Η ομοιόσταση είναι η ικανότητα να διατηρείται μια σχετικά σταθερή εσωτερική κατάσταση που επιμένει παρά τις αλλαγές στον έξω κόσμο. Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί, από τα φυτά έως τα κουτάβια, πρέπει να ρυθμίζουν το εσωτερικό τους περιβάλλον για να επεξεργάζονται την ενέργεια και τελικά να επιβιώνουν. Εάν η αρτηριακή σας πίεση ανεβαίνει ή η θερμοκρασία του σώματος πέφτει, για παράδειγμα, τα συστήματα οργάνων σας μπορεί να αγωνιστούν για να κάνουν τις δουλειές τους και τελικά να αποτύχουν.
Γιατί η ομοιόσταση είναι σημαντική
Ο φυσιολόγος Walter Cannon δημιούργησε τον όρο "ομοιοστασία" στη δεκαετία του 1920, επεκτείνοντας την προηγούμενη εργασία του τελευταίου φυσιολόγου Claude Bernard. Στη δεκαετία του 1870, ο Bernard περιγράφει πόσο πολύπλοκοι οργανισμοί πρέπει να διατηρούν την ισορροπία στο εσωτερικό τους περιβάλλον ή το "περιβάλλον του περιβάλλοντος","για να οδηγήσει μια" ελεύθερη και ανεξάρτητη ζωή "στον κόσμο πέρα από αυτό. Ο Cannon εξήρε την ιδέα και εισήγαγε ομοιοστασία στο λαϊκό κοινό μέσα από το βιβλίο του," Η Σοφία του Σώματος "(The British Medical Journal, 1932).
Εγκλωβισμένη ως βασική αρχή της φυσιολογίας, ο βασικός ορισμός της ομοιόστασης του Cannon παραμένει σήμερα σε χρήση. Ο όρος προέρχεται από τις ελληνικές ρίζες που σημαίνουν "όμοια" και "κατάσταση σταθερότητας". Το πρόθεμα "homeo" τονίζει ότι η ομοιόσταση δεν λειτουργεί σαν θερμοστάτης ή σύστημα ελέγχου ταχύτητας σε αυτοκίνητο, σταθερό σε μία ακριβή θερμοκρασία ή ταχύτητα. Αντ 'αυτού, η ομοιόσταση κατέχει σημαντικούς φυσιολογικούς παράγοντες μέσα σε ένα αποδεκτό εύρος τιμών, σύμφωνα με μια επισκόπηση στο περιοδικό Appetite.
Το ανθρώπινο σώμα, για παράδειγμα, ρυθμίζει τις εσωτερικές συγκεντρώσεις του υδρογόνου, του ασβεστίου, του καλίου και του νατρίου, τα φορτισμένα σωματίδια που τα κύτταρα στηρίζονται για κανονική λειτουργία. Οι ομοιοστατικές διεργασίες διατηρούν επίσης το νερό, το οξυγόνο, το ρΗ και τα επίπεδα σακχάρου στο αίμα, καθώς και τη θερμοκρασία του σώματος του πυρήνα, σύμφωνα με μια επισκόπηση του 2015 στο Advances in Physiology Education.
Σε υγιείς οργανισμούς, οι ομοιοστατικές διεργασίες εκτελούνται συνεχώς και αυτόματα, σύμφωνα με την Scientific American. Πολλαπλά συστήματα συχνά λειτουργούν σε συνδυασμό για να διατηρούν σταθερή έναν φυσιολογικό παράγοντα, όπως τη θερμοκρασία του σώματος. Εάν τα μέτρα αυτά υποχωρήσουν ή αποτύχουν, ένας οργανισμός μπορεί να υποκύψει σε ασθένεια ή ακόμα και θάνατο.
Πώς διατηρείται η ομοιόσταση
Πολλά ομοιοστατικά συστήματα ακούν τα σήματα κινδύνου από το σώμα για να γνωρίζουν πότε οι βασικές μεταβλητές πέφτουν από το κατάλληλο εύρος τους. Το νευρικό σύστημα ανιχνεύει αυτές τις αποκλίσεις και αναφέρει πίσω σε ένα κέντρο ελέγχου, που συχνά βασίζεται στον εγκέφαλο. Στη συνέχεια, το κέντρο ελέγχου κατευθύνει τους μυς, τα όργανα και τους αδένες για να διορθώσει τη διαταραχή. Ο συνεχής βρόχος της διαταραχής και της προσαρμογής είναι γνωστός ως "αρνητική ανάδραση", σύμφωνα με το ηλεκτρονικό βιβλίο Ανατομία και Φυσιολογία.
Για παράδειγμα, το ανθρώπινο σώμα διατηρεί θερμοκρασία πυρήνα περίπου 98,6 βαθμούς Φαρενάιτ (37 βαθμούς Κελσίου). Όταν υπερθερμανθεί, οι θερμοσκληρυντές στο δέρμα και στον εγκέφαλο ακούγονται με συναγερμό, προκαλώντας μια αλυσιδωτή αντίδραση που κατευθύνει το σώμα να ιδρώνει και να ξεπλένει. Όταν ψύχεται, το σώμα αποκρίνεται με ρίγος και μειώνει την κυκλοφορία του αίματος στο δέρμα. Ομοίως, όταν τα επίπεδα νατρίου ακίδα, το σώμα σηματοδοτεί τα νεφρά για τη διατήρηση του νερού και την αποβολή του πλεονάζοντος άλατος σε συμπυκνωμένα ούρα, σύμφωνα με δύο μελέτες που χρηματοδοτούνται από το NIH.
Τα ζώα θα προσαρμόσουν επίσης τη συμπεριφορά τους ως απάντηση στα αρνητικά σχόλια. Για παράδειγμα, όταν υπερθερμαίνεται, μπορούμε να ρίξουμε ένα στρώμα ρούχων, να μετακινηθούμε στη σκιά ή να πιούμε ένα κρύο ποτήρι νερό.
Μοντέλα μοντέλα ομοιόστασης
Η έννοια της αρνητικής ανάδρασης χρονολογείται από την περιγραφή της ομοιοστασίας της Cannon στη δεκαετία του 1920 και ήταν η πρώτη εξήγηση για το πώς λειτουργεί η ομοιόσταση. Αλλά τις τελευταίες δεκαετίες, πολλοί επιστήμονες υποστηρίζουν ότι οι οργανισμοί είναι σε θέση να προβλέψουν πιθανές διαταραχές στην ομοιόσταση, αντί να αντιδράσουν μόνο μετά από αυτό.
Αυτό το εναλλακτικό μοντέλο ομοιόστασης, γνωστό ως αλλοστάση, υποδηλώνει ότι το ιδανικό σημείο αναφοράς για μια συγκεκριμένη μεταβλητή μπορεί να μετατοπίζεται ως απάντηση σε μεταβατικές περιβαλλοντικές αλλαγές, σύμφωνα με ένα άρθρο του 2015 στο Psychological Review. Το σημείο μπορεί να μετατοπίζεται υπό την επίδραση των κιρκαδικών ρυθμών, των εμμηνορροϊκών κύκλων ή των καθημερινών διακυμάνσεων της θερμοκρασίας του σώματος. Τα καθορισμένα σημεία μπορεί επίσης να αλλάξουν ως απάντηση σε φυσιολογικά φαινόμενα, όπως ο πυρετός, ή να αντισταθμίσουν τις πολλαπλές ομοιοστατικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα ταυτόχρονα, σύμφωνα με μια επισκόπηση του 2015 στο Advances in Physiology Education.
"Τα ίδια τα σημεία δεν είναι σταθερά αλλά μπορούν να δείξουν προσαρμοστική πλαστικότητα", δήλωσε ο Art Woods, βιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Montana στη Missoula. "Αυτό το μοντέλο επιτρέπει την πρόωρη ανταπόκριση στις επερχόμενες δυνητικές διαταραχές για τον καθορισμό των πόντων."
Για παράδειγμα, αναμένοντας ένα γεύμα, ο οργανισμός εκκρίνει επιπλέον ινσουλίνη, γκρελίνη και άλλες ορμόνες, σύμφωνα με μια ανασκόπηση του 2007 στην όρεξη. Αυτό το προληπτικό μέτρο προετοιμάζει το σώμα για την εισερχόμενη πλημμύρα θερμίδων, αντί για πάλη για να ελέγξει το σάκχαρο του αίματος και τα αποθέματα ενέργειας στο πέρασμά του.
Η ικανότητα μετατόπισης των σημείων επιτρέπει στα ζώα να προσαρμόζονται σε βραχυπρόθεσμους στρεσογόνους παράγοντες, αλλά ενδέχεται να αποτύχουν ενόψει μακροπρόθεσμων προκλήσεων, όπως η κλιματική αλλαγή.
"Η ενεργοποίηση συστημάτων ομοιόστασης μπορεί να είναι ωραία για σύντομες χρονικές περιόδους", δήλωσε ο Woods. Αλλά δεν έχουν σχεδιαστεί για να διαρκέσουν για πολύ. "Τα ομοιοστατικά συστήματα μπορούν να αποτύχουν καταστροφικά εάν ωθηθούν υπερβολικά · έτσι, αν και τα συστήματα μπορεί να είναι σε θέση να χειριστούν κοντά σε καινούρια κλίματα, μπορεί να μην είναι σε θέση να χειριστούν μεγαλύτερες αλλαγές σε μεγαλύτερες χρονικές περιόδους».
Διατηρώντας πληροφορίες που ρέουν
Τα ομοιοστατικά συστήματα μπορεί να έχουν εξελιχθεί κυρίως για να βοηθήσουν τους οργανισμούς να διατηρήσουν τη βέλτιστη λειτουργία σε διαφορετικά περιβάλλοντα και καταστάσεις. Αλλά, σύμφωνα με ένα δοκίμιο του 2013 στο περιοδικό Trends in Ecology & Evolution, ορισμένοι επιστήμονες θεωρούν ότι η ομοιοστασία παρέχει κατά κύριο λόγο ένα "ήσυχο υπόβαθρο" για τα κύτταρα, τους ιστούς και τα όργανα να επικοινωνούν μεταξύ τους. Η θεωρία υποδηλώνει ότι η ομοιοστασία διευκολύνει τους οργανισμούς να εξάγουν σημαντικές πληροφορίες από το περιβάλλον και τα σηματοδοτικά μεταξύ των τμημάτων του σώματος.
Ανεξάρτητα από τον εξελικτικό σκοπό της, η ομοιόσταση έχει διαμορφώσει την έρευνα στις επιστήμες της ζωής για έναν σχεδόν αιώνα. Αν και συζητήθηκαν κυρίως στο πλαίσιο της φυσιολογίας των ζώων, οι ομοιοστατικές διεργασίες δίνουν επίσης τη δυνατότητα στα φυτά να διαχειρίζονται τα ενεργειακά αποθέματα, να θρέφουν τα κύτταρα και να ανταποκρίνονται στις περιβαλλοντικές προκλήσεις. Πέρα από τη βιολογία, οι κοινωνικές επιστήμες, η κυβερνητική, η επιστήμη των υπολογιστών και η μηχανική χρησιμοποιούν όλη την ομοιόσταση ως πλαίσιο για να κατανοήσουν πώς οι άνθρωποι και τα μηχανήματα διατηρούν σταθερότητα παρά τις διακοπές.
Πρόσθετος rπηγές:
