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

Зміст



Цей контент створено завдяки Міністерству освіти і науки України

Гомеостаз в биологии — Определение

При изменении условий окружающей среды активируются системы организма (например, управление с обратной связью), и они реагируют таким образом, что устанавливается баланс в организме. 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,

• Увеличение плотности митохондрий, капилляров и повышение уровня миоглобина в мышцах высота.

• На большой высоте снижается кислородсвязывающая способность гемоглобина и, 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) Escherichia coli (E. coli) имеет тенденцию использовать ресурсы с высокой скоростью. 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. Гомеостатическое состояние находится между этим высоким и низким уровнем температуры, и это нормальный диапазон, который поддерживает жизнь. Это пример механизма обратной связи тела, и он активируется всякий раз, когда состояние приближается к какой-либо крайности.

Концепция гомеостаза также существует в экологических системах, и ее существование было предложено Робертом Макартуром в 1955 году. происходят среди различных видов. Этот тип гомеостаза является частью поддержания стабильности экосистемы, а также отвечает за сохранение определенного типа экосистемы в течение длительного периода времени. Эта концепция называется экологической устойчивостью, в которой весьма важную роль играют основы механизмов гомеостаза. Эта концепция использовалась для описания взаимодействия, которое происходит между живой и неживой или абиотической частями экосистемы для поддержания экологического баланса.

Хотите читать в автономном режиме? скачать полный PDF здесь

Скачать полный PDF

Определение и объяснение гомеостаза — Уроки Византа

Написано репетитором Карен М.

Человеку нетрудно понять, что внутренняя среда тела
поддерживается отдельно от внешней среды. Просто представьте себя в холодный зимний день, когда температура наружного воздуха упала до -5°C. Ваше тело не просто поддается этой температуре, а на самом деле делает все возможное, чтобы
, в противном случае поддерживайте температуру тела близкой к оптимальной 37°C. Идея баланса между внутренней
и внешней средой живой системы первоначально была объяснена французским физиологом Клодом Бернаром
в середине 1800-х гг. Бернар описал эту идею как « внутренняя среда », процесс поддержания стабильной внутренней среды
, несмотря на условия внешней среды (Gross, 1998). Позднее эта концепция была расширена американским физиологом Уолтером Брэдфордом Кэнноном, который назвал ее «гомеостазом», который0091 переводится как «устойчивое состояние» или «неизменное».

Многие переменные в организме человека или животного сохраняются с небольшими возможностями для колебаний. Контроль температуры
часто приходит на ум и будет обсуждаться ниже, но есть много других аспектов жизни животных, которые
очень жестко контролируют. Мы контролируем рН крови до рН 7,4, позволяя ему отклоняться только на одну десятую
единиц (7,3-7,5), и изменения за пределами этого диапазона могут сделать некоторые ферменты нефункциональными и нарушить клеточную активность.
Другие события или переменные, которые контролируются гомеостатическими процессами, включают артериальное давление, частоту сердечных сокращений и уровень кислорода в крови

Основы биологии учат, что системы гомеостатического контроля содержат три отдельных компонента, которые работают вместе
для управления переменной внутри организма. Тремя частями системы являются рецептор, центр управления и
эффектор. Рецептор служит для восприятия изменения определенного состояния организма (т. е. животного)
внутренняя среда. Центр управления интерпретирует эту информацию от рецептора и направляет ответ
на ситуацию, которая разыгрывается через эффектор. Простейшей небиологической иллюстрацией этого является
регулирование температуры внутри дома. Термостат установлен на 22°C, но температура в доме падает с
до 19°C. Термометр (т.е. рецептор) внутри термостата измеряет температуру и распознает отклонение
от 22°C, центр управления внутри термостата определяет, как исправить отклонение.

Такая же коррекция курса в отношении температуры происходит и внутри человеческого тела. Когда температура
человеческого тела отклоняется от 37°C, производится модификация для обогрева/сохранения тепла или охлаждения тела. Например,
при понижении температуры одна из реакций человеческого организма — начать «дрожать». Дрожь вызывает
увеличивает активность скелетных мышц, которые используют энергию и, следовательно, создают тепло, чтобы помочь защитить внутреннюю
внутреннюю температуру жизненно важных органов. Альтернативно, когда температура поднимается намного выше 37°C, потовые железы
начинают выделять влагу, которая увеличивает испарение и, следовательно, охлаждает поверхность кожи. Регулирование температуры

Другой механизм отрицательной обратной связи участвует в регулировании количества глюкозы в крови,
процесс, который включает баланс гормонов поджелудочной железы, которые запасают или высвобождают глюкозу, когда это необходимо. Уровень сахара в крови обычно поддерживается на уровне ~90 мг глюкозы/100 мл крови (Marieb, 1995). Если уровень глюкозы в крови
повышается, клетки поджелудочной железы стимулируются к выработке и выделению инсулина в кровь. Инсулин
отвечает за увеличение поглощения глюкозы клетками, а также за хранение глюкозы в виде гликогена в печени;
, поэтому избыток глюкозы не «тратится впустую», а резервируется на то время, когда он понадобится.

Механизм, противоположный отрицательной обратной связи, называется положительной обратной связью, когда физиологическая

Важно отметить важность поддержания постоянной внутренней среды с идеей
что существуют особые обстоятельства, которые требуют отклонений от среднего значения и считаются приемлемыми
в узком диапазоне. Например, у женщин наблюдается цикличность уровней гормонов и
, поэтому эти гормоны не удерживаются на «постоянном» уровне.