Ympäristötekijät ovat ulkoisen ympäristön ominaisuuksia, jotka vaikuttavat suoraan elimistöömme. Joskus joidenkin näiden parametrien (kuten lämpötilan tai kosteuden) muuttuminen voi vaikuttaa elimistöön negatiivisesti, vahingoittaa ja häiritä fysiologisten toimintojen suorittamista. Eläimille on tärkeää pystyä hallitsemaan näitä tekijöitä, jotta niiden elimistössä säilyy tietynlainen vakaus ja vakaus.

Jotkin säännölliset toiminnot, kuten juominen tai transpirointi, auttavat saavuttamaan tämän vakauden, mutta elimistön säätelyyn liittyy joukko erittäin monimutkaisia mekanismeja. Jatka lukemista ja tutustu homeostaattisten mekanismien merkitykseen, jotka vastaavat vakaan sisäisen tilan ylläpitämisestä.

Vakiintuneen sisäisen ympäristön ylläpidon merkitys

Solut, jotka muodostavat eläinten elimet ja kudokset, ovat upotettuina nestemäiseen väliaineeseen, nestemäiseen lokeroon, jota modernin fysiologian isä Claude Bernard kutsui “sisäiseksi ympäristöksi”. Sisäisellä ympäristöllä tarkoitetaan pääasiassa solunulkoista nestettä (ECF, extracellular fluid), joka erottaa veren soluista ja joka puolestaan koostuu interstitiaalisesta nesteestä, plasmanesteestä ja lymfasta, nesteistä, jotka ovat ratkaisevia fysiologisten toimintojen suorittamisessa.

Nisäkkäitä tutkiessaan Bernard havaitsi, että tämä sisäinen ympäristö pysyi huomattavan vakaana, vaikka ulkoiset parametrit vaihtelivat; useiden ympäristötekijöiden, kuten lämpötilan tai ympäristön paineen, vaihtelu ei aiheuttanut epätasapainoa sisäisen ympäristön koostumuksessa ja ominaisuuksissa, vaan se pysyi vakaana.

Sisäisen ympäristön pysyvyyden löytyminen oli äärimmäisen merkittävää, sillä sen ansiosta tutkijat pääsivät siihen johtopäätökseen, että eläimet, jotka kykenivät säätelemään sisäistä ympäristöään, pystyivät myös hyödyntämään laajempaa valikoimaa mahdollisia elinympäristöjä. Tämän havainnon ansiosta Bernard pystyi muotoilemaan yhden kuuluisimmista lausunnoistaan: “Sisäisen ympäristön pysyvyys on vapaan ja riippumattoman elämän edellytys”, mikä tarkoittaa, että niitä olentoja, jotka kykenevät säilyttämään sisäisen ympäristönsä pysyvyyden, voidaan pitää ympäristöstä riippumattomana organismina. Joka tapauksessa, ja jotta tämä tapahtuisi, siihen liittyy mekanismi, jota kutsutaan homeostaasiksi.

Mitä on homeostaasi?

Termin “homeostaasi” keksi amerikkalainen fysiologi Walter Cannon, ja se liittyy Bernardin käsitykseen sisäisen ympäristön fysiologisesta vakaudesta. Vuonna 1932 Cannon määritteli homeostaasin sarjaksi fysiologisia prosesseja, jotka osallistuvat organismin tilan säätelyyn ja ylläpitämiseen minkä tahansa häiriön edessä. On tärkeää huomata, että sisäisen ympäristön tärkeimmät epävakauttavat tekijät ovat ympäristöparametrit ja itse solujen aineenvaihdunta.

Homeostaattisiin prosesseihin liittyy joukko sisäisiä antureita (sensorisia reseptoreita), jotka pystyvät havaitsemaan kaikenlaiset poikkeamat optimaalisesta fysiologisesta tilasta ja samalla käynnistämään asianmukaiset toimet näiden muutosten korjaamiseksi. Tätä optimaalista tilaa voidaan ylläpitää

Tämä optimaalinen tila voidaan ylläpitää asetusarvon eli kullekin lajille sopivan viitearvon avulla: kun aistireseptorit havaitsevat häiriön (tärinää, säteilyä…), organismi tarkistaa tämän viitearvon ja käynnistää asianmukaiset homeostaattiset mekanismit, jotka toimivat sen seurauksena kyseisen arvon ylläpitämiseksi. Homeostaasiin kuuluvat sekä fysiologiset että etologiset mekanismit: hikoilu, huohotus (fysiologinen lämmönsäätely), peittyminen, turkki (etologiset reaktiot kylmyyteen) jne. Lyhyesti sanottuna homeostaattiset mekanismit ovat eläimille välttämättömiä, sillä ne säätelevät ja ylläpitävät elimistöä optimaalisissa olosuhteissa myös silloin, kun se kohtaa vastoinkäymisiä. On esimerkiksi todistettu, että joillakin jyrsijöillä verensokeri pysyy vakiona, vaikka ne eivät saisi ruokaa.

Homeostaattisen säätelyn menetelmät

Kaksi erilaista homeostaattista mekanismia vastaa sisäisen ympäristön vakauden ylläpitämisestä.

Reaktiivinen homeostaasi

Reaktiivinen homeostaasi on suora reaktio sisäisessä ympäristössä tapahtuviin muutoksiin (esimerkiksi pH:n vaihtelu), eli se tapahtuu silloin, kun johonkin elimistön sisäiseen parametriin kohdistuu vaihtelua, joka on korjattava. Esimerkki reaktiivisesta homeostaasista on hetki, jolloin eläin juo reaktiona liiallisen haukkumisen tai voimakkaan hikoilun aiheuttamaan nestehukkaan.

Prediktiivinen homeostaasi

Sisäiset värähtelymekanismit toimivat todellisina kronometreinä, jotka voivat valmistella fysiologisen vasteen ulkoisiin ympäristömuutoksiin etukäteen. Tätä varhaista valmistautumista kutsutaan “ennakoivaksi homeostaasiksi” (predictive homeostasis), jonka termin on ehdottanut Martin Moore-Ede.

Predictive homeostasis (ennakoiva homeostaasi) on reaktio ulkoisen ympäristön muutoksiin. Se on ennakoiva, mikä tarkoittaa, että sen avulla voidaan ennustaa ympäristöärsykkeen ilmaantuminen ja ennakoida asianmukainen reaktio kaikkiin häiriöihin, jotka poikkeuttavat viitearvoa tai asetuspistettä. Tämä homeostaasin malli vaikuttaa myös sirkadiaaniseen järjestelmään, joka häiriöstä tietoisena sallii viitearvon poikkeamisen, joten organismin on säädeltävä tästä uudesta, muuttuneesta asetuspisteestä käsin (sopeutumisreaktio toimii suhteessa uuteen asetuspisteeseen).

Jotkut ara-lajeista tarjoavat mielenkiintoisen esimerkin ennakoivasta homeostaasista: tämä linturyhmä kuluttaa usein savimineraalia nimeltä “kaoliini”, joka toimii luonnollisena lääkeaineena, joka estää siementen nauttimisesta aiheutuvia mahdollisia myrkytyksiä. Toisena esimerkkinä voidaan mainita dehydratoituneiden eläinten ruoan saannin vähentäminen, jotta vältettäisiin veden menettäminen erittymisen kautta.

Organismityypit ja niiden säätelymekanismit

Organismityyppejä on erilaisia riippuen niiden käyttämistä säätelymekanismeista. Yleisesti voidaan sanoa, että evoluutioasteikolla noustessa kyky ylläpitää sisäisen ympäristön vakautta on yhä tehokkaampi, mikä tekee homeostaasiprosessista yhä kehittyneemmän.

Muotoilevat organismit

Muotoileviin lajeihin vaikuttavat ulkoiset tekijät, joten organismi mukauttaa vähitellen sisäisiä parametrejaan ympäristöparametreihin entsyymiensä joustavuuden ansiosta. Muodonmuuttajilla on etu: niiden ei tarvitse käyttää niin paljon energiaa sisäisten ominaisuuksien pitämiseen vakaina. Vapaan elämän mahdollisuudet ovat kuitenkin rajalliset, sillä sisäiset solut ovat alttiita ulkoisten olosuhteiden aiheuttamille muutoksille.

Nämä eliöt pystyvät suoriutumaan toiminnoistaan tyydyttävästi vain kapealla parametrien vaihteluvälillä, kun taas tuon vaihteluvälin ulkopuolella ne vain yrittävät selviytyä. Yleensä konformistit sietävät suuria vaihteluita sisäisen ympäristönsä parametreissa.

Regulaattoriorganismit

Regulaattoriorganismit pitävät sisäisen ympäristönsä olosuhteet vakaina, kapeissa rajoissa, ulkoisen ympäristön olosuhteiden vaihtelujen vallitessa. Toisin kuin konformistit, säätelijöiden solut toimivat ulkoisesta ympäristöstä riippumatta sietäen laajoja muutoksia sen ominaisuuksissa. Tämän mahdollistavat mekanismit kuluttavat paljon energiaa. Esimerkiksi nisäkkäät ovat säätelyorganismeja.

Kääntäjä Carlos Heras