Czynniki środowiskowe to cechy środowiska zewnętrznego, które mają bezpośredni wpływ na nasz organizm. Czasami zmiana niektórych z tych parametrów (takich jak temperatura czy wilgotność) może negatywnie wpływać na organizm, uszkadzając i zaburzając realizację funkcji fizjologicznych. Ważne jest, aby zwierzęta mogły mieć kontrolę nad tymi czynnikami, w celu utrzymania pewnego stopnia stałości i stabilności w ich organizmie.

Niektóre regularne czynności, takie jak picie lub transpiracja, pomagają osiągnąć tę stabilność, ale istnieje szereg niezwykle złożonych mechanizmów zaangażowanych w regulację organizmu. Continue on reading to learn about the importance of homeostatic mechanisms, which are in charge of maintaining a state of steady internal conditions.

The importance of maintaining a constant internal environment

Komórki, które tworzą narządy i tkanki zwierząt są zanurzone w płynnym medium, płynnym przedziale, który Claude Bernard, ojciec współczesnej fizjologii, nazwał “środowiskiem wewnętrznym”. Środowisko wewnętrzne odnosi się głównie do płynu pozakomórkowego (ECF), części, która oddziela krew od komórek, która z kolei składa się z płynu śródmiąższowego, osocza i limfy, płynów, które są kluczowe w wykonywaniu funkcji fizjologicznych.

Badając ssaki, Bernard odkrył, że to środowisko wewnętrzne pozostawało znacznie stabilne, nawet gdy występowały wahania w parametrach zewnętrznych; zmiany kilku czynników środowiskowych, takich jak temperatura czy ciśnienie otoczenia, nie powodowały zachwiania równowagi w składzie i właściwościach środowiska wewnętrznego, które pozostawało stabilne.

Odkrycie stałości środowiska wewnętrznego było niezwykle istotne, gdyż pozwoliło badaczom dojść do wniosku, że zwierzęta, które potrafiły regulować swoje środowisko wewnętrzne, były również w stanie wykorzystywać większą różnorodność potencjalnych siedlisk. Rewelacja ta pozwoliła Bernardowi sformułować jedno z jego najsłynniejszych stwierdzeń: “constans środowiska wewnętrznego jest warunkiem wolnego i niezależnego życia”, co oznacza, że te istoty, które są w stanie utrzymać constans środowiska wewnętrznego, można uznać za organizm niezależny od środowiska. W każdym przypadku i aby tak się stało, zaangażowany jest mechanizm zwany homeostazą.

Czym jest homeostaza?

Termin “homeostaza” został ukuty przez amerykańskiego fizjologa Waltera Cannona i jest związany z pojęciem Bernarda dotyczącym fizjologicznej stabilności środowiska wewnętrznego. W 1932 roku Cannon zdefiniował homeostazę jako szereg procesów fizjologicznych, które są zaangażowane w regulację i utrzymanie stanu organizmu w obliczu jakichkolwiek zaburzeń. Należy zauważyć, że głównymi czynnikami destabilizującymi środowisko wewnętrzne są parametry środowiskowe oraz sam metabolizm komórkowy.

Procesy homeostatyczne obejmują szereg wewnętrznych czujników (receptorów sensorycznych), które są w stanie wykryć wszelkiego rodzaju odchylenia od optymalnego stanu fizjologicznego, a jednocześnie zainicjować odpowiednie działania w celu skorygowania tych zmian. Ten optymalny stan może być utrzymywany

Ten optymalny stan może być utrzymywany przez punkt nastawczy, to znaczy przez odpowiednią wartość odniesienia dla każdego gatunku: kiedy zaburzenie (wibracje, promieniowanie…) jest odbierane przez receptory sensoryczne, organizm sprawdza tę wartość odniesienia i uruchamia odpowiednie mechanizmy homeostatyczne, które działają w konsekwencji w celu utrzymania tej wartości. Homeostaza obejmuje zarówno mechanizmy fizjologiczne jak i etologiczne: pocenie się, dyszenie (fizjologiczna termoregulacja), okulizacja, futro (etologiczne reakcje na zimno), itd. Krótko mówiąc, mechanizmy homeostatyczne są niezbędne dla zwierząt, ponieważ regulują i utrzymują organizm w optymalnych warunkach, nawet w obliczu przeciwności losu. Na przykład udowodniono, że u niektórych gryzoni poziom cukru we krwi pozostaje stały, nawet gdy nie mają one dostępu do pożywienia.

Metody regulacji homeostatycznej

Dwa różne mechanizmy homeostatyczne odpowiadają za utrzymanie stabilności środowiska wewnętrznego.

Homeostaza reaktywna

Homeostaza reaktywna jest bezpośrednią odpowiedzią na zmiany zachodzące w środowisku wewnętrznym (np. zmiana pH); czyli występuje wtedy, gdy parametr wewnętrzny organizmu podlega wahaniom, które muszą być skorygowane. Przykładem homeostazy reaktywnej jest moment, w którym zwierzę pije w odpowiedzi na odwodnienie spowodowane nadmiernym dyszeniem lub obfitym poceniem się.

Predictive homeostasis

Wewnętrzne mechanizmy oscylacyjne działają jak prawdziwe chronometry, które mogą z wyprzedzeniem przygotować fizjologiczną odpowiedź na zewnętrzne zmiany środowiskowe. To wczesne przygotowanie znane jest jako “predykcyjna homeostaza”, termin zaproponowany przez Martina Moore-Ede.

Predykcyjna homeostaza jest odpowiedzią na zmiany w środowisku zewnętrznym. Ma charakter antycypacyjny, co oznacza, że pozwala przewidzieć pojawienie się bodźca środowiskowego i przewidzieć właściwą reakcję na każde zaburzenie, które spowoduje zachwianie wartości referencyjnej lub punktu nastawy. Ten model homeostazy wpływa również na system okołodobowy, który, świadomy zakłóceń, pozwala na odchylenie wartości referencyjnej, więc organizm musi regulować od tego nowego, zmodyfikowanego punktu odniesienia (odpowiedź adaptacyjna działa w odniesieniu do nowego punktu odniesienia).

Niektóre gatunki makolągwy stanowią ciekawy przykład homeostazy predykcyjnej: ta grupa ptaków często spożywa minerał ilasty zwany “kaolin”, który działa jak naturalny lek, który zapobiega potencjalnym zatruciom przez spożycie nasion. Innym przykładem może być zmniejszenie spożycia pokarmu przez zwierzęta, które są odwodnione, aby uniknąć utraty wody poprzez wydalanie.

Typów organizmów i ich mechanizmów regulacyjnych

Istnieją różne typy organizmów, w zależności od mechanizmów regulacyjnych, którymi się posługują. Ogólnie można powiedzieć, że w miarę wznoszenia się w skali ewolucyjnej zdolność do utrzymywania stabilności środowiska wewnętrznego będzie coraz bardziej efektywna, dzięki czemu proces homeostazy będzie coraz bardziej wyrafinowany.

Przyrody konformerowe

Przyrody konformerowe podlegają wpływom czynników zewnętrznych, więc organizm stopniowo dostosowuje swoje parametry wewnętrzne do parametrów środowiska, dzięki elastyczności swoich enzymów. Konformery mają pewną przewagę: nie muszą inwestować tyle energii w utrzymanie stałych cech wewnętrznych. Jednak możliwości swobodnego życia są ograniczone, ponieważ wewnętrzne komórki podlegają zmianom warunków zewnętrznych.

Te organizmy mogą wykonywać swoje funkcje zadowalająco tylko w wąskim zakresie parametrów, podczas gdy poza tym zakresem po prostu starają się przetrwać. Ogólnie rzecz biorąc, konformery tolerują szerokie wahania parametrów swojego środowiska wewnętrznego.

Regulatorowe organizmy

Regulatorowe organizmy utrzymują warunki swojego środowiska wewnętrznego na stałym poziomie, w wąskich granicach, wobec zmienności warunków środowiska zewnętrznego. W przeciwieństwie do konformerów, komórki regulatorów działają niezależnie od środowiska zewnętrznego, tolerując rozległe zmiany jego cech. Mechanizmy, które to umożliwiają, zużywają dużo energii. Ssaki, na przykład, są organizmami regulatorowymi.

Tłumaczenie: Carlos Heras

.