I fattori ambientali sono le caratteristiche dell’ambiente esterno che hanno un impatto diretto sul nostro organismo. A volte, l’alterazione di alcuni di questi parametri (come la temperatura o l’umidità) può influire negativamente sugli organismi, danneggiando e interrompendo l’esecuzione delle funzioni fisiologiche. È importante che gli animali possano avere il controllo su questi fattori, per mantenere un certo grado di costanza e stabilità nel loro organismo.

Alcune attività regolari, come bere o traspirare, aiutano a raggiungere questa stabilità, ma ci sono una serie di meccanismi estremamente complessi coinvolti nella regolazione del corpo. Continua a leggere per conoscere l’importanza dei meccanismi omeostatici, che hanno il compito di mantenere uno stato di condizioni interne costanti.

L’importanza di mantenere un ambiente interno costante

Le cellule che formano gli organi e i tessuti degli animali sono immerse in un mezzo liquido, un compartimento fluido che Claude Bernard, padre della fisiologia moderna, chiamava ‘ambiente interno’. L’ambiente interno si riferisce, principalmente, al fluido extracellulare (ECF), una sezione che separa il sangue dalle cellule, che è, a sua volta, composto da liquido interstiziale, liquido plasmatico e linfa, fluidi che sono cruciali nello svolgimento delle funzioni fisiologiche.

Facendo ricerche sui mammiferi, Bernard scoprì che questo ambiente interno rimaneva notevolmente stabile, anche quando c’erano fluttuazioni nei parametri esterni; la variazione di diversi fattori ambientali, come la temperatura o la pressione ambientale, non provocava uno squilibrio nella composizione e nelle proprietà dell’ambiente interno, che rimaneva stabile.

La scoperta della costanza dell’ambiente interno fu estremamente significativa, in quanto permise ai ricercatori di giungere alla conclusione che gli animali che erano in grado di regolare il loro ambiente interno erano anche in grado di sfruttare una più ampia varietà di potenziali habitat. Questa rivelazione permise a Bernard di formulare una delle sue affermazioni più famose: “la costanza dell’ambiente interno è la condizione per una vita libera e indipendente”, intendendo che quegli esseri che sono capaci di mantenere la costanza dell’ambiente interno possono essere considerati un organismo indipendente dall’ambiente. In ogni caso, e per far sì che questo accada, è coinvolto un meccanismo noto come omeostasi.

Che cos’è l’omeostasi?

Il termine ‘omeostasi’ fu coniato dal fisiologo americano Walter Cannon, ed è legato alla nozione di Bernard della stabilità fisiologica dell’ambiente interno. Nel 1932, Cannon definì l’omeostasi come la serie di processi fisiologici che sono coinvolti nella regolazione e nel mantenimento dello stato di un organismo di fronte a qualsiasi disturbo. È importante notare che i principali fattori destabilizzanti dell’ambiente interno sono i parametri ambientali e lo stesso metabolismo cellulare.

I processi omeostatici coinvolgono una serie di sensori interni (recettori sensoriali) in grado di rilevare qualsiasi tipo di deviazione da uno stato fisiologico ottimale e, allo stesso tempo, di avviare le azioni appropriate per correggere queste alterazioni. Questo stato ottimale può essere mantenuto

Questo stato ottimale può essere mantenuto da un set point, cioè da un valore di riferimento appropriato per ogni specie: quando un disturbo (vibrazioni, radiazioni…) viene percepito dai recettori sensoriali, l’organismo controlla quel valore di riferimento e imposta i meccanismi omeostatici appropriati, che agiscono di conseguenza per mantenere quel valore. L’omeostasi comprende sia meccanismi fisiologici che etologici: sudorazione, ansimare (termoregolazione fisiologica), occultamento, pelliccia (risposte etologiche al freddo), ecc. In breve, i meccanismi omeostatici sono essenziali per gli animali, poiché regolano e mantengono l’organismo in condizioni ottimali, anche quando affrontano le avversità. Per esempio, è stato dimostrato che, in alcuni roditori, i livelli di zucchero nel sangue rimangono costanti, anche quando non hanno accesso al cibo.

I metodi di regolazione omeostatica

Due diversi meccanismi omeostatici sono incaricati di mantenere la stabilità dell’ambiente interno.

Omeostasi reattiva

L’omeostasi reattiva è una risposta diretta ai cambiamenti che avvengono nell’ambiente interno (una variazione del pH, per esempio); cioè, si verifica quando un parametro interno dell’organismo è soggetto a una variazione che deve essere corretta. Un esempio di omeostasi reattiva è il momento in cui un animale beve come risposta a una disidratazione causata da un eccessivo ansimare o da una forte sudorazione.

Omeostasi predittiva

I meccanismi oscillanti interni agiscono come veri cronometri, che possono preparare in anticipo una risposta fisiologica ai cambiamenti ambientali esterni. Questa preparazione anticipata è conosciuta come “omeostasi predittiva”, un termine proposto da Martin Moore-Ede.

L’omeostasi predittiva è una risposta ai cambiamenti dell’ambiente esterno. È anticipatoria, nel senso che permette di prevedere la comparsa di uno stimolo ambientale, e di anticipare una risposta adeguata a qualsiasi perturbazione che devierà il valore di riferimento o set point. Questo modello di omeostasi riguarda anche il sistema circadiano, che, consapevole della perturbazione, permette la deviazione del valore di riferimento, per cui l’organismo deve regolarsi a partire da questo nuovo set point modificato (la risposta adattativa agisce in riferimento al nuovo set point).

Alcuni tipi di macao forniscono un interessante esempio di omeostasi predittiva: questo gruppo di uccelli consuma spesso un minerale di argilla chiamato ‘caolino’, che agisce come un farmaco naturale che previene potenziali intossicazioni da ingestione di semi. Un altro esempio potrebbe essere la riduzione dell’assunzione di cibo da parte di animali che sono disidratati, al fine di evitare la perdita di acqua attraverso l’escrezione.

Tipi di organismi e loro meccanismi di regolazione

Ci sono diversi tipi di organismi, a seconda dei meccanismi di regolazione che utilizzano. In generale, possiamo dire che, salendo nella scala evolutiva, la capacità di mantenere la stabilità dell’ambiente interno sarà sempre più efficace, rendendo il processo di omeostasi sempre più sofisticato.

Gli organismi conformi

Le specie conformi sono influenzate da fattori esterni, quindi l’organismo adatta gradualmente i suoi parametri interni ai parametri ambientali, grazie alla flessibilità dei suoi enzimi. I conformisti hanno un vantaggio: non devono investire tanta energia per mantenere stabili le caratteristiche interne. Tuttavia, le possibilità di vita libera sono limitate, poiché le cellule interne sono soggette alle alterazioni delle condizioni esterne.

Questi organismi possono svolgere le loro funzioni in modo soddisfacente solo in un ristretto margine di parametri, mentre, al di fuori di questo intervallo, cercano semplicemente di sopravvivere. In generale, i conformatori tollerano ampie variazioni nei parametri del loro ambiente interno.

Gli organismi regolatori

Gli organismi regolatori mantengono stabili le condizioni del loro ambiente interno, entro limiti ristretti, di fronte alla variazione delle condizioni dell’ambiente esterno. A differenza dei conformatori, le cellule dei regolatori lavorano indipendentemente dall’ambiente esterno, tollerando ampie variazioni delle sue caratteristiche. I meccanismi che rendono questo possibile consumano molta energia. I mammiferi, per esempio, sono organismi regolatori.

Tradotto da Carlos Heras