Саморегуляція в біології - це ... Концепція саморегуляції живих систем

Саморегуляція в біології - це одне з найважливішихвластивостей живої системи, що полягає в автоматичній установці і підтримці певного рівня необхідних для нормального функціонування параметрів. Суть процесу в тому, що ніякі зовнішні впливи не стають керуючими. Керівні змінами фактори формуються всередині саморегульованої системи і сприяють створенню динамічної рівноваги. Виникаючі при цьому процеси можуть носити циклічний характер, затухаючи і відновлено у міру складання або зникнення певних умов.

Саморегуляція: значення біологічного терміна

Будь-яка жива система, починаючи від клітини ізакінчуючи биогеоценозом, постійно піддається впливу ззовні різноманітних факторів. Змінюються температурні умови, вологість, закінчується їжа або посилюється міжвидова конкуренція - прикладів можна привести масу. При цьому життєздатність будь-якої системи залежить від її вміння підтримувати постійність внутрішнього середовища (гомеостаз). Саме для досягнення такої мети і існує саморегуляція. Визначення поняття має на увазі, що зміни зовнішнього середовища не є безпосередніми факторами впливу. Вони перетворюються в сигнали, які викликають той чи інший дисбаланс і призводять до запуску механізмів саморегуляції, покликаних повернути систему в стійкий стан. На кожному рівні подібна взаємодія факторів виглядає по-своєму, тому для розуміння того, що таке саморегуляція, зупинимося на них докладніше.

Рівні організації живої матерії

Сучасне природознавство дотримуєтьсяконцепції, згідно з якою всі природні і громадські об'єкти є системами. Вони складаються з окремих елементів, які постійно взаємодіють з деякими законами. Живі об'єкти не виняток з цього правила, вони також є системами зі своєю внутрішньою ієрархією і багаторівневою структурою. Причому будова це має одну цікаву особливість. Кожна система може одночасно представляти собою елемент вищого рівня і бути сукупністю (тобто все тієї ж системою) рівнів нижчого порядку. Наприклад, дерево - елемент лісу і одночасно багатоклітинна система.

Для того щоб уникнути плутанини, в біології прийнято розглядати чотири основних рівня організації живого:

молекулярно-генетичний;
онтогенетический (організменний - від клітини до людини);
популяційно-видовий;
биогеоценотический (рівень екосистеми).

методи саморегуляції

Процеси, які відбуваються на кожному з цих рівнів,зовні відрізняються масштабністю, використовуваними джерелами енергії і своїми результатами, але схожі по суті. В основі них лежать однакові методи саморегуляції систем. Перш за все це механізм зворотного зв'язку. Вона можлива в двох варіантах: позитивна і негативна. Нагадаємо, що прямий зв'язок передбачає передачу інформації від одного елемента системи до іншого, зворотна протікає в протилежному напрямку, від другого до першого. При цьому і та й інша змінює стан приймає компонента.

Позитивний зворотний зв'язок призводить до того, щопроцеси, про які перший елемент повідомляв другого, закріплюються і продовжують здійснюватися. Подібний процес лежить в основі будь-якого зростання і розвитку. Другий елемент постійно сигналізує першому про необхідність продовжувати одні і ті ж процеси. При цьому порушується стабільність системи.

основний механізм

Інакше працює негативний зворотний зв'язок. Вона призводить до появи нових змін, протилежних тим, про яких перший елемент повідомляв другого. В результаті усуваються і завершуються процеси, які порушили рівновагу, і система знову стає стабільною. Проста аналогія - робота праски: певна температура є сигналом для виключення нагрівального елементу. Негативний зворотний зв'язок лежить в основі всіх процесів, пов'язаних з підтриманням гомеостазу.

всеосяжність

Саморегуляція в біології - це процес,пронизливий всі названі рівні. Мета його - збереження динамічної рівноваги, сталості внутрішнього середовища. Через всеосяжність процесу в центрі дуже багатьох розділів природознавства лежить саморегуляція. У біології це цитологія, фізіологія тварин і рослин, екологія. Кожна з дисциплін займається окремим рівнем. Розглянемо, що таке саморегуляція, на основних ступенях організації живого.

внутрішньоклітинний рівень

У кожній клітині для підтримки стійкогорівноваги внутрішнього середовища в основному використовуються хімічні механізми. Серед них головну роль в регуляції грають управління генами, від яких залежить виробництво білків.

Циклічний характер протікання процесів легкопростежити на прикладі ферментативних ланцюгів, придушуються кінцевим продуктів. Мета діяльності подібних утворень в переробці складних речовин на більш прості. При цьому кінцевий продукт за своєю будовою схожий з першим ферментом в ланцюзі. Це властивість грає ключову роль в підтримці гомеостазу. Продукт зв'язується з ферментом і пригнічує його активність в результаті сильного зміни структури. Відбувається це тільки після перевищення концентрацією кінцевого речовини допустимого рівня. В результаті припиняється процес ферментації, а вже готовий продукт використовується кліткою на власні потреби. Через якийсь час рівень речовини падає нижче допустимого значення. Це сигнал для запуску ферментації: білок від'єднується від ферменту, придушення процесу припиняється і все починається спочатку.

зростаюча складність

Саморегуляція в природі завжди ґрунтується напринципі зворотного зв'язку і в цілому протікає за схожим сценарієм. Однак на кожному наступному рівні з'являються фактори, що ускладнюють процес. Для клітини важливо сталість внутрішнього середовища, збереження певного значення концентрації різних речовин. На наступному рівні процес саморегуляції покликаний вирішувати набагато більше завдань. Тому у багатоклітинних організмів з'являються цілі системи, що підтримують гомеостаз. Це органи дихання, виділення, кровообігу і їм подібні. Вивчення еволюції тваринного і рослинного світу легко дає зрозуміти, як в міру ускладнення будови і зовнішніх умов удосконалювалися механізми саморегуляції.

організменний рівень

Найкраще постійність внутрішнього середовищапідтримується у ссавців. Основи розвитку саморегуляції і її здійснення - це нервова і гуморальна система. Постійно взаємодіючи, вони контролюють відбуваються в організмі процеси, сприяють створенню та підтриманню динамічної рівноваги. В головний мозок надходять сигнали від нервових волокон, присутніх в кожній ділянці тіла. Сюди ж надходить інформація від ендокринних залоз. Взаємозв'язок нервової і гормональної регуляції сприяє часто практично миттєвої перебудови протікають процесів.

Зворотній зв'язок

Роботу системи можна простежити на прикладіпідтримки артеріального тиску. Всі зміни цього показника вловлюють спеціальні рецептори, розташовані на судинах. Збільшення або зниження тиску впливає на розтягуванні стінок капілярів, вен і артерій. Саме на ці зміни і реагують рецептори. Сигнал передається в судинні центри, а від них виходять «вказівки», як скорегувати тонус судин і серцеву діяльність. Підключається і система нейрогуморальної регуляції. В результаті тиск повертається до норми. Легко помітити, що в основі злагодженої роботи системи регуляції лежить все той же механізм зворотного зв'язку.

На чолі всього

Саморегуляція, визначення тих чи інших корективв діяльності організму, лежить в основі всіх змін тіла, його реакцій на зовнішні стимули. Стресовий вплив і постійні навантаження можуть привести до гіпертрофії окремих органів. Прикладом цього служать розвинені м'язи спортсменів і збільшені легені любителів фрідайвінга. Стресовим впливом часто є хвороба. Гіпертрофія серця - нерідке явище у людей з діагнозом ожиріння. Це відповідь організму на необхідність збільшення навантаження по прокачування крові.

Механізми саморегуляції лежать і в основіфізіологічних реакцій, що виникають при переляку. У кров викидається велика кількість гормону адреналіну, що викликає ряд змін: підвищення споживання кисню, збільшення кількості глюкози, почастішання серцевого ритму і мобілізація м'язової системи. При цьому загальний баланс підтримується за рахунок погашення активності інших компонентів: сповільнюється травлення, пропадають статеві рефлекси.

динамічна рівновага

Потрібно відзначити, що гомеостаз, на якому б рівнівін ні зберігався, не буває абсолютному. Всі параметри внутрішнього середовища підтримуються в межах деякого відрізка значень і постійно коливаються. Тому говорять про динамічну рівновагу системи. Важливо при цьому, щоб значення конкретного параметра не виходило за межі так званого коридору коливань, інакше процес може стати патологічним.

Стійкість і саморегуляція екосистеми

Біогеоценоз (екосистема) складається з двохвзаємопов'язаних структур: біоценозу і біотопу. Перший являє собою всю сукупність живих істот даного ареалу. Біотоп - це чинники неживої середовища, де мешкає біоценоз. Умови середовища, постійно впливають на організми, діляться на три групи:

абіотичні екологічні фактори: температура, світло, вологість і інші елементи неживої природи;
біотичні екологічні фактори: вплив одних організмів на інші, поділяються на конкуренцію, симбіоз, паразитизм і хижацтво;
антропогенні екологічні фактори - вплив людини.

Збереження гомеостазу означає добробуторганізмів в умовах постійного впливу зовнішнього середовища і змінюються внутрішніх факторів. Підтримуюча біогеоценоз саморегуляція в першу чергу грунтується на системі трофічних зв'язків. Вони являють собою відносно замкнуту ланцюжок, по якій тече енергія. Продуценти (рослини і хемобактеріі) отримують її від Сонця або в результаті хімічних реакцій, створюють з її допомогою органічна речовина, яким харчуються консументи (травоїдні, хижаки, всеїдні) декількох порядків. На останньому етапі циклу знаходяться редуценти (бактерії, деякі види черв'яків), які розкладають органічну речовину на складові елементи. Вони знову вводяться в систему у вигляді їжі для продуцентів.

Постійність циклу забезпечується тим, що на кожному рівні розташовується кілька видів живих істот. При випаданні з ланцюжка когось із них відбувається заміна на схожий за своїми функціями.

Зовнішній вплив

Підтримання гомеостазу супроводжується постійнимвпливом ззовні. Мінливі навколо екосистеми умови призводять до необхідності коригування внутрішніх процесів. Виділяють кілька критеріїв стійкості:

високий і збалансований репродуктивний потенціал особин;
адаптації окремих організмів до мінливих умов середовища;
видове різноманіття і розгалужені харчові ланцюги.

Ці три умови сприяють підтримціекосистеми в стані динамічної рівноваги. Таким чином, на рівні біогеоценозу саморегуляція в біології - це відтворення особин, збереження чисельності та стійкість до факторів зовнішнього середовища. При цьому, як у випадку з окремим організмом, рівновагу системи не може бути абсолютним.

Концепція саморегуляції живих системпоширює описані закономірності і на людські спільноти та громадські інститути. Широко використовуються її принципи та в психології. По суті, це одна з фундаментальних теорій сучасного природознавства.