Саморегулирането в биологията е ... Концепцията за саморегулиране на живите системи

Саморегулирането в биологията е едно от най-важните свойства на живата система, състояща се в автоматичното инсталиране и поддържане на определено ниво на параметрите, необходими за нормалното функциониране. Същността на процеса е, че външните влияния не стават мениджъри. Факторите, които водят до промяна, се формират в рамките на саморегулиращата се система и допринасят за създаването на динамично равновесие. Процесите, които възникват в този случай, могат да бъдат циклични по природа, избледняване и възобновяване, когато определени условия се сринат или изчезнат.

Саморегулиране: значението на биологичния термин

Всяка жива система, от клетката до биогеоценозата, е постоянно изложена на външни фактори. Температурните условия се променят, влажността, завършването на храните или конкуренцията между видовете стават по-строги - примерите могат да бъдат масови. В този случай жизнеспособността на която и да е система зависи от способността й да поддържа последователността на вътрешната среда (хомеостаза). Тя е за постигането на тази цел и има саморегулиране. Определението на концепцията предполага, че промените във външната среда не са непосредствени фактори на влияние. Те се трансформират в сигнали, които причиняват този или този дисбаланс и водят до стартиране на механизми за саморегулиране, предназначени да възстановят системата до стабилно състояние. На всяко ниво това взаимодействие на факторите изглежда различно, за да разберем какво е саморегулацията, нека да се занимаваме с тях по-подробно.

Нива на организация на живата материя

Съвременната природна наука се придържа към концепцията, че всички естествени и социални обекти са системи. Те се състоят от отделни елементи, които постоянно взаимодействат според някои закони. Живите обекти не са изключение от това правило, те също са системи с вътрешна йерархия и многостепенна структура. И структурата има една интересна особеност. Всяка система може едновременно да представлява елемент от по-високо ниво и да бъде колекция (т.е. една и съща система) с нива от по-нисък ред. Например едно дърво е елемент на гора и в същото време многоклетъчна система.

За да се избегне объркване, в биологията е обичайно да се обмислят четири основни нива на организация на живот:

• Molecular Genetics;
• онтогенетичен (организъм - от клетката до човека);
• населението-видове;
• биогеогенотично (ниво на екосистемата).

Методи на саморегулиране

Процесите, протичащи на всяко от тези нива, са външно различни по мащаб, използвани от енергийните източници и техните резултати, но по същество те са подобни. Те се основават на едни и същи методи на саморегулиране на системите. На първо място, това е механизмът за обратна връзка. Възможно е в две версии: положителни и отрицателни. Спомнете си, че директната комуникация включва прехвърлянето на информация от един елемент на системата към друга, обратното протича в обратна посока, от втората до първата. В този случай и двата от тях променят състоянието на приемащия компонент.

Положителната обратна връзка води до факта, че процесите, за които първият елемент са информирали втория, са фиксирани и продължават да се прилагат. Този процес е в основата на всеки растеж и развитие. Вторият елемент непрекъснато сигнализира на първия за необходимостта от продължаване на същите процеси. В същото време стабилността на системата е нарушена.

Основният механизъм

В противен случай тя работи отрицателни отзиви. Това води до появата на нови промени, обратното на онези, за които първият елемент информира втория. В резултат процесите, които нарушават равновесието, се елиминират и прекратяват, а системата отново става стабилна. Проста аналогия е работата на желязото: определена температура е сигнал за изключване отоплителен елемент. Отрицателната обратна връзка е в основата на всички процеси, свързани с поддържането на хомеостазата.

всеобхватност

Саморегулирането в биологията е процес, който прониква във всички споменати нива. Целта му е да запази динамичното равновесие, постоянството на вътрешната среда. Поради всеобхватния процес, саморегулацията е в центъра на много части от природните науки. В биологията това е цитологията, физиология на животните и растенията, екология. Всяка от дисциплините се занимава с отделно ниво. Нека да разгледаме какво е саморегулацията в основните етапи на организацията на живите.

Вътреклетъчното ниво

Във всяка клетка химическите механизми се използват главно за поддържане на стабилно равновесие на вътрешната среда. Сред тях основната роля в регулирането играят контрола на гените, от които зависи производството на протеини.

Цикличният характер на процеса на процесите може лесно да бъде проследен чрез примера на ензимните вериги, потиснати от крайните продукти. Целта на дейността на такива лица при преработката на сложни вещества в по-прости. Крайният продукт има сходна структура с първия ензим във веригата. Тази собственост играе ключова роля в поддържането на хомеостазата. Продуктът се свързва с ензима и потиска неговата активност в резултат на силна промяна в структурата. Това се случва само след като концентрацията на крайното вещество превиши допустимото ниво. В резултат на това процесът на ферментация спира и крайният продукт вече се използва от клетката за собствени нужди. След известно време нивото на веществото падне под допустимата стойност. Това е сигнал за начална ферментация: протеинът се отделя от ензима, спирането на процеса спира и всичко започва отново.

Увеличаване на сложността

Саморегулирането в природата винаги се основава на принципа на обратната връзка и по принцип се извършва по сходен сценарий. При всяко следващо ниво обаче се появяват фактори, които усложняват процеса. За клетката постоянството на вътрешната среда е важно, поддържайки определена концентрация на различни вещества. На следващото ниво процесът на саморегулиране е предназначен да реши много повече проблеми. Следователно, многоклетъчните организми изглеждат цели системи, които поддържат хомеостазата. Това е дихателната система, изпускане, циркулация и други подобни. Проучването на еволюцията на животинския и растителния свят лесно установява как, тъй като структурата и външните условия стават по-сложни, механизмите на саморегулиране се подобряват.

Ниво на организма

Съвместимостта на вътрешната среда се поддържа най-добре при бозайниците. Основата за развитието на саморегулирането и неговото прилагане е нервна и хумористична система. Постоянно взаимодействащи, те контролират процесите, протичащи в тялото, допринасят за създаването и поддържането на динамично равновесие. Мозъкът получава сигнали от нервните влакна, присъстващи във всяка част на тялото. Информацията, която тече от ендокринните жлези, също тече тук. Взаимното свързване на нервната и хормоналната регулация допринася за почти моменталното преструктуриране на протичащите процеси.

обратна връзка

Работата на системата може да бъде проследена на пример за поддържане на кръвното налягане. Всички промени в този индикатор се улавят от специални рецептори, разположени на съдовете. Увеличете или намаляване на налягането засяга опъването на стените на капилярите, вените и артериите. На тези промени рецепторите реагират. Сигналът се предава на съдовите центрове и от тях се изпълняват "инструкции", как да се коригира тона на съдовете и сърдечната дейност. Системата на нервнохумоционалното регулиране също е свързана. В резултат на това налягането се връща в нормално състояние. Лесно е да се види, че същият механизъм на обратна връзка е в основата на хармоничната работа на регулаторната система.

Начело на всичко

Саморегулирането, определянето на определени корекции в дейността на организма, е в основата на всички промени в тялото, неговите реакции към външни стимули. Стресът и постоянните натоварвания могат да доведат до хипертрофия на определени органи. Пример за това са развитите мускули на спортистите и увеличените дробове на феновете на свободното хранене. Стресът често е заболяване. Хипертрофията на сърцето не е необичайно при хора, диагностицирани със затлъстяване. Това е реакцията на тялото към необходимостта от увеличаване на тежестта на изпомпване на кръв.

Механизмите на саморегулиране са в основата на физиологичните реакции, които се появяват по време на страх. В кръвта се отделя голямо количество адреналинов хормон, което води до редица промени: повишена консумация на кислород, повишени количества глюкоза, повишен сърдечен ритъм и мобилизация на мускулната система. В този случай общият баланс се поддържа поради изплащане на активността на други компоненти: забавянето на храносмилането, изчезването на сексуалните рефлекси.

Динамичен баланс

Трябва да се отбележи, че хомеостазата, на каквото ниво се запазва, не е абсолютна. Всички параметри на вътрешната среда се поддържат в определен диапазон от стойности и постоянно се колебаят. Ето защо те говорят за динамично равновесие на системата. В същото време е важно стойността на даден параметър да не надхвърля т.нар. Трептения, в противен случай процесът може да стане патологичен.

Устойчивост и саморегулиране на екосистемата

Биогеоценоза (екосистема) се състои от две взаимосвързани структури: биоценоза и биотоп. Първият е целият набор от живи същества в дадена област. Биотопите са факторите на неживата среда, в която живее биоценозата. Екологичните условия, които постоянно засягат организмите, са разделени на три групи:

• абиотични фактори на околната среда: температура, светлина, влажност и други елементи от неживата природа;
• биотични фактори на околната среда: влиянието на някои организми върху другите, са разделени на конкуренция, симбиоза, паразитизъм и хищничество;
• антропогенни фактори на околната среда - човешко въздействие.

Запазването на хомеостазата означава благосъстоянието на организмите при условия на постоянно излагане на външната среда и променящи се вътрешни фактори. Подкрепата за саморегулиране на биогеоценозата се основава главно на системата от трофични връзки. Те са относително затворена верига, през която преминават енергията. Производителите (растения и хемобактерии) го получават от слънцето или в резултат на химични реакции, създават с помощта си органично вещество, консумирано от потребителите (тревопасни, хищници, всемогъщи) от няколко поръчки. На последния етап от цикъла се разграждат (бактерии, някои видове червеи), които разлагат органичните вещества в съставните им елементи. Те отново се въвеждат в системата под формата на храна за производителите.

Константата на цикъла се осигурява от факта, че на всяко ниво има няколко вида живи същества. Ако някой от тях излезе от веригата, те се заместват от подобна функция.

Външно въздействие

Поддържането на хомеостаза е придружено от постоянна експозиция отвън. Промяната в условията на екосистемата води до необходимостта от коригиране на вътрешните процеси. Съществуват няколко критерия за устойчивост:

• висок и балансиран репродуктивен потенциал на индивидите;
• адаптиране на отделните организми към променящите се условия на околната среда;
• разнообразието на видовете и разклонените хранителни вериги.

Тези три условия спомагат за поддържането на екосистемата в състояние на динамично равновесие. По този начин, на нивото на биогеоценозата, саморегулирането в биологията е възпроизводството на индивидите, запазването на числеността и устойчивостта към факторите на околната среда. В този случай, както в случая на отделен организъм, равновесието на системата не може да бъде абсолютно.

Концепцията за саморегулиране на живите системи разширява описаните модели към човешките общности и социалните институции. Неговите принципи се използват широко и в психологията. Всъщност това е една от фундаменталните теории за съвременните природни науки.