Zpětná vazba je definována jako informace získané o reakci na produkt, který umožní změnu výrobku. Zpětné vazby jsou tedy proces, při kterém změna systému vede k poplachu, který vyvolá určitý výsledek. Tento výsledek buď zvýší změnu systému, nebo jej sníží, aby se systém vrátil zpět do normálu. Zbývá několik otázek: jak tyto systémy fungují? Co je pozitivní zpětná vazba? Co je negativní zpětná vazba? Kde najdeme tyto systémy v přírodě?

biologické systémy pracují na mechanismu vstupů a výstupů, každý způsobený a způsobující určitou událost. Zpětnovazební smyčka je biologický výskyt, kdy výstup systému zesiluje systém (pozitivní zpětná vazba) nebo inhibuje systém (negativní zpětná vazba). Zpětné vazby jsou důležité, protože umožňují živým organismům udržovat homeostázu. Homeostáza je mechanismus, který nám umožňuje udržovat naše vnitřní prostředí relativně konstantní – ne příliš horké nebo příliš chladné, ne příliš hladové nebo unavené. Úroveň energie, kterou organismus potřebuje k udržení homeostázy, závisí na typu organismu a na prostředí, které obývá. Například chladnokrevná ryba udržuje svou teplotu na stejné úrovni jako voda kolem ní, a proto nemusí kontrolovat svou vnitřní teplotu. Porovnejte to s teplokrevnou velrybou ve stejném prostředí: musí udržovat svou tělesnou teplotu vyšší než teplota vody kolem ní, a tak vynaloží více energie na regulaci teploty. To je rozdíl mezi ektotermy a endotermy: ectotherm používá teplotu prostředí k řízení své vnitřní teploty (např. plazi, obojživelníci a ryby), zatímco endotherm používá homeostázu k udržení své vnitřní teploty. Endotermy mohou udržovat svůj metabolismus konstantní rychlostí, což umožňuje konstantní pohyb, reakci a vnitřní procesy, zatímco ektotermy nemohou udržovat svůj metabolismus konstantní rychlostí. To znamená, že jejich pohyb, reakce a vnitřní procesy jsou závislé na přiměřené vnější teplo, ale také to znamená, že vyžadují méně energie v podobě potravin, protože jejich těla nejsou neustále spalování paliva.

zpětné vazby se mohou také vyskytovat ve větší míře: na úrovni ekosystému se udržuje forma homeostázy. Dobrým příkladem je cyklus populací dravců a kořisti: rozmach populace kořisti bude znamenat více potravy pro dravce, což zvýší počet predátorů. To pak povede k nadměrné predaci a populace kořisti opět poklesne. Populace predátorů bude v reakci klesat, uvolní tlak na populaci kořisti a umožní jí odrazit se zpět. Viz obrázek 1. Dalším příkladem je to, co je známé jako „evoluční závod ve zbrojení“, kde se dravec a jeho kořist neustále snaží navzájem konkurovat. Jedním z takových vztahů je vztah nektarožravých ptáků a květin, kterými se živí. Ptáci vyvíjejí dlouhé zobáky, aby získali přístup k nektaru v květu. V odezvě, květina vyvíjí delší a delší tvar trumpety, ve snaze zabránit ptákovi dostat se k nektaru. Pták reaguje tím, že vyvíjí ještě delší zobák. A tak to pokračuje.

Zdroj Obrázku: Wikimedia Commons,

Obrázek 1: trendy populace predátora a kořisti.

pozitivní zpětné vazby

pozitivní zpětnovazební smyčka se v přírodě vyskytuje, když produkt reakce vede ke zvýšení této reakce. Pokud se podíváme na systém v homeostáze, pozitivní zpětnovazební smyčka posune systém dále od cíle rovnováhy. Dělá to zesílením účinků produktu nebo události a nastane, když se něco musí stát rychle.

Příklad 1: zrání ovoce

V přírodě je překvapivý účinek, kdy strom nebo keř náhle dozrají veškeré své ovoce nebo zeleninu bez viditelného signálu. Toto je náš první příklad pozitivní biologické zpětné vazby. Podíváme-li se na jabloň, s mnoha jablky, zdánlivě přes noc všichni jdou od nezralých k zralým k přezrálým. To začne prvním jablkem, které dozraje. Jakmile je zralý, vydává přes kůži plyn známý jako ethylen (C2H4). Když jsou vystaveny tomuto plynu, jablka v jeho blízkosti také dozrávají. Jakmile jsou zralé, také produkují ethylen, který nadále zraje zbytek stromu v efektu podobném vlně. Tato zpětná vazba je často používán v produkci ovoce, jablka vystaveni vyrábí ethylen plyn, aby se jim dozrávají rychleji.

Obrázek 2: proces dozrávání jablek je pozitivní zpětnovazební smyčka.

příklad 2: porod

Když začne porod, hlava dítěte je tlačena dolů a vede ke zvýšenému tlaku na děložní čípek. To stimuluje receptorové buňky k vyslání chemického signálu do mozku, což umožňuje uvolňování oxytocinu. Tento oxytocin difunduje do děložního čípku krví, kde stimuluje další kontrakce. Tyto kontrakce stimulují další uvolňování oxytocinu, dokud se dítě nenarodí.

Obrázek 3: kontrakce zažil při porodu přišel o důsledku pozitivní zpětnou vazbu.

příklad 3: srážení krve

když je tkáň roztrhaná nebo zraněná, uvolní se chemická látka. Tato chemická látka způsobuje aktivaci krevních destiček v krvi. Jakmile se tyto krevní destičky aktivují, uvolňují chemickou látku, která signalizuje aktivaci více krevních destiček, dokud není rána srážena.

obrázek 4: proces srážení rány je pozitivní zpětnovazební smyčka.

negativní zpětnovazební smyčky

negativní zpětnovazební smyčka se vyskytuje v biologii, když produkt reakce vede ke snížení této reakce. Tímto způsobem negativní zpětná vazba přivádí systém blíže k cíli stability nebo homeostázy. Negativní zpětné vazby jsou zodpovědné za stabilizaci systému a zajišťují udržení stabilního a stabilního stavu. Odezva regulačního mechanismu je opačná k výstupu události.

Příklad 1: regulace teploty

regulace teploty u lidí probíhá neustále. Normální teplota lidského těla je přibližně 98,6°F. Když tělesná teplota stoupne nad tyto dva mechanismy kop tělo začne potit, a vazodilatace nastane, aby více krve plocha musí být vystaven do chladiče vnější prostředí. Jak se pot ochladí, způsobuje odpařovací chlazení, zatímco krevní cévy způsobují konvektivní chlazení. Normální teplota je obnovena. Pokud by tyto chladicí mechanismy pokračovaly, tělo zchladne. Mechanismy, které pak kopají, jsou tvorba husích hrbolů a vazokonstrikce. Husí kůže u jiných savců zvedají vlasy nebo srst, což umožňuje zadržet více tepla. U lidí utahují okolní pokožku a snižují (mírně) povrchovou plochu, ze které ztrácejí teplo. Vazokonstrikce zajišťuje, že pouze malá plocha žil je vystavena chladnější venkovní teplotě a udržuje teplo. Normální teplota je obnovena.

Obrázek 5: proces regulace teploty u lidí je negativní zpětná vazba.

Příklad 2: Regulace Tlaku Krve (Baroreflexu)

Krevní tlak musí zůstat dostatečně vysoká, aby pumpovat krev do všech částí těla, ale ne tak vysoká, aby způsobit poškození, zatímco dělá tak. Zatímco srdce pumpuje, baroreceptory detekují tlak krve procházející tepnami. Pokud je tlak příliš vysoký nebo příliš nízký, chemický signál je poslán do mozku přes glosofaryngeální nerv. Mozek pak vyšle chemický signál do srdce nastavit rychlost čerpání: pokud krevní tlak je nízký, zvyšuje srdeční frekvence, zatímco v případě, vysoký krevní tlak, srdeční frekvence klesá.

Příklad 3: osmotická regulace

osmotická regulace se vztahuje na kontrolu koncentrace různých tekutin v těle, k udržení homeostázy. Znovu se podíváme na příklad ryby, žijící v oceánu. Koncentrace soli ve vodě obklopující ryby je mnohem vyšší než koncentrace kapaliny v rybách. Tato voda vstupuje do difúze ryb žábry, konzumací potravin a pitím. Také proto, že koncentrace soli je vyšší venku než uvnitř ryb, dochází k pasivní difúzi soli do ryb a vody z ryb. Koncentrace soli je pak v rybách příliš vysoká a solné ionty musí být uvolňovány vylučováním. K tomu dochází přes kůži a ve velmi koncentrované moči. Kromě toho jsou vysoké hladiny soli v krvi odstraněny aktivním transportem sekrečními buňkami chloridů v žábrách. Tím je zachována správná koncentrace soli.

Obrázek 6: proces osmotická regulace v mořských ryb je konstantní negativní zpětnou vazbu.

pozitivní vs. negativní zpětná vazba

klíčovým rozdílem mezi pozitivní a negativní zpětnou vazbou je jejich reakce na změnu: pozitivní zpětná vazba zesiluje změnu, zatímco negativní zpětná vazba snižuje změnu. To znamená, že pozitivní zpětná vazba bude mít za následek více produktu: více jablek, více kontrakcí nebo více srážení krevních destiček. Negativní zpětná vazba bude mít za následek méně produktu: méně tepla, menší tlak nebo méně soli. Pozitivní zpětná vazba se pohybuje od cílového bodu, zatímco negativní zpětná vazba se pohybuje směrem k cíli.

proč je zpětná vazba důležitá?

bez zpětné vazby nemůže dojít k homeostáze. To znamená, že organismus ztrácí schopnost samoregulace svého těla. Mechanismy negativní zpětné vazby jsou častější u homeostázy,ale pozitivní zpětné vazby jsou také důležité. Změny ve zpětnovazebních smyčkách mohou vést k různým problémům, včetně diabetes mellitus.

Obrázek 7: V normální cyklus glukózy, zvyšuje hladinu glukózy v krvi detekovány slinivky břišní vyústí v beta buňkách slinivky břišní vylučovat inzulín, dokud normální hladiny glukózy v krvi je dosaženo. Zatímco pokud jsou detekovány nízké hladiny glukózy v krvi, alfa buňky pankreatu uvolní glukagon, aby zvýšily hladinu glukózy v krvi na normální úroveň.

u diabetu 1. typu beta buňky nefungují. To znamená, že když hladina glukózy v krvi stoupá, produkce inzulínu není spuštěna,a proto hladiny glukózy v krvi stále rostou. To může mít za následek příznaky, jako je rozmazané vidění, ztráta hmotnosti, hyperventilace, nevolnost a zvracení. U diabetu typu 2 došlo k chronické vysoké hladině glukózy v krvi v důsledku špatné stravy a nedostatku pohybu. To má za následek, že buňky již nerozpoznávají inzulín, a proto hladiny glukózy v krvi stále rostou.

balení pozitivních a negativních zpětnovazebních smyček

zpětné vazby jsou biologické mechanismy, kterými je udržována homeostáza. K tomu dochází, když produkt nebo výstup události nebo reakce změní reakci organismu na tuto reakci. Ke zvýšení změny nebo výstupu dochází k pozitivní zpětné vazbě: výsledek reakce je zesílen, aby k ní došlo rychleji. Negativní zpětná vazba nastává, aby se snížila změna nebo výstup: výsledek reakce se sníží, aby se systém vrátil zpět do stabilního stavu. Některé příklady pozitivní zpětné vazby jsou kontrakce při narození dítěte a zrání ovoce; příklady negativní zpětné vazby zahrnují regulaci hladin glukózy v krvi a osmoregulaci.

hledáte biologickou praxi?

Nastartujte svou biologickou přípravu s Albertem. Začněte AP® zkouška prep dnes.