Umweltfaktoren sind die Merkmale der äußeren Umgebung, die einen direkten Einfluss auf unseren Organismus haben. Manchmal kann sich die Veränderung einiger dieser Parameter (z. B. Temperatur oder Luftfeuchtigkeit) negativ auf den Körper auswirken und die Ausführung der physiologischen Funktionen beeinträchtigen und stören. Für Tiere ist es wichtig, diese Faktoren kontrollieren zu können, um ein gewisses Maß an Konstanz und Stabilität in ihrem Organismus aufrechtzuerhalten.

Einige regelmäßige Aktivitäten wie Trinken oder Schwitzen tragen zu dieser Stabilität bei, aber es gibt eine Reihe äußerst komplexer Mechanismen, die an der Regulierung des Körpers beteiligt sind. Lesen Sie weiter, um mehr über die Bedeutung der homöostatischen Mechanismen zu erfahren, die für die Aufrechterhaltung eines stabilen inneren Zustands verantwortlich sind.

Die Bedeutung der Aufrechterhaltung eines konstanten inneren Milieus

Die Zellen, die die Organe und Gewebe der Tiere bilden, sind in ein flüssiges Medium eingetaucht, ein Flüssigkeitsraum, den Claude Bernard, der Vater der modernen Physiologie, als “inneres Milieu” bezeichnete. Das interne Milieu bezieht sich hauptsächlich auf die extrazelluläre Flüssigkeit (ECF), ein Bereich, der das Blut von den Zellen trennt und der wiederum aus der interstitiellen Flüssigkeit, der Plasmaflüssigkeit und der Lymphe besteht, Flüssigkeiten, die für die Ausführung der physiologischen Funktionen entscheidend sind.

Bernard entdeckte bei der Untersuchung von Säugetieren, dass dieses innere Milieu auch bei Schwankungen der äußeren Parameter weitgehend konstant blieb; die Variation verschiedener Umweltfaktoren wie Temperatur oder Umgebungsdruck führte nicht zu einem Ungleichgewicht in der Zusammensetzung und den Eigenschaften des inneren Milieus, das stabil blieb.

Die Entdeckung der Konstanz des inneren Milieus war von großer Bedeutung, da sie den Forschern die Schlussfolgerung ermöglichte, dass Tiere, die in der Lage sind, ihr inneres Milieu zu regulieren, auch in der Lage sind, eine größere Vielfalt an potenziellen Lebensräumen zu nutzen. Diese Erkenntnis ermöglichte es Bernard, eine seiner berühmtesten Aussagen zu formulieren: “Die Konstanz des inneren Milieus ist die Bedingung für ein freies und unabhängiges Leben”, was bedeutet, dass diejenigen Lebewesen, die in der Lage sind, die Konstanz des inneren Milieus aufrechtzuerhalten, als ein von der Umwelt unabhängiger Organismus betrachtet werden können. In jedem Fall ist dafür ein Mechanismus erforderlich, der als Homöostase bezeichnet wird.

Was ist Homöostase?

Der Begriff “Homöostase” wurde von dem amerikanischen Physiologen Walter Cannon geprägt und steht im Zusammenhang mit Bernards Vorstellung von der physiologischen Stabilität der inneren Umgebung. Cannon definierte 1932 die Homöostase als die Gesamtheit der physiologischen Prozesse, die an der Regulierung und Aufrechterhaltung des Zustands eines Organismus angesichts jeglicher Störung beteiligt sind. Es ist wichtig zu beachten, dass die wichtigsten destabilisierenden Faktoren der inneren Umgebung Umweltparameter und der Zellstoffwechsel selbst sind.

Die homöostatischen Prozesse umfassen eine Reihe von internen Sensoren (sensorische Rezeptoren), die jede Art von Abweichung von einem optimalen physiologischen Zustand erkennen und gleichzeitig die entsprechenden Maßnahmen zur Korrektur dieser Veränderungen einleiten können. Dieser optimale Zustand kann aufrechterhalten werden

Dieser optimale Zustand kann durch einen Sollwert aufrechterhalten werden, d.h. durch einen geeigneten Referenzwert für jede Spezies: wenn eine Störung (Vibrationen, Strahlung…) von den sensorischen Rezeptoren wahrgenommen wird, prüft der Organismus diesen Referenzwert und setzt die geeigneten homöostatischen Mechanismen in Gang, die daraufhin handeln, um diesen Wert aufrechtzuerhalten. Die Homöostase umfasst sowohl physiologische als auch ethologische Mechanismen: Schwitzen, Hecheln (physiologische Thermoregulation), Bedeckung, Fell (ethologische Reaktionen auf Kälte) usw. Kurz gesagt, homöostatische Mechanismen sind für Tiere von grundlegender Bedeutung, da sie den Organismus regulieren und unter optimalen Bedingungen halten, selbst wenn er mit Widrigkeiten konfrontiert ist. So wurde beispielsweise nachgewiesen, dass bei einigen Nagetieren der Blutzuckerspiegel konstant bleibt, selbst wenn sie keinen Zugang zu Nahrung haben.

Die Methoden der homöostatischen Regulierung

Zwei verschiedene homöostatische Mechanismen sind für die Aufrechterhaltung der Stabilität des inneren Milieus verantwortlich.

Reaktive Homöostase

Die reaktive Homöostase ist eine direkte Reaktion auf Veränderungen in der inneren Umgebung (z.B. eine Veränderung des pH-Wertes), d.h. sie tritt auf, wenn ein interner Parameter des Organismus einer Veränderung unterliegt, die korrigiert werden muss. Ein Beispiel für reaktive Homöostase ist der Moment, in dem ein Tier als Reaktion auf eine Dehydrierung durch übermäßiges Hecheln oder starkes Schwitzen trinkt.

Vorhersagende Homöostase

Die internen oszillierenden Mechanismen wirken wie echte Chronometer, die eine physiologische Reaktion auf äußere Umweltveränderungen im Voraus vorbereiten können. Diese frühzeitige Vorbereitung wird als “prädiktive Homöostase” bezeichnet, ein Begriff, der von Martin Moore-Ede vorgeschlagen wurde.

Die prädiktive Homöostase ist eine Reaktion auf Veränderungen in der äußeren Umgebung. Sie ist vorausschauend, d.h. sie ermöglicht es, das Auftreten eines Umweltreizes vorherzusagen und eine angemessene Reaktion auf jede Störung zu antizipieren, die den Referenzwert oder Sollwert ablenkt. Dieses Modell der Homöostase wirkt sich auch auf das zirkadiane System aus, das, wenn es sich der Störung bewusst ist, die Abweichung des Referenzwerts zulässt, so dass der Organismus von diesem neuen, veränderten Sollwert aus regulieren muss (die adaptive Reaktion bezieht sich auf den neuen Sollwert).

Ein interessantes Beispiel für die vorausschauende Homöostase liefern einige Arten von Aras: Diese Vogelgruppe verzehrt häufig ein Tonmineral namens “Kaolin”, das wie ein natürliches Medikament wirkt, das mögliche Vergiftungen durch die Aufnahme von Samen verhindert. Ein anderes Beispiel ist die Verringerung der Nahrungsaufnahme bei dehydrierten Tieren, um den Wasserverlust durch Ausscheidungen zu vermeiden.

Typen von Organismen und ihre Regelungsmechanismen

Es gibt verschiedene Arten von Organismen, je nachdem, welche Regelungsmechanismen sie verwenden. Allgemein kann man sagen, dass die Fähigkeit, die Stabilität der inneren Umgebung aufrechtzuerhalten, im Laufe der Evolution immer effektiver wird, so dass der Prozess der Homöostase immer ausgefeilter wird.

Konforme Organismen

Konforme Arten werden von äußeren Faktoren beeinflusst, so dass der Organismus seine inneren Parameter dank der Flexibilität seiner Enzyme allmählich an die Umweltparameter anpasst. Die Konformer haben einen Vorteil: Sie müssen nicht so viel Energie aufwenden, um ihre inneren Merkmale stabil zu halten. Die Möglichkeiten des freien Lebens sind jedoch begrenzt, da die inneren Zellen den Veränderungen der äußeren Bedingungen ausgesetzt sind.

Diese Organismen können ihre Funktionen nur in einem engen Bereich von Parametern zufriedenstellend erfüllen, während sie außerhalb dieses Bereichs einfach versuchen, zu überleben. Im Allgemeinen tolerieren Konformisten große Schwankungen in den Parametern ihrer inneren Umgebung.

Regulatorische Organismen

Regulatorische Organismen halten die Bedingungen ihrer inneren Umgebung in engen Grenzen stabil, wenn die Bedingungen der äußeren Umgebung schwanken. Im Gegensatz zu Konformisten arbeiten die Zellen von Regulatororganismen unabhängig von der äußeren Umgebung und tolerieren weitreichende Veränderungen ihrer Eigenschaften. Die Mechanismen, die dies möglich machen, verbrauchen viel Energie. Säugetiere zum Beispiel sind regulatorische Organismen.

Übersetzt von Carlos Heras