivity.

V závislosti na regenerační reakci lze tkáně a orgány savců rozdělit do 3 skupin:

1) tkáně a orgány, které se vyznačují buněčnou regenerací (kosti, volné pojivové tkáně , krvetvorný systém, endotel , mezotel , sliznice trávicího traktu, dýchacího traktu a urogenitálního systému)

2) tkáně a orgány, které se vyznačují buněčnou a intracelulární regenerací (játra, ledviny, plíce, hladké a kosterní svaly, autonomní nervový systém , pankreas , endokrinní systém )

3) tkáně, které se vyznačují převážně nebo výhradně intracelulární regenerací ( myokard a gangliové buňky centrálního nervového systému)

V procesu evoluce se vytvořily 2 typy regenerace: fyziologická a reparativní.

Homeostáza v lidském těle

Schopnost tělesných tekutin podporovat život ovlivňují různé faktory. Patří mezi ně parametry jako teplota, slanost , kyselost a koncentrace živin – glukózy , různých iontů , kyslíku a odpadních látek – oxidu uhličitého a moči . Jelikož tyto parametry ovlivňují chemické reakce , které udržují organismus při životě, jsou zde zabudovány fyziologické mechanismy, které je udržují na požadované úrovni.

Homeostázu nelze považovat za příčinu procesů těchto nevědomých adaptací. Mělo by se to brát jako obecná charakteristika mnoha normálních procesů působících společně, a ne jako jejich hlavní příčina. Navíc existuje mnoho biologických jevů , které tomuto modelu nevyhovují  – například anabolismus .

Ostatní oblasti

Pojem „homeostáza“ se používá i v jiných oblastech.

Pojistný matematik může hovořit o rizikové homeostáze , kdy například lidé, kteří mají ve svém autě nainstalovaný elektronický stabilizační systém , nejsou v bezpečnější pozici oproti těm, kteří jej nainstalovaný nemají, protože tito lidé nevědomě kompenzují bezpečnější riskantní jízda auta. Stává se to proto, že některé z mechanismů držení – například strach – přestanou fungovat.

Sociologové a psychologové mohou hovořit o stresové homeostáze  – touze populace nebo jednotlivce zůstat na určité úrovni stresu, často uměle vyvolávající stres , pokud nestačí „přirozená“ úroveň stresu [5] .

Příklady

Mnohé z těchto orgánů jsou řízeny hormony z hypotalamo-hypofyzárního systému.

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Cannon, W.B.Moudrost těla  (neopr.) . - New York: W. W. Norton , 1932. - S. 177-201.
  2. ↑ Cannon, W.B. Fyziologická regulace normálních stavů: některé předběžné postuláty týkající se biologické homeostatiky // A Charles Riches amis, ses collègues, ses élèves  (fr.) / A. Pettit. - Paříž: Les Éditions Médicales, 1926. - S. 91.
  3. ↑ Kalaany, NY; Mangelsdorf, DJ LXRS a FXR: jin a jang metabolismu cholesterolu a tuků  (anglicky)  // Annual Review of Physiology  : journal. - 2006. - Sv. 68 . - S. 159-191 . - doi : 10.1146/annurev.physiol.68.033104.152158 . — PMID 16460270 .
  4. ↑ Alexandr Ugolev. Teorie adekvátní výživy a trofologie. - Petrohrad: Nauka, 1991. - S. Kapitola 1.5. Populační, ekologické a evoluční aspekty trofologie. Biosféra jako trofosféra..
  5. ↑ Spencer, Laci. Flotace : Průvodce pro senzorickou deprivaci, relaxaci a izolační nádrže  . — Lulu.com, 2015. — ISBN 9781329173750 .

Literatura

Zdroje

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie