A környezeti tényezők a külső környezet azon jellemzői, amelyek közvetlen hatást gyakorolnak szervezetünkre. Néha ezen paraméterek némelyikének (például a hőmérséklet vagy a páratartalom) megváltozása negatívan befolyásolhatja a szervezeteket, károsítva és megzavarva az élettani funkciók végrehajtását. Az állatok számára fontos, hogy képesek legyenek kontrollálni ezeket a tényezőket, hogy bizonyos fokú állandóságot és stabilitást tudjanak fenntartani a szervezetükben.
Egy bizonyos rendszeres tevékenység, mint például az ivás vagy a transzpiráció, segít elérni ezt a stabilitást, de a szervezet szabályozásában egy sor rendkívül összetett mechanizmus vesz részt. Olvasson tovább, hogy megismerje a homeosztatikus mechanizmusok fontosságát, amelyek az állandó belső állapot fenntartásáért felelősek.
A belső környezet állandó fenntartásának fontossága
Az állatok szerveit és szöveteit alkotó sejtek egy folyékony közegben, egy folyadékkompartmentben vannak elmerülve, amelyet Claude Bernard, a modern fiziológia atyja “belső környezetnek” nevezett. A belső környezet elsősorban az extracelluláris folyadékot (ECF) jelenti, a vért a sejtektől elválasztó részt, amely viszont az interstitialis folyadékból, a plazmafolyadékból és a nyirokból áll, olyan folyadékokból, amelyek döntő fontosságúak az élettani funkciók ellátásában.
Az emlősöket kutatva Bernard felfedezte, hogy ez a belső környezet még a külső paraméterek ingadozása esetén is jelentősen állandó maradt; több környezeti tényező, például a hőmérséklet vagy a környezeti nyomás változása nem okozott egyensúlyzavart a belső környezet összetételében és tulajdonságaiban, az stabil maradt.
A belső környezet állandóságának felfedezése rendkívül jelentős volt, mivel lehetővé tette a kutatók számára, hogy arra a következtetésre jussanak, hogy a belső környezetüket szabályozni képes állatok a potenciális élőhelyek szélesebb körét is képesek voltak kihasználni. Ez a felfedezés lehetővé tette Bernard számára, hogy megfogalmazza egyik leghíresebb kijelentését: “a belső környezet állandósága a szabad és független élet feltétele”, vagyis azok a lények, amelyek képesek fenntartani a belső környezet állandóságát, a környezettől független szervezetnek tekinthetők. Minden esetben, és annak érdekében, hogy ez megtörténjen, egy homeosztázisnak nevezett mechanizmus játszik szerepet.
Mi a homeosztázis?
A “homeosztázis” kifejezést Walter Cannon amerikai fiziológus alkotta meg, és a belső környezet fiziológiai stabilitásának Bernard-féle fogalmához kapcsolódik. Cannon 1932-ben úgy definiálta a homeosztázist, mint azoknak az élettani folyamatoknak a sorát, amelyek egy szervezet állapotának szabályozásában és fenntartásában vesznek részt bármilyen zavarral szemben. Fontos megjegyezni, hogy a belső környezet fő destabilizáló tényezői a környezeti paraméterek és maga a sejtanyagcsere.
A homeosztatikus folyamatok egy sor olyan belső érzékelőt (szenzoros receptorokat) foglalnak magukban, amelyek képesek érzékelni az optimális élettani állapottól való bármilyen eltérést, és egyúttal megfelelő cselekvéseket kezdeményezni e változások korrigálására. Ez az optimális állapot fenntartható
Ez az optimális állapot fenntartható set point, azaz az egyes fajok számára megfelelő referenciaérték segítségével: amikor az érzékszervi receptorok zavarást (rezgést, sugárzást…) érzékelnek, a szervezet ellenőrzi ezt a referenciaértéket, és beállítja a megfelelő homeosztatikus mechanizmusokat, amelyek ennek következtében az érték fenntartására hatnak. A homeosztázis magában foglalja mind a fiziológiai, mind az etológiai mechanizmusokat: izzadás, lihegés (fiziológiai hőszabályozás), rejtőzködés, szőrzet (etológiai válaszok a hidegre) stb. Röviden, a homeosztatikus mechanizmusok alapvető fontosságúak az állatok számára, mivel szabályozzák és optimális körülmények között tartják a szervezetet, még akkor is, ha a szervezetet megpróbáltatások érik. Bizonyított például, hogy egyes rágcsálóknál a vércukorszint akkor is állandó marad, ha nem jutnak táplálékhoz.
A homeosztatikus szabályozás módszerei
A belső környezet stabilitásának fenntartásáért két különböző homeosztatikus mechanizmus felel.
Reaktív homeosztázis
A reaktív homeosztázis közvetlen válasz a belső környezetben bekövetkező változásokra (például a pH változása), vagyis akkor lép fel, amikor a szervezet valamely belső paramétere olyan változásnak van kitéve, amelyet korrigálni kell. A reaktív homeosztázisra példa az a pillanat, amikor egy állat a túlzott zihálás vagy erős izzadás okozta kiszáradásra adott válaszként iszik.
A prediktív homeosztázis
A belső oszcilláló mechanizmusok valódi kronométerként működnek, amelyek képesek előre előkészíteni a külső környezeti változásokra adott fiziológiai választ. Ezt a korai felkészülést Martin Moore-Ede által javasolt “prediktív homeosztázis”
A prediktív homeosztázis a külső környezet változásaira adott válasz. Előrelátó, ami azt jelenti, hogy lehetővé teszi egy környezeti inger megjelenésének előrejelzését, és a referenciaértéket vagy a beállított pontot eltérítő bármely zavarra adott megfelelő válaszreakció előre jelzését. A homeosztázisnak ez a modellje a cirkadián rendszert is érinti, amely a zavar tudatában lehetővé teszi a referenciaérték eltérését, így a szervezetnek ebből az új, módosított set pointból kell szabályoznia (az adaptív válasz az új set pointra vonatkoztatva hat).
A prediktív homeosztázisra érdekes példát szolgáltatnak egyes arafajok: ez a madárcsoport gyakran fogyaszt egy “kaolin” nevű agyagásványt, amely természetes gyógyszerként működik, amely megakadályozza a magok lenyelése által okozott esetleges mérgezéseket. Egy másik példa lehet a kiszáradt állatok táplálékfelvételének csökkentése, hogy elkerüljék a kiválasztással történő vízveszteséget.
A szervezetek típusai és szabályozási mechanizmusaik
A szervezetek különböző típusai léteznek, attól függően, hogy milyen szabályozási mechanizmusokat alkalmaznak. Általánosságban elmondható, hogy az evolúciós skálán felfelé haladva egyre hatékonyabbá válik a belső környezet stabilitásának fenntartására irányuló képesség, így a homeosztázis folyamata egyre kifinomultabbá válik.
A konformer szervezetek
A konformer fajokat külső tényezők befolyásolják, így a szervezet fokozatosan igazítja belső paramétereit a környezeti paraméterekhez, köszönhetően az enzimek rugalmasságának. A konformereknek van egy előnyük: nem kell annyi energiát befektetniük a belső jellemzők stabilan tartásába. A szabad élet lehetőségei azonban korlátozottak, mivel a belső sejtek ki vannak téve a külső körülmények változásainak.
Ezek az élőlények csak egy szűk paramétertartományban képesek kielégítően ellátni a feladataikat, míg ezen a tartományon kívül egyszerűen megpróbálnak túlélni. Általánosságban elmondható, hogy a konformerek belső környezetük paramétereinek nagymértékű változását tolerálják.
Regulátorszervezetek
A szabályzószervezetek a külső környezet feltételeinek változásával szemben szűk határok között stabilan fenntartják belső környezetük feltételeit. A konformerekkel ellentétben a regulátorok sejtjei a külső környezettől függetlenül működnek, tolerálva annak jellemzőinek széleskörű változásait. Az ezt lehetővé tevő mechanizmusok sok energiát fogyasztanak. Az emlősök például regulátorszervezetek.
Translated by Carlos Heras