Гомеостаз - это способность поддерживать относительно стабильное внутреннее состояние, которое сохраняется, несмотря на изменения во внешнем мире. Все живые организмы, от растений до щенков и людей, должны регулировать свою внутреннюю среду, чтобы перерабатывать энергию и в конечном итоге выживать. Например, если ваше кровяное давление резко возрастет или температура тела упадет, ваша система органов может изо всех сил пытаться выполнить свою работу и в конечном итоге потерпит неудачу.
Почему гомеостаз важен
Физиолог Уолтер Кэннон ввел термин «гомеостаз» в 1920-х годах, расширив предыдущую работу покойного физиолога Клода Бернара. В 1870-х годах Бернард описал, как сложные организмы должны поддерживать равновесие в их внутренней среде, или «окружающая среда»,«Для того, чтобы вести« свободную и независимую жизнь »в загробном мире. Кэннон оттачивал эту концепцию и представил гомеостаз популярной аудитории в своей книге« Мудрость тела »(The British Medical Journal, 1932).
Провозглашенное в качестве основного принципа физиологии, базовое определение гомеостаза Кэннона остается в использовании сегодня. Термин происходит от греческих корней, означающих «похожий» и «состояние стабильности». Приставка «homeo» подчеркивает, что гомеостаз не работает как термостат или круиз-контроль в автомобиле с фиксированной температурой или скоростью. Вместо этого гомеостаз содержит важные физиологические факторы в приемлемом диапазоне значений, согласно обзору в журнале «Аппетит».
Человеческое тело, например, регулирует свои внутренние концентрации водорода, кальция, калия и натрия, заряженных частиц, на которые клетки полагаются для нормального функционирования. Гомеостатические процессы также поддерживают уровень воды, кислорода, pH и сахара в крови, а также температуру тела, согласно обзору 2015 года в журнале «Достижения в области физиологии».
По мнению Scientific American, у здоровых организмов гомеостатические процессы разворачиваются постоянно и автоматически. Многочисленные системы часто работают в тандеме для поддержания единого физиологического фактора, такого как температура тела. Если эти меры сбоят или потерпят неудачу, организм может поддаться болезни или даже смерти.
Как поддерживается гомеостаз
Многие гомеостатические системы прислушиваются к сигналам бедствия от тела, чтобы узнать, когда ключевые переменные выходят за пределы своего диапазона. Нервная система обнаруживает эти отклонения и сообщает об этом в контрольный центр, который часто базируется в мозге. Затем центр управления направляет мышцы, органы и железы для устранения нарушений. Согласно онлайн-учебнику по анатомии и физиологии, непрерывный цикл нарушений и адаптации известен как «отрицательная обратная связь».
Например, человеческое тело поддерживает температуру ядра около 98,6 градусов по Фаренгейту (37 градусов по Цельсию). При перегреве термодатчики в коже и мозге бьют тревогу, инициируя цепную реакцию, которая заставляет организм потеть и приливать. При охлаждении организм реагирует дрожью и уменьшает кровообращение в коже. Точно так же, когда уровень натрия резко возрастает, организм дает сигнал почкам для сохранения воды и удаления избытка соли в концентрированной моче, согласно двум исследованиям, финансируемым НИЗ.
Животные также корректируют свое поведение в ответ на отрицательную обратную связь. Например, при перегреве мы можем сбросить слой одежды, переместиться в тень или выпить холодный стакан воды.
Современные модели гомеостаза
Концепция отрицательной обратной связи восходит к описанию гомеостаза Кэнноном в 1920-х годах и была первым объяснением того, как работает гомеостаз. Но в последние десятилетия многие ученые утверждают, что организмы способны предвидеть потенциальные нарушения гомеостаза, а не реагировать на них только после факта.
Эта альтернативная модель гомеостаза, известная как аллостаз, подразумевает, что идеальное заданное значение для конкретной переменной может изменяться в ответ на преходящие изменения окружающей среды, согласно статье 2015 года в «Психологическом обзоре». Точка может сместиться под влиянием циркадных ритмов, менструальных циклов или суточных колебаний температуры тела. Согласно обзору 2015 года в журнале «Достижения в области физиологии», уставки могут также изменяться в ответ на физиологические явления, такие как лихорадка, или для компенсации множества гомеостатических процессов, происходящих одновременно.
«Сами заданные значения не являются фиксированными, но могут демонстрировать адаптивную пластичность», - сказал Арт Вудс, биолог из Университета Монтаны в Миссула. «Эта модель учитывает упреждающие реакции на предстоящие потенциальные нарушения, чтобы установить точки».
Например, в ожидании еды организм выделяет дополнительный инсулин, грелин и другие гормоны, согласно обзору 2007 года в Appetite. Эта упреждающая мера готовит организм к поступающему потоку калорий, а не борется за контроль уровня сахара в крови и запасов энергии на его пути.
Способность сдвигать уставки позволяет животным адаптироваться к кратковременным стрессорам, но они могут потерпеть неудачу перед лицом долгосрочных проблем, таких как изменение климата.
«Активация систем гомеостатического реагирования может быть хорошей в течение коротких периодов времени», - сказал Вудс. Но они не предназначены для долго. «Гомеостатические системы могут катастрофически выходить из строя, если их толкать слишком далеко; поэтому, хотя системы могут справиться с краткосрочным новым климатом, они могут не справиться с большими изменениями в течение более длительных периодов времени».
Хранение информации, текущей
Гомеостатические системы могли в первую очередь развиваться, чтобы помочь организмам поддерживать оптимальную функцию в различных условиях и ситуациях. Но, согласно эссе 2013 года в журнале Trends in Ecology & Evolution, некоторые ученые предполагают, что гомеостаз в первую очередь обеспечивает «тихий фон» для общения клеток, тканей и органов друг с другом. Теория утверждает, что гомеостаз облегчает организмам извлечение важной информации из окружающей среды и сигналов челнока между частями тела.
Независимо от своей эволюционной цели, гомеостаз формировал исследования в области наук о жизни в течение почти столетия. Хотя гомеостатические процессы в основном обсуждаются в контексте физиологии животных, они также позволяют растениям управлять запасами энергии, питать клетки и реагировать на экологические проблемы. Помимо биологии, социальные науки, кибернетика, компьютерные науки и инженерия используют гомеостаз в качестве основы для понимания того, как люди и машины поддерживают стабильность, несмотря на сбои.
дополнительный рЕСУРСЫ:
