Faktory prostředí jsou vlastnosti vnějšího prostředí, které mají přímý vliv na náš organismus. Někdy může změna některých z těchto parametrů (například teploty nebo vlhkosti) negativně ovlivnit organismus, poškodit a narušit výkon fyziologických funkcí. Pro živočichy je důležité mít nad těmito faktory kontrolu, aby si zachovali určitý stupeň stálosti a stability svého organismu.

Některé pravidelné činnosti, jako je pití nebo transpirace, pomáhají této stability dosáhnout, ale na regulaci organismu se podílí řada nesmírně složitých mechanismů. Čtěte dále a dozvíte se o významu homeostatických mechanismů, které mají na starosti udržování stavu stálých vnitřních podmínek.

Důležitost udržování stálého vnitřního prostředí

Buňky, které tvoří orgány a tkáně živočichů, jsou ponořeny v tekutém prostředí, v tekutém prostoru, který Claude Bernard, otec moderní fyziologie, nazval “vnitřní prostředí”. Vnitřní prostředí se týká především extracelulární tekutiny (ECF), oddílu, který odděluje krev od buněk a který je zase tvořen intersticiální tekutinou, plazmatickou tekutinou a lymfou, tekutinami, které mají zásadní význam pro výkon fyziologických funkcí.

Bádáním na savcích Bernard zjistil, že toto vnitřní prostředí zůstává značně stabilní, i když dochází ke kolísání vnějších parametrů; kolísání několika faktorů prostředí, jako je teplota nebo tlak prostředí, nezpůsobuje nerovnováhu ve složení a vlastnostech vnitřního prostředí, které zůstává stabilní.

Objev konstantnosti vnitřního prostředí byl nesmírně významný, protože umožnil vědcům dospět k závěru, že živočichové, kteří byli schopni regulovat své vnitřní prostředí, byli také schopni využívat širší škálu potenciálních stanovišť. Tento objev umožnil Bernardovi formulovat jeden z jeho nejslavnějších výroků: “konstanta vnitřního prostředí je podmínkou svobodného a nezávislého života”, což znamená, že ty bytosti, které jsou schopny udržovat konstantu vnitřního prostředí, lze považovat za organismus nezávislý na prostředí. V každém případě, a aby se tak stalo, je zapojen mechanismus známý jako homeostáza.

Co je to homeostáza

Termín “homeostáza” zavedl americký fyziolog Walter Cannon a souvisí s Bernardovým pojetím fyziologické stability vnitřního prostředí. V roce 1932 Cannon definoval homeostázu jako řadu fyziologických procesů, které se podílejí na regulaci a udržení stavu organismu tváří v tvář jakékoli poruše. Je důležité si uvědomit, že hlavními destabilizujícími faktory vnitřního prostředí jsou parametry prostředí a samotný buněčný metabolismus.

Homeostatické procesy zahrnují řadu vnitřních senzorů (smyslových receptorů), které mohou detekovat jakýkoli druh odchylky od optimálního fyziologického stavu a zároveň iniciovat příslušné kroky k nápravě těchto změn. Tento optimální stav lze udržovat

Tento optimální stav lze udržovat pomocí set pointu, tj. vhodné referenční hodnoty pro každý druh: když smyslové receptory zaznamenají poruchu (vibrace, záření…), organismus zkontroluje tuto referenční hodnotu a nastaví příslušné homeostatické mechanismy, které následně působí na udržení této hodnoty. Homeostáza zahrnuje jak fyziologické, tak etologické mechanismy: pocení, dýchání (fyziologická termoregulace), okluze, srst (etologické reakce na chlad) atd. Stručně řečeno, homeostatické mechanismy jsou pro zvířata zásadní, protože regulují a udržují organismus v optimálních podmínkách, i když čelí nepříznivým podmínkám. Například bylo prokázáno, že u některých hlodavců zůstává hladina cukru v krvi konstantní, i když nemají přístup k potravě.

Způsoby homeostatické regulace

Udržování stability vnitřního prostředí mají na starosti dva různé homeostatické mechanismy.

Reaktivní homeostáza

Reaktivní homeostáza je přímou reakcí na změny, které probíhají ve vnitřním prostředí (například změna pH); to znamená, že k ní dochází, když je vnitřní parametr organismu vystaven změně, kterou je třeba korigovat. Příkladem reaktivní homeostázy je okamžik, kdy se zvíře napije jako reakce na dehydrataci způsobenou nadměrným dýcháním nebo silným pocením.

Prediktivní homeostáza

Vnitřní oscilační mechanismy fungují jako skutečné chronometry, které mohou předem připravit fyziologickou reakci na změny vnějšího prostředí. Tato včasná příprava je známá jako “prediktivní homeostáza”, což je termín, který navrhl Martin Moore-Ede.

Prediktivní homeostáza je reakcí na změny vnějšího prostředí. Je anticipační, což znamená, že umožňuje předvídat výskyt podnětu z prostředí a předvídat správnou reakci na jakoukoli poruchu, která vychýlí referenční hodnotu nebo žádanou hodnotu. Tento model homeostázy ovlivňuje také cirkadiánní systém, který, vědom si narušení, umožňuje vychýlení referenční hodnoty, takže organismus se musí regulovat z tohoto nového, změněného set pointu (adaptivní reakce působí ve vztahu k novému set pointu).

Některé druhy makaků poskytují zajímavý příklad prediktivní homeostázy: tato skupina ptáků často konzumuje jílový minerál zvaný “kaolin”, který působí jako přírodní lék, který zabraňuje případným intoxikacím požitím semen. Dalším příkladem může být snížení příjmu potravy u dehydratovaných zvířat, aby se zabránilo ztrátě vody vylučováním.

Typy organismů a jejich regulační mechanismy

Existují různé typy organismů podle toho, jaké regulační mechanismy používají. Obecně lze říci, že se stoupajícím stupněm evoluční škály bude schopnost udržovat stabilitu vnitřního prostředí stále účinnější, takže proces homeostázy bude stále sofistikovanější.

Konformní organismy

Konformní druhy jsou ovlivňovány vnějšími faktory, takže organismus postupně přizpůsobuje své vnitřní parametry parametrům prostředí díky flexibilitě svých enzymů. Konformní organismy mají výhodu: nemusí investovat tolik energie do udržení stabilních vnitřních vlastností. Možnosti volného života jsou však omezené, protože vnitřní buňky podléhají změnám vnějších podmínek.

Tyto organismy mohou uspokojivě plnit své funkce pouze v úzkém rozpětí parametrů, zatímco mimo toto rozpětí se prostě snaží přežít. Obecně platí, že konformní organismy snášejí velké rozdíly v parametrech svého vnitřního prostředí.

Regulátorové organismy

Regulátorové organismy udržují podmínky svého vnitřního prostředí stabilní, v úzkých mezích, tváří v tvář změnám podmínek vnějšího prostředí. Na rozdíl od konformních organismů pracují buňky regulátorů nezávisle na vnějším prostředí a tolerují rozsáhlé změny jeho vlastností. Mechanismy, které to umožňují, spotřebovávají velké množství energie. Například savci jsou regulační organismy.

Přeložil Carlos Heras

.