загрузка...
загрузка...
На головну

Гомеостаз і гомеокінез

  1. Глава 1. Температурний гомеостаз
  2. ГОМЕОСТАЗ ПОПУЛЯЦІЇ
  3. гомеостаз популяцій
  4. Гомеостаз-гетеростаз.
  5. Порушення гомеостазу внутрішньоклітинного кальцію
  6. Тема 11. роль нирок у підтримці гомеостазу.

саморегуляція в системі - це внутрішнє регулювання процесів, при якому навіть в мінливих умовах середовища жива система зберігає відносну сталість свого складу, внутрішніх зв'язків, властивостей і умов функціонування. Таке стійке стан системи позначається як динамічний гомеостаз(Грец. homoios - Подібний, однаковий і stasis - Стан). Таким чином, саморегуляція - це сукупність регулюючих процесів, спрямованих на підтримання гомеостазу системи.

Дійсно, навколишнє середовище дуже мінлива. Змінюються температура, освітленість, вологість. Для тварин, так і для рослин, нерегулярна доступність їжі. Атакують паразити, хижаки і просто конкуренти за місце існування. Проте тварини і рослини виносять ці коливання середовища, підтримують внутрішнє сталість хімічного складу, живуть, ростуть, розмножуються. Екологічні спільноти довгий час зберігають певний видовий склад.

Основоположник ідеї про фізіологічному гомеостазі Клод Бернар (друга половина XIX століття) розглядав стабільність фізико-хімічних умов у внутрішньому середовищі як основу свободи і незалежності живих організмів в безперервно мінливого зовнішнього середовища. Яке точне і сильне визначення - як по суті, так і за формою!

Саморегуляція відбувається на всіх рівнях організації біологічних систем - молекулярно-генетичному, клітинному, організмовому, биоценотическом, біосферному. Тому проблема гомеостазу в біології носить міждисциплінарний характер. Але у всіх випадках для підтримки гомеостазу використовуються кібернетичні принципи саморегулюючих систем.

кібернетика, Наука про загальні принципи управління і передачі інформації, пояснює механізм саморегуляції системи на основі прямих і зворотних зв'язків між її елементами. Згадаймо, що система - це сукупність взаємодіючих елементів. У регуляционной системі прямий зв'язок між двома елементами означає передачу інформації від першого до другого в одну сторону, зворотний зв'язок - передачу відповідної інформації від другого елементу до першого. Суть в тому, що інформаційний сигнал, прямий або зворотний, змінює стан елемента, що приймає сигнал. І тут важливо, який по знаку буде відповідний сигнал - позитивний чи негативний. Відповідно і зворотний зв'язок буде позитивною або негативною (рис. 5.1).

В разі позитивної зворотнього зв'язку перший елемент сигналізує другому про деякі зміни свого стану, а у відповідь отримує команду на закріплення цього нового стану і навіть його подальша зміна в тому ж напрямку (Рис. 5.1, А). Цикл за циклом перший елемент за допомогою другого (контрольного) елемента накопичує і закріплює зміни, його стан є незворотнім зсувається в одну сторону. Ця ситуація характеризується як розвиток, еволюція, І ні про яку стабільність системи в цьому випадку говорити не доводиться.

Мал. 5.1. Управління системою за принципом позитивних (А) І негативних (Б) Зворотних зв'язків:

1 - Керований (функціональний), 2 - Контролюючий елементи системи

Інша справа - негативна зворотний зв'язок, вона стимулює зміни в регульовану систему з протилежним знаком щодо тих первинних змін, які породили прямий зв'язок. Початкові зрушення параметрів системи усуваються, і вона приходить в початковий стан. Циклічне поєднання прямих позитивних і зворотних негативних зв'язків може бути, теоретично, нескінченно довгим, так як параметри системи коливаються біля деякого середнього стану (рис. 5.1, Б).

Таким чином, для підтримки гомеостазу системи використовуєтьсяпринцип негативного зворотного зв'язку. Цей принцип широко застосовується в автоматиці. Так регулюється температура в прасці або холодильнику - за допомогою термореле, рівень тиску пари в автоклаві - за допомогою випускного клапана, стан судна, літака, космічного корабля в просторі - за допомогою гіроскопів. У живих системах універсальний принцип негативного зворотного зв'язку працює у всіх випадках, коли зберігається гомеостаз.

У той же час механізм гомеостазу, побудований на поєднанні двох елементів - прямий позитивної і зворотного негативного зв'язків, цілком достатній і надійний для простих систем, не відрізняється гнучкістю реагування, так як не чутливий до зовнішніх сигналів. Наприклад, контур регуляції температури в електропраски містить всього лише нагрівальний елемент і термореле з перемикачем електромережі (відсутній датчик зовнішньої температури), тому праска буде тримати одну і ту ж задану температуру як в теплій, так і в холодній кімнаті (якщо вистачить його потужності). В даному випадку це і потрібно, так що гомеостаз тут цілком самодостатній. Найпростіша нейрорефлекторному дуга теж складається з двох елементів: чутливого і рухового нейронів, що забезпечують прямий і зворотний зв'язку (див. Нижче). Простий безумовний рефлекс в такій дузі працює надійно, але для організації складного поведінки він недостатній.

Крім того, строго гомеостатическая система виявляється малостійкою і ненадійною при надмірно тривалих або коротких, але різких навантаженнях, Що особливо актуально для виживання клітин, організмів і біоценозів в екстремальних умовах. Для їх більшої стійкості потрібна як мінімум тернарного (що складається з трьох елементів) структура управління.

Дійсно, в складних живих системах бінарна (двоїста) гомеостатическая саморегуляція доповнюється механізмами перебудови режиму управління, на основі чого виникає пристосувальна мінливість. Це стан перебудови системи для досягнення нового рівня гомеостазу позначається в фізіології як гомеокінез. В ході реакцій гомеокінеза створюються нові умови для функціонування системи на якісно новому рівні.

Таким чином, як і в разі індивідуального розвитку організму, при саморегуляції функцій живої системи ми маємо тріаду управління:

зворотний зв'язок позитивна

(Гомеокінез)

/ \

/ \

прямий зв'язок - зворотний зв'язок

позитивна негативна

(Гомеостаз).

У цій тріаді підставу трикутника, побудоване на поєднанні прямих позитивних і зворотних негативних зв'язків, створює гомеостаз системи, вершина - гомеокінез - підтримує необхідний рівень мінливості (по суті, це вже елемент розвитку, заснований на позитивні зв'язки). Така комбінація елементів управління в цілому забезпечує сталий розвиток - Оптимальний режим функціонування системи, що поєднує стабільність і розвиток.

Далі на фактичному матеріалі покажемо саморегуляцію біологічних систем різних рівнів складності: организменного, популяційного, екосистемного.

 




Биогеоценотическом-біосферний (екосистемний) рівень | Уявлення про сутність життя в історії науки | Аутотрофний і гетеротрофні організми. Запасання і використання енергії в клітині | Трансформація речовин і енергії в харчових ланцюгах | Проблема спадковості і розвитку в науці | Навіщо і про що потрібна генетична інформація | Генетичний код і біосинтез білків | Реплікація ДНК і розмноження клітин | Статеве розмноження організмів | Безстатеве розмноження організмів. клонування |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати