Реферат на тему «Саморегуляция в биологии: что это простыми словами»

Введение

Термометр под мышкой у здорового человека в январе и в июле покажет почти одно и то же, около 36,6 градуса, хотя на улице разница может достигать шестидесяти. Глюкоза в крови после праздничного торта поднимется, но к утру снова окажется в районе 4–5 ммоль на литр. Мы не прилагаем для этого никаких усилий и обычно даже не замечаем, что внутри идёт какая-то работа. Её выполняют механизмы, которые биологи объединяют словом «саморегуляция».

Если объяснять простыми словами, саморегуляция — это умение живой системы замечать отклонение от нормы и самостоятельно исправлять его. Работает она примерно как термостат в обогревателе: когда в комнате становится холодно, термостат включает нагрев, а когда тепло, выключает. Только в живом организме таких «термостатов» тысячи, и они следят за температурой, давлением, составом крови, количеством воды и солей, частотой дыхания и многим другим.

Регулировать себя умеет не только целый организм. Бактерия кишечной палочки, попав в среду с молочным сахаром, включает гены, нужные для его переработки, и выключает их, когда сахар закончился; за открытие этого механизма Франсуа Жакоб и Жак Моно получили Нобелевскую премию в 1965 году. В канадской тайге охотники Компании Гудзонова залива более века сдавали шкурки зайцев-беляков и рысей, и по этим записям видно, что численность обоих видов поднимается и опускается примерно раз в десять лет. Не удивительно, что в учебниках саморегуляцию ставят в один ряд с обменом веществ, размножением и раздражимостью как общее свойство живого.

У темы есть и вполне медицинская сторона. Диабет первого типа, по сути, означает, что один из регуляторов, инсулин, перестал вырабатываться, и глюкоза в крови больше не возвращается к норме сама. До 1921 года, когда Фредерик Бантинг и Чарльз Бест выделили инсулин, такой диагноз был смертельным, а сегодня человек с диабетом берёт часть работы регулятора на себя: измеряет сахар глюкометром и вводит гормон по расчёту. Так что знать, как работает саморегуляция здорового организма, полезно и тем, кто не собирается становиться биологом.

Цель реферата — простыми словами объяснить, что такое саморегуляция в биологии, и показать, как она проявляется на разных уровнях организации живого. Задачи работы:

• дать определение саморегуляции и гомеостаза;
• объяснить принцип обратной связи, лежащий в основе саморегуляции;
• рассмотреть нервную и гуморальную регуляцию в организме человека;
• привести примеры саморегуляции в клетке, организме и экосистеме.

Объект исследования — живые системы разного уровня организации, предмет — механизмы их саморегуляции. Работа основана на школьных учебниках биологии и физиологии, а также на учебных пособиях по общей биологии. Чтобы было понятно, какие именно величины организм поддерживает постоянными, в таблице 1 приведены основные показатели гомеостаза человека.

Таблица 1 — Некоторые показатели, которые организм человека поддерживает постоянными

Глава 1. Саморегуляция как свойство живого

1.1. Гомеостаз: постоянство внутренней среды

Мысль о том, что организм поддерживает постоянство своей внутренней среды, впервые ясно сформулировал французский физиолог Клод Бернар во второй половине XIX века. Он писал, что именно постоянство внутренней среды служит условием свободной и независимой жизни. Лягушка или ящерица зависят от погоды: в холод они становятся вялыми, потому что их тело остывает вместе с окружающим воздухом. Птица или млекопитающее поддерживают температуру тела почти неизменной и потому остаются активными и зимой.

В 1926–1932 годах американский физиолог Уолтер Кеннон развил идеи Бернара и предложил термин «гомеостаз», от греческих слов «подобный» и «состояние». Гомеостазом называют относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды организма. Слово «динамическое» здесь важно. Показатели не застывают на одной точке, а колеблются в узких пределах вокруг нормы, и организм постоянно, каждую секунду, подправляет их.

Удобно представить себе гомеостаз как движение велосипедиста. Велосипед никогда не стоит идеально ровно, он всё время немного отклоняется то вправо, то влево, а человек незаметно для себя поправляет руль. Если перестать поправлять, велосипед упадёт. Точно так же, если какой-нибудь механизм регуляции отказывает, показатель уходит за пределы нормы, и наступает болезнь.

1.2. Принцип обратной связи

В основе любой саморегуляции лежит обратная связь, то есть влияние результата на сам процесс. Термин пришёл из техники, а в биологию его перенёс в 1940-х годах математик Норберт Винер, основатель кибернетики, который заметил, что регулятор паровой машины и нервная система решают похожие задачи. Чаще всего организм пользуется отрицательной обратной связью: отклонение запускает процессы, гасящие это отклонение. В жару кожа краснеет, потому что сосуды расширяются и отдают тепло, на коже выступает пот, и его испарение охлаждает тело. Стоит температуре вернуться к норме, сосуды сужаются, а пота становится меньше.

Проверить отрицательную обратную связь можно на уроке физкультуры с секундомером. Посчитайте пульс сидя, потом после трёх минут бега, потом через минуту, три и пять минут отдыха. Во время бега мышцам нужно больше кислорода, и сердце разгоняется; на финише потребность исчезает, и ритм идёт вниз. На рисунке приведены условные цифры, похожие на те, что получаются у здорового подростка.

Обратите внимание на правую часть диаграммы. Пульс возвращается к исходным 72 ударам не сразу, на это уходит несколько минут, и именно по скорости возвращения спортивные врачи судят о тренированности. На этом основана, например, проба Руфье, которую проводят школьникам на медосмотре: пульс измеряют до тридцати приседаний, сразу после них и через минуту, а затем по формуле считают индекс. Чем он меньше, тем лучше сердце приспосабливается к нагрузке.

Бывает и наоборот, когда отклонение не гасится, а раскручивается дальше. Такую связь называют положительной, и в организме её включают ненадолго, чтобы быстро завершить какое-то дело. Порез на пальце — хороший пример: первые прилипшие к краю ранки тромбоциты выделяют вещества, зовущие новые тромбоциты, те зовут следующих, и минут через пять-десять ранку закрывает сгусток. Дальше процесс останавливают другие механизмы, иначе кровь свернулась бы во всех сосудах.

Если разобрать любой регулятор на части, найдутся три звена. Чувствительные клетки, рецепторы, сообщают о текущем значении; центр, у терморегуляции это гипоталамус, сравнивает его с «заданным»; исполнители, будь то потовые железы, мышцы или печень, вносят поправку. Во второй главе показано, как эти звенья связаны между собой с помощью нервной и гуморальной регуляции.

Регуляторы ещё и договариваются между собой. Если в жаркий день человек мало пьёт, потоотделение уменьшается, чтобы сберечь воду, а температура тела может немного подняться. Организм как бы выбирает меньшее из двух зол: при нехватке воды важнее сохранить объём крови, чем удержать температуру с точностью до десятых долей градуса. Такие «компромиссы» хорошо известны физиологам и показывают, что саморегуляция — это не набор отдельных выключателей, а согласованная система.