Авторегуляция в биологии это кратко

Обновлено: 28.06.2024

Это способность живых организмов, обитающих в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды, поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов - гомеостаз. Так, недостаток поступления каких-либо питательных веществ мобилизует внутренние ресурсы организма, а избыток вызывает запасание этих веществ. Подобные реакции осуществляются разными путями благодаря деятельности регуляторных систем - нервной и эндокринной. Сигналом для включения той или иной системы регуляции может быть изменение концентрации какого либо вещества или состояния какой-либо системы.

Например, понижение концентрации АТФ - универсального аккумулятора (накопителя) энергии в клетке - служит сигналом, запускающим процесс его синтеза. Наоборот, восполнение запасов АТФ прекращает интенсивный синтез этого вещества. Повышение концентрации глюкозы в крови приводит к усилению выработки гормона поджелудочной железы - инсулина, уменьшающего содержание этого сахара в крови. Снижение уровня глюкозы в крови угнетает выделение гормона в кровяное русло. Уменьшение числа клеток в ткани (в результате травмы) вызывает усиленное размножение оставшихся клеток; восстановление нормальногоо количества клеток дает сигнал о прекращении интенсивного клеточногоо деления.

Материалы старого сайта находятся здесь

Любой клетке, как и всякой живой системе, присуща способность сохранять свой состав и все свои свойства на относительно постоянном уровне. Так, например, содержание АТФ в клетках составляет около 0. 04%, и эта величина стойко удерживается, несмотря на то, что АТФ постоянно расходуется в клетке в процессе жизнедеятельности. Другой пример. Реакция клеточного содержимого слабощелочная, и эта реакция устойчиво удерживается, несмотря на то что в процессе обмена веществ постоянно образуются кислоты и основания. Стойко удерживается на определенном уровне не только химический состав клетки, но и другие ее свойства. Высокую устойчивость живых систем нельзя объяснить свойствами материалов, из которых они состоят, так как белки, жиры и углеводы обладают незначительной устойчивостью. Устойчивость живых систем активна, она обусловлена сложными процессами координации и регуляции.

Рассмотрим, например, каким образом поддерживается постоянство содержания АТФ в клетке. АТФ расходуется клеткой при осуществлении ею какой-либо деятельности. Синтез АТФ происходит в результате процессов бескислородного и кислородного расщепления глюкозы. Очевидно, постоянство содержания АТФ достигается благодаря точному уравновешиванию обоих процессов - расхода АТФ и ее синтеза. При снижении количества АТФ в клетке включаются процессы бескислородного и кислородного расщепления глюкозы, в ходе которых АТФ синтезируется. Когда уровень АТФ достигнет нормы, синтез АТФ притормаживается.

Включение и выключение процессов, обеспечивающих поддержание нормального состава клетки, происходит в ней автоматически. Такую регуляцию называют саморегуляцией или авторегуляцией.

Основой регуляции деятельности клетки являются процессы информации, т. е. сигналы. Сигналом служит изменение, возникающее в каком-нибудь звене системы. В ответ на сигнал включается процесс, в результате которого возникшее изменение устраняется. Когда нормальное состояние системы восстановлено - это служит новым сигналом для выключения процесса.

Понижение содержания АТФ в клетке представляет сигнал, включающий процесс синтеза АТФ. Когда концентрация АТФ достигнет нормы - это новый сигнал, приводящий к выключению синтеза АТФ.

По своему механизму сигнализация в клетке носит химический характер: сигналом служит химическое вещество - появление его или изменение его концентрации.

Прием сигналов, передача их и ответные реакции на сигнализацию осуществляются ферментами.

Гомеостаз популяции — способность популяции поддерживать определённую численность своих особей длительное время.

Содержание

Общие сведения

Комплексные системы — например, организм человека — должны обладать гомеостазом, чтобы сохранять стабильность и существовать. Эти системы не только должны стремиться выжить, им также приходится адаптироваться к изменениям среды и развиваться.

Свойства гомеостаза

Гомеостатические системы обладают следующими свойствами:

Нестабильность системы: тестирует, каким образом ей лучше приспособиться.
Стремление к равновесию: вся внутренняя, структурная и функциональная организация систем способствует сохранению баланса.
Непредсказуемость: результирующий эффект от определённого действия зачастую может отличаться от того, который ожидался.

Примеры гомеостаза у млекопитающих:

Регуляция количества микронутриентов и воды в теле — осморегуляция. Осуществляется в почках.
Удаление отходов процесса обмена веществ — выделение. Осуществляется экзокриннымиорганами — почками, лёгкими, потовыми железами и желудочно-кишечным трактом.
Регуляция температуры тела. Понижение температуры через потоотделение, разнообразные терморегулирующие реакции.
Регуляция уровня глюкозы в крови. В основном осуществляется печенью[3] , инсулином и глюкагоном, выделяемыми поджелудочной железой.
Регуляция уровня основного обмена в зависимости от пищевого режима.

Важно отметить, что, хотя организм находится в равновесии, его физиологическое состояние может быть динамическим. Во многих организмах наблюдаются эндогенные изменения в форме циркадного, ультрадианного и инфрадианного ритмов. Так, даже находясь в гомеостазе, температура тела, кровяное давление, частота сердечных сокращений и большинство метаболических индикаторов не всегда находятся на постоянном уровне, но изменяются в течение времени (в определённом ограниченном интервале).

Механизмы гомеостаза: обратная связь

Когда происходит изменение в переменных, наблюдаются два основных типа обратной связи, на которые реагирует система:

Например, когда концентрацияуглекислого газа в организме человека увеличивается, лёгким приходит сигнал к увеличению их активности и выдыханию большего количество углекислого газа. — другой пример отрицательной обратной связи. Когда температура тела повышается (или понижается) терморецепторы в коже и гипоталамусе регистрируют изменение, вызывая сигнал из мозга. Данный сигнал, в свою очередь, вызывает ответ — понижение температуры (или повышение).

Например, в нервах пороговый электрический потенциал вызывает генерацию намного большего потенциала действия. Свёртываниекрови и события при рождении можно привести в качестве других примеров положительной обратной связи.

Экологический гомеостаз

Экологический гомеостаз наблюдается в климаксовых сообществах с максимально возможным биоразнообразием при благоприятных условиях среды.

Случай с Кракатау и другими нарушенными или нетронутыми экосистемами показывает, что первоначальная колонизация пионерными видами осуществляется через стратегии воспроизведения, основанные на положительной обратной связи, при которых виды расселяются, производя на свет как можно больше потомства, но при этом практически не вкладываясь в успех каждого отдельного. В таких видах наблюдается стремительное развитие и столь же стремительный крах (например, через эпидемию). Когда экосистема приближается к климаксу, такие виды заменяются более сложными климаксовыми видами, которые через отрицательную обратную связь адаптируются к специфическим условиям окружающей их среды. Эти виды тщательно контролируются потенциальной ёмкостью экосистемы и следуют иной стратегии — произведению на свет меньшего потомства, в репродуктивный успех которого в условиях микросреды его специфической экологической ниши вкладывается больше энергии.

Развитие начинается с пионер-сообщества и заканчивается на климаксовом сообществе. Это климаксовое сообщество образуется, когда флора и фауна пришла в баланс с местной средой.

Подобные экосистемы формируют гетерархии, в которых гомеостаз на одном уровне способствует гомеостатическим процессам на другом комплексном уровне. К примеру, потеря листьев у зрелого тропического дерева даёт место для новой поросли и обогащает почву. В равной степени тропическое дерево уменьшает доступ света на низшие уровни и помогает предотвратить инвазию других видов. Но и деревья падают на землю и развитие леса зависит от постоянной смены деревьев, круговорота питательных веществ, осуществляемого бактериями, насекомыми, грибами. Схожим образом такие леса способствуют экологическим процессам — таким, как регуляция микроклиматов или гидрологических циклов экосистемы, а несколько разных экосистем могут взаимодействовать для поддержания гомеостаза речного дренажа в рамках биологического региона. Вариативность биорегионов так же играет роль в гомеостатической стабильности биологического региона, или биома.

Биологический гомеостаз

Гомеостаз выступает в роли фундаментальной характеристики живых организмов и понимается как поддержание внутренней среды в допустимых пределах.

Внутренняя среда организма включает в себя организменные жидкости — плазму крови, лимфу, межклеточное вещество и цереброспинальную жидкость. Сохранение стабильности этих жидкостей жизненно важно для организмов, тогда как её отсутствие приводит к повреждению генетического материала.

В отношении любого параметра организмы делятся на конформационные и регуляторные. Регуляторные организмы сохраняют параметр на постоянном уровне, независимо от того, что происходит в среде. Конформационные организмы позволяют окружающей среде определять параметр. Например, теплокровные животные сохраняют постоянную температуру тела, тогда как холоднокровные демонстрируют широкий диапазон температур.

Речь не идёт о том, что конформационные организмы не обладают поведенческими приспособлениями, позволяющими им в некоторой степени регулировать взятый параметр. Рептилии, к примеру, часто сидят на нагретых камнях утром, чтобы повысить температуру тела.

Преимущество гомеостатической регуляции состоит в том, что она позволяет организму функционировать более эффективно. Например, холоднокровные животные, как правило, становятся вялыми при низких температурах, тогда как теплокровные почти так же активны, как и всегда. С другой стороны, регуляция требует энергии. Причина, почему некоторые змеи могут есть только раз в неделю, состоит в том, что они тратят намного меньше энергии для поддержания гомеостаза, чем млекопитающие.

Клеточный гомеостаз

Регуляция химической деятельности клетки достигается с помощью ряда процессов, среди которых особое значение имеет изменение структуры самой цитоплазмы, а также структуры и активности ферментов. Авторегуляция зависит от температуры, степени кислотности, концентрации субстрата, присутствия некоторых макро- и микроэлементов. Клеточные механизмы гомеостаза направлены на восстановление естественно погибших клеток тканей или органов в случае нарушения их целостности.

Регенерация — процесс обновления структурных элементов организма и восстановление их количества после повреждения, направленный на обеспечение необходимой функциональной активности.

В зависимости от регенерационной реакции ткани и органы млекопитающих можно разделить на 3 группы:

1) ткани и органы, для которых характерна клеточная регенерация (кости, рыхлая соединительная ткань, кроветворная система, эндотелий, мезотелий, слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, дыхательных путей и мочеполовой системы)

2) ткани и органы, для которых характерна клеточная и внутриклеточная регенерация (печень, почки, лёгкие, гладкие и скелетные мышцы, вегетативная нервная система, поджелудочная железа, эндокринная система)

3) ткани, для которых характерно преимущественно или исключительно внутриклеточная регенерация (миокард и ганглиозные клетки центральной нервной системы)

В процессе эволюции сформировались 2 типа регенерации: физиологическая и репаративная.

Гомеостаз в организме человека

Разные факторы влияют на способность жидкостей организма поддерживать жизнь. В их числе такие параметры, как температура, солёность, кислотность и концентрация питательных веществ — глюкозы, различных ионов, кислорода, и отходов — углекислого газа и мочи. Так как эти параметры влияют на химические реакции, которые сохраняют организм живым, существуют встроенные физиологические механизмы для поддержания их на необходимом уровне.

Гомеостаз нельзя считать причиной процессов этих бессознательных адаптаций. Его следует воспринимать как общую характеристику многих нормальных процессов, действующих совместно, а не как их первопричину. Более того, существует множество биологических явлений, которые не подходят под эту модель — например, анаболизм.

Другие сферы

Актуарий может говорить о рисковом гомеостазе, при котором, к примеру, люди, у которых в машине установлена электронная система контроля устойчивости автомобиля, не находятся в более безопасном положении по сравнению с теми, у кого она не установлены, потому что эти люди бессознательно компенсируют более безопасный автомобиль рискованной ездой. Это происходит потому, что некоторые удерживающие механизмы — например, страх — перестают действовать.

Примеры

Информация должна быть проверяема, иначе она может быть удалена. Вы можете отредактировать статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 29 августа 2021 года.

Может начаться дрожание скелетных мышц, если температура тела слишком низка.
Иной вид термогенеза включает расщеплениежиров для выделения тепла. охлаждает тело посредством испарения.

Почки выделяют мочу и регулируют уровень воды и ряда ионов в организме.

Многие из этих органов контролируются гормонами гипоталамо-гипофизарной системы.

Численность популяций животных контролируется не только извне – условиями окружающей среды, но и изнутри – особыми механизмами саморегуляции. Важным элементом этих механизмов является стресс, испытываемый животными при перенаселении. Несмотря на большое количество предложенных гипотез, экологи пока далеки от четкого понимания места и роли стресса в колебаниях численности популяций.

Под стрессом обычно понимают стереотипный (примерно одинаковый у разных особей) ответ организма на разные воздействия, сопровождающийся перестройкой его защитных сил. Считается, что главная роль стресса – мобилизация сил организма в критической ситуации. Но в действительности, как всем хорошо известно, стресс (особенно длительный, хронический) часто не повышает, а снижает жизнеспособность организма.

Однако то, что губительно для особи, может оказаться полезным для популяции. Например, если из-за перенаселения часть особей в популяции испытывает стресс и поэтому менее активно размножается, то тем самым создается механизм саморегуляции численности, полезный для выживания популяции как целого. Именно такую роль стресса подчеркивал выдающийся эколог академик Игорь Александрович Шилов (1921 – 2001), памяти которого посвящен 4-й номер Журнала общей биологии за 2007 г, в котором опубликована обсуждаемая статья К.А.Роговина и М.П.Мошкина.

Авторы рассматривают четыре гипотезы, предложенные для объяснения механизмов саморегуляции численности популяций млекопитающих (и, возможно, приложимых также и к другим классам позвоночных). Ни одна из них не противоречит допущению о важной роли стресса в авторегуляции численности популяций.

1. Гипотеза отбора генетически детерминированных стереотипов поведения, или гипотеза Читти (Chitty, 1960, 1967). Суть идеи в том, что на разных стадиях популяционного цикла отбор может благоприятствовать животным с разным темпераментом и стилем поведения. Когда численность популяции мала, преимущество получают агрессивные, подвижные особи, способные захватить и удерживать территорию; они обеспечивают расселение популяции. Доля агрессивных особей растет. Однако чем выше становится плотность населения, чем меньше пользы для популяции от большого числа агрессоров, да и для них самих наступают не лучшие времена. Теперь отбор благоприятствует особям с более мирным и спокойным поведением, и число агрессоров начинает снижаться.

Косвенные подтверждения гипотезы Читти (а также роли стресса в механизме авторегуляции) получены М.П.Мошкиным и его коллегами в ходе изучения водяных полевок. У этих зверьков в ходе сезонных изменений численности наблюдаются закономерные колебания доли животных с высокой и низкой стресс-реактивностью. На подъеме численности растет доля животных с бурой окраской, которые сильнее реагируют на стресс, а на спаде становится больше черных зверьков, которые обычно имеют низкую стресс-реактивность.

3. Гипотеза авторегуляции, основанная на физиологических эффектах в сфере отношений матери и потомства (Ward, 1984; Lee, McDonald, 1985). Предполагается, что численность популяции может регулироваться также и за счет того, что плотность популяции влияет на условия, в которых рождаются и растут животные, а от этого, в свою очередь, зависят темпы их созревания и особенности поведения (например, способность к расселению, удержанию территории и т.д.). Впрочем, по мнению авторов, эту гипотезу скорее следует рассматривать как расширительное толкование гипотезы Кристиана, поскольку в конечном счете все опять упирается в стресс. Социогенный стресс (обусловленный избыточной плотностью социальной среды) может замедлять развитие плода и рост детенышей, что вносит дополнительный вклад в снижение численности популяции, наряду с другими эффектами стресса.

Авторы указывают, что на сегодня ни одна из гипотез авторегуляции не может быть отвергнута, однако и свидетельства в их пользу, полученные в природе, несовершенны. Для лучшего понимания роли стресса в регуляции численности популяций, по мнению К.А.Роговина и М.П.Мошкина, необходимо иметь в виду следующее:

1) В качестве стрессора обычно рассматривается агрессия, социальный конфликт. Но стресс может быть вызван и другими факторами, которые тоже связаны с плотностью населения: недостатком пищи, обилием хищников и паразитов;

3) Стресс может не только снижать, но в некоторых случаях, наоборот, повышать выживаемость и репродукцию;

4) Недооценивается видовая специфика стресса и его последствий. Социальная организация различается у разных видов, и поэтому один и тот же фактор (стресс) может у разных видов приводить к разным последствиям на уровне популяции. Скорее всего, у разных видов вклад стресса в регуляцию численности далеко не одинаков.

Читайте также: