Гомеостаз биология определение: Гомеостаз. Метаболизм — урок. Биология, 10 класс.

Биология как наука. Часть 1

На этой странице вы узнаете

• Как организм без нервов может быть “раздражительным”?
• Как выучить уровни организации жизни с помощью матрешки?

Со словом “биология” мы знакомы еще с раннего детства, и даже сейчас, будучи взрослыми, часто им пользуемся. Этим термином мы пытаемся оправдать многие события в жизни. Прокрастинация — во всём виновата биология мозга, предменструальный синдром — ох уж эта женская природа. Так что же такое биология? С этим вопросом мы разберемся в данной статье.

Что такое “биология”? Признаки живого

Биология — это наука о жизни. 

Она изучает особенности живых организмов и систем, образуемых ими. 

По каким критериям можно определить, что организм живой? 

Можно потыкать палкой. Но такой метод считается ненаучным. Давайте лучше разберемся по характеристикам.

Вирусная частица и пылинка движутся по воздуху примерно с одинаковой скоростью, обе не проявляют никаких признаков активности. Но вирион считается формой жизни, а пылинка — нет… почему? 

Биологи составили перечень признаков живого, своеобразных критериев, по которым можно “найти” жизнь. К ним относятся:

1. Обмен веществ и энергии с окружающей средой

К проявлениям этого свойства относятся дыхание, выделение тепла и питание организмов. Если организм что-то получает извне, или отдает во внешнюю среду — происходит метаболизм.

Метаболизм — обмен веществ.

У некоторых форм жизни (вирусных частиц, цист простейших и спор бактерий) обмен веществ с внешним миром не происходит совсем или протекает замедленно. Причина медленного метаболизма в неблагоприятных условиях среды — если нечего кушать, то и питаться нужно экономно.

Обмен веществ нормализуется при попадании организма в благоприятные жизненные условия. Именно поэтому медицинские инструменты не промораживают, а кипятят перед использованием. При высоких температурах бактерии погибают, а при низких — образуют споры, что даёт им возможность в дальнейшем продолжить свою жизнедеятельность.  

2. Рост и развитие

Далеко не все организмы способны увеличиваться в размерах после своего появления, но все они развиваются: даже у одноклеточных форм в процессе старения возникают или редуцируются какие-то органоиды.

Редукция — упрощение или полное исчезновение какого-то органа в процессе эволюции. 

У паразитических червей за ненадобностью утрачивается пищеварительная система. Незачем самому переваривать пищу, если ты и так плаваешь в кашице из питательных веществ. У подземных животных, например, у крота, очень плохое зрение — всё равно в темноте оно бесполезно.

3. Дискретность и целостность

Дискретность — наличие подлежащих структурных единиц.

Целостность — взаимосвязь этих единиц. 

Любой живой организм состоит из каких-то частей: многоклеточное животное состоит из клеток, одноклеточное — из органоидов, погруженных в цитоплазму и покрытых мембраной. Этот факт является доказательством того, что все организмы дискретны.

В свою очередь утрата какого-либо компонента организма приводит к патологии (а иногда даже к гибели). Следовательно, организмы целостны, и все их структурные части взаимосвязаны. 

Можно провести аналогию с клавиатурой. Она является дискретным организмом: её тело состоит из множества кнопок. Она является целостным “организмом”: вместе все кнопки помогают набирать текст или код. Но стоит вашему котику опрокинуть чашку с чаем на клавиатуру, как какие-то кнопки выходят из строя. И тогда это приводит к патологии: нормальный текст уже не наберешь, клавиатура становится бесполезной. Целостность нарушается.

Растительная клетка дискретна — она состоит из множества более мелких структур

4. Наследственность и изменчивость

Живые организмы наследуют характеристики родительских особей, а в результате мутаций у них могут появляться и новые признаки. Наследственная изменчивость очень важна, она помогает организмам приспосабливаться к новым условиям обитания. 

Однако не всегда мутации бывают полезными: есть и вредные, и нейтральные изменения генотипа. Пример полезной мутации — появление темной окраски у бабочки березовой пяденицы, живущей в городе. В городских условиях больше тёмных объектов, и такой окрас помогает ей прятаться от хищников. Вредные мутации вызывают заболевания, например, гемофилию или ихтиоз. 

К нейтральным мутациям можно отнести гетерохромию — разную окраску радужек глаз. Для эволюции нет особого значения, какие у вас глаза: карие, голубые или “голубо-карие”.

5. Гомеостаз или саморегуляция

Гомеостаз — поддержание постоянства внутренней среды. 

Каждая биологическая система старается сохранять внутреннюю среду в относительно неизменном виде.

К проявлениям саморегуляции относятся поддержание температуры тела у некоторых животных, постоянный химический состав клетки, способность к регенерации.

Регенерация — восстановление утраченных или повреждённых участков тела. Например, ящерица, которой наступили на хвост, может вырастить взамен новый.

6. Раздражимость

Живые тела способны реагировать на раздражения, поступающие из внешней среды. Например, если мы ощутим жар горячего предмета, мы отдернем от него руку. Такой вид раздражимости называется рефлексом, он связан с деятельностью нервной системы. 

Это помогает организму ориентироваться в окружающей среде, искать пищу, укрываться от непогоды и врагов. То есть выживать в меняющихся условиях среды.  

Рефлекс — реакция на раздражитель, обусловленная работой нервной системы.

Как организм без нервов может быть “раздражительным”? Для организмов, не имеющих нервной системы, характерен другой вид раздражимости — таксисы. Различают фото- и хемотаксисы. Первые являются ответом на изменение интенсивности освещения. Например, эвглена зеленая, способная к автотрофному питанию, будет двигаться навстречу свету, потому что для неё это выгодно — так она сможет эффективнее фотосинтезировать.

Хемотаксис — ответ на изменение химического состава внешней среды. 

Движение амёбы к каплям питательного бульона или от кристалла соли — примеры хемотаксисов.

7. Размножение

Все живые организмы стремятся к увеличению численности популяции и сохранению существования вида в целом

Различают три типа размножения:

• половое, 
• бесполое
• вегетативное. 

В половом размножении участвуют половые клетки — гаметы. Главная его цель — поставка новых признаков для эволюции вида.

В бесполом — специализированные органы — споры. Его главная цель — сохранение уже имеющихся признаков, позволяющих виду успешно существовать в относительно постоянных условиях.  

А вот вегетативное размножение протекает без образования особых структур.

Вегетативное размножение гидры

8. Сходное химическое строение

Клетки всех живых организмов состоят преимущественно из воды и органических соединений: 

• белков,
• жиров, 
• углеводов, 
• нуклеиновых кислот. 

Поэтому в любом живом организме в очень больших концентрациях присутствуют углерод (С), водород (Н), азот (N), кислород (О) и фосфор (Р) — компоненты органических веществ. Такие элементы называются органогенами: они незаменимы и есть в каждой живой клетке без исключения.

Помимо органогенов, в клетке имеются макро- и микроэлементы — неорганические вещества. Их присутствие тоже очень важно для нормального протекания процессов жизнедеятельности. Отличаются эти соединения процентным содержанием — концентрацией.

Группа	Примеры	Концентрация, %
Макроэлементы	O, C, H, N, P (органогены) Ca, K, Si, Mg, S, Na, Cl, Fe	98 — 99 1 — 2
Микроэлементы	Mn, Co, Zn, Cu, B, I, F, Mo	0,1
Ультрамикроэлементы	Se, U, Hg, Ra, Ag, Au	меньше 0,01

Уровни организации жизни

Уровни организации жизни выделяются для того, чтобы понимать, в рамках какой ступени развития исследователь изучает живой объект.  

К примеру, ученые-генетики изучают молекулярный уровень организации жизни, а экологи — популяционно-видовой и экосистемный (иногда затрагивая биосферный). 

Как выучить уровни организации жизни с помощью матрешки? Уровни организации живого можно наглядно представить в виде матрешки: каждый небольшой уровень входит в состав более крупного. Например, молекулярный уровень находится внутри клеточного, клеточный — внутри органно-тканевого и так далее

Различают следующие уровни организации жизни:

1. Молекулярный уровень 

Молекулярный уровень представляет собой совокупность взаимодействующих молекул органических веществ. На этом уровне происходят такие процессы, как окисление углеводов, репликация ДНК.

Репликация ДНК

2. Органоидный, или субклеточный уровень 

Он включает в себя отдельную органеллу клетки и процессы, происходящие в ней. Например, формирование ламелл из тилакоидов в хлоропласте, синтез субъединиц рибосомы в ядре.

Строение хлоропласта

3. Клеточный уровень 

Клеточный уровень состоит из одной клетки. У одноклеточных организмов он совпадает с организменным, так как в этом случае весь организм состоит из одной клетки. 

К примерам клеточного уровня организации относятся нейрон и эритроцит человека, клетка паренхимы картофеля. 

Клеточный уровень у амёбы совпадает с организменным

4. Органно-тканевый уровень

В многоклеточном организме клетки дифференцируются (становятся разными по строению и функциям) и объединяются в ткани и органы. 

На этом уровне происходит всасывание продуктов обмена жиров в лимфу в кишечнике, функционирование сердечных клапанов и многие другие процессы.

5. Организменный уровень 

Организменный уровень включает в себя целостный организм.  

Примеры процессов, происходящих в организме: переваривание пищи, рефлекс. Такие процессы охватывают несколько органов или систем.

6. Популяционно-видовой уровень 

Популяция — группа особей одного вида, населяющих одну территорию.

На популяционно-видовом уровне мы можем наблюдать внутривидовую конкуренцию сосен в лесу, увеличение численности прудовых лягушек в водоёме.

7. Экосистемный, или биогеоценотический уровень

Взаимодействия разных популяций между собой рассматривает экосистемный (или биогеоценотический) уровень организации жизни. 

На данном уровне мы можем наблюдать межвидовую конкуренцию сосен и ёлок в заповеднике, взаимоотношения прудовой и озёрной лягушки в пруду, особенности охоты группы волков на мелких грызунов.

8. Биосферный уровень

Биосфера — живая оболочка Земли.  

Она объединяет все существующие на планете экосистемы и рассматривает их взаимодействие. 

К процессам, происходящим на биосферном уровне, относятся круговорот азота в природе, разрушение озонового слоя, глобальное потепление, таяние ледников.

Круговорот азота в природе (Январь КЗ №7, стр. 3)

Фактчек

• Биология — это наука о жизни, которая рассматривает тонкости существования живого во всех его проявлениях. 
• Для того, чтобы отличить живой организм от неживого, нужно применить к нему критерии жизни.
• К свойствам живого относятся: обмен веществ, дискретность и целостность, открытость, раздражимость, наследственность и изменчивость, размножение.
• Выделяют молекулярный, клеточный, органно-тканевый, организменный, популяционно-видовой, экосистемный и биосферный уровни организации живого.

Проверь себя

Задание 1.
Какое свойство живого иллюстрирует положительный хемотаксис амёбы к питательному субстрату?

1. раздражимость
2. развитие
3. дискретность
4. целостность

Задание 2.
Хлорелла — одноклеточная водоросль. Организменный уровень организации жизни у неё совпадает с…

1. субклеточным
2. молекулярным
3. клеточным
4. органно-тканевым

Задание 3.
Выберите верное окончание предложения. Все организмы дискретны, то есть…

1. состоят из дифференцированных клеток
2. наследуют признаки родительских особей
3. размножаются
4. состоят из структурных единиц

Задание 4.
Какое свойство живого проявляется при дыхании человека? 

1. обмен веществ
2. раздражимость
3. размножение
4. наследственность

Задание 5. 
На каком уровне организации жизни происходит межвидовая конкуренция зайца-русака и белки в лесу? 

1. организменный
2. популяционно-видовой
3. экосистемный
4. биосферный

Ответы: 1 — 1; 2 — 3; 3 — 4; 4 — 1; 5 — 3.

Признаки биологических систем — что это, определение и ответ

Свойства живого

Знания данной темы помогут решать не только задания базового уровня, но и могут понадобиться для решения заданий высокого уровня сложности во второй части.

Биологическая система — целостная система компонентов, выполняющих определенную функцию в живых системах. К биологическим системам относятся сложные системы разного уровня организации: биологические макромолекулы, субклеточные органеллы, клетки, органы, организмы, популяции.

Принципы организации биологических систем

• Целостность – подчинённость компонентов общей цели

• Открытость – биологические системы открыты для поступления в них веществ, энергии и информации

• Взаимосвязанность – изменение одного компонента приводит к изменению других

• Высокая упорядоченность – согласованность между образующими систему компонентами, эффективное использование поступающей энергии

• Оптимальность конструкции – наиболее удачные сочетания элементов и частей; биологические системы включают наиболее лёгкие химические элементы; экономия строительного материала, минимизация живого вещества

• Управляемость – переход из одного состояния в другое

• Иерархичность – система может быть частью другой более крупной системы (см. тему «Уровни организации живой природы»)

Признаки биологических систем — критерии, отличающие биологические системы от объектов неживой природы.

Признаки биологических систем:

Обмен веществ

К обмену веществ с окружающей средой способны все живые организмы. Они поглощают из среды элементы питания и выделяют продукты жизнедеятельности. В круговороте органических веществ самыми существенными являются процессы синтеза и распада (ассимиляция и диссимиляция — см. тему «Обмен веществ. Урок 1»), в результате которых сложные вещества распадаются на более простые и выделяется энергия, необходимая для реакций синтеза новых сложных веществ.

Обмен веществ обеспечивает относительное постоянство химического состава всех частей организма и как следствие – постоянство их функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.

Клеточное строение

Все существующие на Земле организмы состоят из клеток.

Исключение: вирусы, но и они проявляют свойства живого только в клетках других организмов.

Единство химического состава

В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Однако соотношение различных элементов в живом и неживом неодинаково:

• В неживой природе самыми распространенными элементами являются Si (кремний), Fe (железо), Mg (магний), Al (алюминий), O (кислород).

• В живых же организмах 98% элементарного (атомного) состава приходится на долю всего четырех элементов: C (углерода), O (кислорода), N (азота) и H (водорода)- органогены.

• Все живые организмы состоят из органических соединений (белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот).

Органогены – главные химические элементы, из которых состоят органические вещества (C, O, H, N).

Самовоспроизведение (репродукция, размножение)

Это свойство организмов воспроизводить себе подобных. Процесс самовоспроизведения осуществляется практически на всех уровнях жизни. В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур, обусловленное информацией, заложенной в нуклеиновой кислоте – ДНК, которая находится в родительских клетках.

Наследственность

Это способность организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Наследственность обеспечивается стабильностью ДНК и воспроизведением ее химического строения с высокой точностью. Материальными структурами наследственности, передаваемыми от родителей потомкам, являются хромосомы и гены.

Изменчивость

Это способность организмов приобретать новые признаки и свойства, отличные от родительских организмов. В ее основе лежат изменения материальных структур наследственности. Изменчивость поставляет разнообразный материал для отбора особей, наиболее приспособленных к конкретным условиям существования, что, в свою очередь, приводит к появлению новых форм жизни, новых видов организмов.

Раздражимость

Это специфические избирательные ответные реакции организмов на изменения окружающей среды. Всякое изменение окружающих организм условий представляет собой по отношению к нему раздражение, а его ответная реакция является проявлением раздражимости. Отвечая на воздействия факторов среды, организмы взаимодействуют с ней и приспосабливаются к ней, что помогает им выжить.

1. Реакции многоклеточных животных на раздражители, осуществляемые и контролируемые центральной нервной системой, называются рефлексами.

2. Организмы, не имеющие нервной системы, лишены рефлексов, и их реакции выражаются в:

• Изменении характера движения = таксисы, что свойственно одноклеточным организмам

• Изменении направления роста = тропизмы, что характерно для растений.

Дискретность

(от лат. discretus — разделенный), (прерывность) и целостность (непрерывность).

Любая биологическая система состоит из отдельных изолированных, то есть обособленных или отграниченных в пространстве (дискретность), но тем не менее, тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство (целостность). Примеры:

• Любая особь состоит из отдельных клеток с их особыми свойствами, а в клетках также дискретно представлены органоиды и другие внутриклеточные образования.

• Популяция состоит из отдельных особей. Каждая особь представляет собой отдельную биологическую систему. Но при этом все особи в популяции взаимосвязаны между собой (внутривидовые взаимоотношения).

Дискретность строения организма – основа его структурной упорядоченности. Она создает возможность постоянного самообновления системы путем замены износившихся структурных элементов без прекращения функционирования всей системы в целом.

Саморегуляция

Или авторегуляция. Это способность живых организмов поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность физиологических процессов (гомеостаз).

Развитие и рост

Под развитием понимают необратимое направленное закономерное изменение объектов живой и неживой природы. В результате развития возникает новое качественное состояние объекта, изменяется его состав или структура. Развитие живых организмов представлено:

Филогенез всего органического мира называют эволюцией.

На протяжении онтогенеза постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организмов. В основе этого лежит поэтапная реализация наследственных программ.

Индивидуальное развитие сопровождается ростом.

Рост – увеличением линейных размеров и массы всей особи и ее отдельных органов за счет увеличения размеров и количества клеток.

Способность к адаптациям

В процессе исторического развития и под действием естественного отбора организмы приобретают приспособления к условиям окружающей среды (адаптации). Организмы, не обладающие необходимыми приспособлениями, вымирают.

Энергозависимость

Биологические системы являются «открытыми» для поступления энергии.

Живые организмы существуют до тех пор, пока в них поступают из окружающей среды энергия и вещества в виде пищи. В большинстве случаев организмы используют энергию Солнца: одни непосредственно – это фототрофы (зеленые растения и цианобактерии), другие опосредованно, в виде органических веществ потребляемой пищи, – это гетеротрофы (животные, грибы и бактерии).

Ритмичность

Это свойство, присущее как живой, так и неживой природе. Оно обусловлено различными космическими и планетарными причинами: вращением Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси, фазами Луны и т. д.

Ритмичность проявляется:

• в периодических изменениях интенсивности физиологических функций

• в формообразовательных процессах через определенные равные промежутки времени.

• хорошо известны суточные ритмы сна и бодрствования у человека, сезонные ритмы активности и спячки у некоторых млекопитающих и многие другие.

Ритмичность направлена на согласование функций организма с периодически меняющимися условиями жизни.

Движение

Все живые организмы способны к активному движению.

• Растения и грибы не передвигаются в пространстве. Однако большинство движений грибов и растений- результат их роста. У растений некоторые движения возникают в ответ на действия факторов внешней среды. Так, главный корень растет под действием силы земного притяжения вертикально вниз, а главный стебель под влиянием света – вверх. У листьев хорошо выражены движения на свет: листовая пластинка, особенно в условиях затенения, располагается перпендикулярно солнечным лучам.

• Одноклеточные организмы могут передвигаться разными способами. Многие бактерии, одноклеточные водоросли и простейшие животные передвигаются с помощью жгутиков. Большинство многоклеточных животных активно передвигаются в пространстве. Разнообразные способы движения служат для поиска и потребления пищи, спасения от хищников

Важно! Нельзя только по одному признаку отнести объект к живой/неживой природе, необходимо, чтобы объект соответствовал совокупности признаков.

Итог:

Необходимо отметить, что выделение тех или иных признаков живого в определенной мере условно. Некоторые признаки также характерны и для неживой природы, в списке ниже выделены признаки, характерные только для живой природы:

1. Обмен веществ.

2. Клеточное строение.

3. Единство химического состава.

4. Самовоспроизведение (репродукция, размножение)

5. Наследственность

6. Изменчивость

7. Раздражимость

8. Дискретность и целостность

9. Саморегуляция (авторегуляция)

10. Энергозависимость

11. Развитие и рост

12. Способность к адаптациям

13. Ритмичность

14. Движение.

13.14: Что такое гомеостаз? — Биология LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

44696

Результаты обучения

• Определение гомеостаза

Гомеостаз в общем смысле относится к стабильности, равновесию или равновесию. Физиологически это попытка организма поддерживать постоянную и сбалансированную внутреннюю среду, что требует постоянного контроля и корректировки по мере изменения условий. Регулировка физиологических систем в организме называется гомеостатической регуляцией, которая включает три части или механизма:

1. приемник
2. центр управления
3. эффектор

Приемник получает информацию о том, что что-то в окружающей среде меняется. Центр управления или центр интеграции получает и обрабатывает информацию от приемника. Эффектор реагирует на команды центра управления, противодействуя или усиливая стимул. Этот непрерывный процесс постоянно работает для восстановления и поддержания гомеостаза. Например, при регуляции температуры тела температурные рецепторы в коже передают информацию в мозг (центр управления), который сигнализирует эффекторам: кровеносным сосудам и потовым железам в коже. Поскольку внутренняя и внешняя среда тела постоянно меняется, необходимо постоянно вносить коррективы, чтобы оставаться на определенном уровне или близком к нему: уставка .

Целью гомеостаза является поддержание равновесия вокруг определенного значения какого-либо аспекта тела или его клеток, называемого заданным значением. Несмотря на нормальные отклонения от заданной точки, системы организма обычно пытаются вернуться к этой точке. Изменение внутренней или внешней среды называется раздражителем и улавливается рецептором; реакция системы заключается в корректировке действий системы, чтобы значение возвращалось к заданному значению. Например, если тело становится слишком теплым, вносятся коррективы, чтобы охладить животное. Если уровень глюкозы в крови повышается после еды, вносятся коррективы, чтобы снизить его и доставить питательное вещество в ткани, которые в нем нуждаются, или сохранить его для последующего использования.

Когда в окружающей среде животного происходит изменение, необходимо произвести корректировку, чтобы внутренняя среда тела и клеток оставалась стабильной. Рецептор, воспринимающий изменения в окружающей среде, является частью механизма обратной связи.

Стимул — температура, уровень глюкозы или кальция — обнаруживается рецептором. Рецептор посылает информацию в центр управления, часто в мозг, который передает соответствующие сигналы эффекторному органу, способному вызвать соответствующее изменение, либо вверх, либо вниз, в зависимости от информации, которую посылал датчик.

Авторы и авторство

Контент по лицензии CC, опубликованный ранее

• Гомеостатический процесс. Предоставлено : Безгранично. Расположен по адресу : www.boundless.com/biology/textbooks/boundless-biology-textbook/the-animal-body-basic-form-and-function-33/homeostasis-194/homeostatic-process-741-11972/% 20%20Источник:%20Boundless.%20u201cHomeostatic%20Process.u201d%20Boundless%20Biology%20Boundless,%2026%20May.%202016.%20Retrieved%2014%20Feb.%202017%20from%20https://www.boundless.com/ биология/учебники/безграничный-биологический-учебник/основная-форма-и-функция-тела-животного-33/гомеостаз-194/гомеостатический процесс-741-11972/.
  Проект : Безграничная биология. Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Гомеостаз. Авторы : Чарльз Молнар и Джейн Гейр. Предоставлено : BC Open Textbooks. Расположен по адресу : https://opentextbc.ca/biology/chapter/11-1-homeostasis-and-osmoregulation/. Проект : Концепции биологии. Лицензия : CC BY: Attribution

---

13.14: Что такое гомеостаз? распространяется по незадекларированной лицензии и был создан, переработан и/или курирован LibreTexts.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Программа OER или Publisher

   Люмен

2. Теги

   1. источник[1]-хим-224397

Гомеостаз в биологии.

Определение

Гомеостаз является одним из фундаментальных свойств, присущих всем организмам на Земле. Его можно определить как «способность поддерживать относительно постоянные внутренние условия (то есть отличные от окружающей среды)». Это пример саморегулирующегося процесса, благодаря которому каждый организм поддерживает стабильность. Это подход к преодолению изменений окружающей среды и поддержанию стабильного состояния внутренней среды. В одной строке говорится, что если гомеостаз успешен, жизнь продолжается. Гомеостаз является частью поддержания динамического равновесия. В результате динамического равновесия организм поддерживает стационарное состояние, то есть состояние, которое сопротивляется изменению внешних условий.

При изменении условий окружающей среды активируются системы организма (например, обратная связь), и они реагируют таким образом, что в организме устанавливается баланс. Все процессы, ответственные за поддержание внутреннего баланса, опосредованные нервной и/или гормональной системами, являются примерами гомеостатической регуляции. Существуют различные механизмы поддержания гомеостаза, такие как физиологические, морфологические или поведенческие механизмы. Например, использование поведенческого механизма жуком, чтобы справиться с резкими изменениями доступности воды. Многие организмы имеют тенденцию приспосабливаться к различным аспектам окружающей среды, таким как температура, соленость и т. д. 

Разные организмы используют разные механизмы для поддержания гомеостаза внутри своего тела. Эти ответы можно увидеть как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе. Период времени в краткосрочной перспективе часто составляет несколько минут и в первую очередь выражается через различные механизмы преодоления. В долгосрочной перспективе может иметь место естественный отбор, который может привести к лучшей адаптации популяции к окружающей среде.

 

Механизмы гомеостаза

 

1. Физиологический механизм

 

Многие организмы поддерживают гомеостаз путем физиологических приспособлений.

Например, у некоторых насекомых глицерин содержится в крови в качестве антифриза для поддержания температуры тела. Люди, находящиеся на большой высоте, могут сначала страдать от таких симптомов, как учащенное сердцебиение, тошнота, утомляемость, умственные расстройства и, в тяжелых случаях, отек легких из-за низкой доступности кислорода на большой высоте. Через несколько дней эти симптомы исчезнут благодаря нескольким физиологическим изменениям, которые происходят в организме человека на большой высоте, чтобы увеличить количество кислорода, доставляемого в ткани тела:

 

• Увеличение частоты дыхания,

 

• Повышение продукции эритроцитов (эритроцитов) и гемоглобина (Hb) в крови,

 

• Плотность митохондрий, капилляров , а мышечный миоглобин увеличивается при более высоких высота.

 

• На большой высоте кислородсвязывающая способность гемоглобина снижается, а, следовательно, увеличивается скорость выгрузки кислорода в тканях организма.

 

2. Морфологический механизм

 

Эндотермные животные (которые поддерживают постоянную внутреннюю температуру в холодных условиях) приспособлены таким образом, что стремятся минимизировать расход энергии. Зимой некоторые млекопитающие склонны впадать в спячку и таким образом поддерживать постоянную температуру тела без использования энергии тела. Изоляция тела (например, волк) также является примером этого механизма, при котором некоторые животные отращивают более густой мех, чтобы избежать потери энергии при сохранении температуры тела. Зимой у волка шерсть в три раза толще, чем летом.

 

3. Поведенческий механизм

 

Тропическая ящерица демонстрирует изменения в поведении для поддержания гомеостаза. Многие животные склонны мигрировать из одной среды обитания в другую, из неблагоприятной среды обитания в благоприятную и подходящую среду обитания. Тропическая ящерица поддерживает постоянную температуру тела в открытой среде обитания, подвергаясь воздействию солнечного света, а затем уходя в тень, когда температура их тела повышается. Эта адаптация может быть очень экстремальной. Лопатоногая жаба (Scapbiopbus) обитает в пустынях Северной Америки. Они, как правило, живут почти на метр ниже поверхности в течение 9 лет.месяцев каждый год, однако они появляются и размножаются, когда влажное состояние возвращается в прохладное состояние.

 

4. Долговременный механизм изменения окружающей среды

 

Этот механизм включает эволюционные реакции на изменение окружающей среды и является результатом естественного отбора. Способность поддерживать гомеостаз посредством физиологии, морфологии или поведения является частью эволюционной адаптации. Эффект естественного отбора можно увидеть, сравнивая близкородственные виды, живущие в разных средах, в которых можно увидеть значительные различия в адаптации.

Например, млекопитающие, живущие в более холодном климате, имеют более короткие уши и конечности (правило Аллена) и более крупные тела (правило Бергмана). Следовательно, таким образом они уменьшают площадь поверхности, через которую животные теряют тепло. Примером этого организма является ящерица, способная принимать разные температуры. На пустынных ящериц не влияет высокая температура, но ящерицы из Северной Европы не могут выжить при высокой температуре. Точно так же северные ящерицы способны бегать, ловить добычу и переваривать пищу при более низких температурах, а при этой температуре пустынные ящерицы были бы обездвижены. Другой пример — верблюд и другие пустынные животные. Они живут в районах, где мало воды. Эти пустынные животные могут долгое время обходиться без питьевой воды. Адаптация к пустыне также наблюдается у лягушек. Кожа лягушки, живущей в пустыне, влажная, поэтому вода легко проникает внутрь. Эти типы организмов не могли выжить в сухой среде, так как быстро обезвоживались и высыхали. В этом состоянии также наблюдается адаптация у нескольких типов лягушек. Некоторые лягушки очень склонны уменьшать потерю воды через кожу. Некоторые виды предотвращают потерю воды, выделяя воскообразное вещество из специализированных кожных желез. Это воскообразное вещество покрывает кожу, изолирует ее и снижает потерю воды примерно на 9%.5%.

 

Адаптацию к этим типам изменений окружающей среды можно понять экспериментально. При 42°C (т. е. при высокой температуре) кишечная палочка (E. coli) склонна к более интенсивному использованию ресурсов. Однако после 2000 поколений способность использовать ресурсы с высокой скоростью уменьшится на 30% по сравнению с первым поколением. Механизм, посредством которого происходит увеличение использования ресурсов, до сих пор неизвестен.

 

Управление дефицитом воды в организме человека через гормональную систему

 

Во время обезвоживания объем крови уменьшается и, следовательно, оставшаяся плазма крови становится высококонцентрированной. Это физиологическое изменение объема крови обеспечивает стимуляцию осморецепторов. Эти рецепторы присутствуют в гипоталамусе головного мозга, расположенном непосредственно над гипофизом. Эти осморецепторы играют важную роль в возникновении чувства жажды, а также способствуют высвобождению антидиуретического гормона (АДГ) из гипофиза. АДГ – это гормон, секретируемый задней долей гипофиза. Его также называют вазопрессином. Как правило, в ответ на повышенную осмотическую концентрацию плазмы крови выделяют ее секреты. В свою очередь, АДГ стимулирует почки удерживать больше воды, чтобы поддерживать гидратацию организма и предотвращать потерю воды при экскреции. Следовательно, с мочой выделяется меньше воды, и из-за чувства жажды обезвоженный человек пьет больше воды.

 

Контроль температуры тела у людей

 

Это хороший пример поддержания гомеостаза в биологической системе. Температура тела регулируется гипоталамусом, областью головного мозга. Нормальная температура тела человека составляет около 37°C или 98,6°F. На это значение влияют различные факторы, такие как воздействие солнечного света, уровень гормонов в организме, скорость обмена веществ и состояние болезни. В зависимости от этих факторов температура тела может стать чрезмерно высокой или низкой в ​​зависимости от состояния. Это колебание температуры тела запускает механизм обратной связи организма. Этот механизм обратной связи осуществляется через кровоток в мозг и в конечном итоге приводит к корректировке частоты дыхания, уровня сахара в крови и скорости метаболизма. Это часть компенсаторных механизмов или приспособлений. Увеличение потоотделения также является частью этой корректировки с обратной связью. Потере тепла также способствует снижение активности и механизм теплообмена, который позволяет большому количеству крови циркулировать вблизи поверхности кожи. Зимой теплоотдача тела велика. Эту потерю тепла можно предотвратить с помощью теплоизоляции, а также уменьшить приток крови к коже.