La retroalimentación se define como la información obtenida sobre una reacción a un producto, que permitirá la modificación del producto. Los bucles de retroalimentación son, por lo tanto, el proceso mediante el cual un cambio en el sistema da lugar a una alarma que activará un determinado resultado. Este resultado aumentará el cambio en el sistema o lo reducirá para que el sistema vuelva a la normalidad. Quedan algunas preguntas: ¿Cómo funcionan estos sistemas? ¿Qué es un feedback positivo? ¿Qué es la retroalimentación negativa? ¿Dónde encontramos estos sistemas en la naturaleza?

Los sistemas biológicos funcionan con un mecanismo de entradas y salidas, cada una de ellas causada por un determinado evento. Un bucle de retroalimentación es una ocurrencia biológica en la que la salida de un sistema amplifica el sistema (retroalimentación positiva) o inhibe el sistema (retroalimentación negativa). Los bucles de retroalimentación son importantes porque permiten a los organismos vivos mantener la homeostasis. La homeostasis es el mecanismo que nos permite mantener nuestro entorno interno relativamente constante, ni demasiado caliente, ni demasiado frío, ni demasiado hambriento ni cansado. El nivel de energía que un organismo necesita para mantener la homeostasis depende del tipo de organismo, así como del entorno en el que habita. Por ejemplo, un pez de sangre fría mantiene su temperatura al mismo nivel que el agua que lo rodea, por lo que no necesita controlar su temperatura interna. Compare esto con una ballena de sangre caliente en el mismo ambiente: necesita mantener su temperatura corporal más alta que la del agua a su alrededor, por lo que gastará más energía en la regulación de la temperatura. Esta es una diferencia entre ectotermos y endotermos: un ectotermo utiliza la temperatura ambiental para controlar su temperatura interna (por ejemplo, reptiles, anfibios y peces), mientras que una endoterma utiliza la homeostasis para mantener su temperatura interna. Los endotermos pueden mantener su metabolismo a una velocidad constante, permitiendo movimientos, reacciones y procesos internos constantes, mientras que los ectotermos no pueden mantener su metabolismo a una velocidad constante. Esto significa que su movimiento, reacción y procesos internos dependen del calor externo adecuado, pero también significa que requieren menos energía en forma de alimentos, ya que sus cuerpos no queman combustible constantemente.

Los bucles de retroalimentación también pueden ocurrir en mayor grado: a nivel de ecosistema, se mantiene una forma de homeostasis. Un buen ejemplo de esto es el ciclo de las poblaciones de depredadores y presas: un auge en la población de presas significará más alimento para los depredadores, lo que aumentará el número de depredadores. Esto conducirá entonces a una depredación excesiva, y la población de presas volverá a disminuir. La población de depredadores disminuirá en respuesta, liberando la presión sobre la población de presas y permitiéndole recuperarse. Véase la figura 1. Otro ejemplo es lo que se conoce como la» carrera armamentista evolutiva», en la que un depredador y su presa están continuamente tratando de competir entre sí. Una de esas relaciones es la de las aves nectarívoras y las flores de las que se alimentan. Las aves desarrollan picos largos para obtener acceso al néctar dentro de la flor. En respuesta, la flor desarrolla una forma de trompeta cada vez más larga, en un intento de evitar que el pájaro llegue al néctar. El pájaro responde desarrollando un pico aún más largo. Y así continúa.

Fuente de la imagen: Wikimedia Commons

Figura 1: Tendencias poblacionales de depredadores y presas.

Bucles de retroalimentación positiva

Un bucle de retroalimentación positiva ocurre en la naturaleza cuando el producto de una reacción conduce a un aumento en esa reacción. Si observamos un sistema en homeostasis, un bucle de retroalimentación positiva mueve un sistema más lejos del objetivo del equilibrio. Lo hace amplificando los efectos de un producto o evento y ocurre cuando algo tiene que suceder rápidamente.

Ejemplo 1: Maduración de frutas

Hay un efecto sorprendente en la naturaleza donde un árbol o arbusto madurará repentinamente todas sus frutas o verduras, sin ninguna señal visible. Este es nuestro primer ejemplo de un bucle de retroalimentación biológica positiva. Si nos fijamos en un manzano, con muchas manzanas, aparentemente de la noche a la mañana, todas van de inmaduras a maduras y demasiado maduras. Esto comenzará con la primera manzana en madurar. Una vez madura, emite un gas conocido como etileno (C2H4) a través de su piel. Cuando se expone a este gas, las manzanas cercanas también maduran. Una vez maduras, también producen etileno, que continúa madurando el resto del árbol en un efecto similar a una ola. Este circuito de retroalimentación se usa a menudo en la producción de frutas, y las manzanas se exponen al gas de etileno fabricado para que maduren más rápido.

Figura 2: El proceso de maduración de manzanas es un bucle de retroalimentación positiva.

Ejemplo 2: Parto

Cuando comienza el parto, la cabeza del bebé se empuja hacia abajo y aumenta la presión sobre el cuello uterino. Esto estimula a las células receptoras a enviar una señal química al cerebro, permitiendo la liberación de oxitocina. Esta oxitocina se difunde al cuello uterino a través de la sangre, donde estimula contracciones adicionales. Estas contracciones estimulan aún más la liberación de oxitocina hasta que nace el bebé.

Figura 3: Las contracciones experimentadas en el parto se producen como resultado de un bucle de retroalimentación positiva.

Ejemplo 3: Coagulación de la sangre

Cuando el tejido se desgarra o lesiona, se libera una sustancia química. Esta sustancia química hace que se activen las plaquetas en la sangre. Una vez que estas plaquetas se han activado, liberan una sustancia química que indica a más plaquetas que se activen, hasta que la herida se coagule.

Figura 4: El proceso de coagulación de la herida es un bucle de retroalimentación positiva.

Bucles de retroalimentación negativa

Un bucle de retroalimentación negativa ocurre en biología cuando el producto de una reacción conduce a una disminución en esa reacción. De esta manera, un bucle de retroalimentación negativa acerca un sistema a un objetivo de estabilidad o homeostasis. Los bucles de retroalimentación negativa son responsables de la estabilización de un sistema y aseguran el mantenimiento de un estado estable y estable. La respuesta del mecanismo de regulación es opuesta a la salida del evento.

Ejemplo 1: Regulación de temperatura

La regulación de temperatura en humanos ocurre constantemente. La temperatura normal del cuerpo humano es de aproximadamente 98.6 ° F. Cuando la temperatura corporal aumenta por encima de esto, dos mecanismos patean en el cuerpo comienzan a sudar, y se produce una vasodilatación para permitir que una mayor parte del área de la superficie de la sangre se exponga al ambiente externo más frío. A medida que el sudor se enfría, causa enfriamiento por evaporación, mientras que los vasos sanguíneos causan enfriamiento convectivo. Se recupera la temperatura normal. Si estos mecanismos de enfriamiento continúan, el cuerpo se enfriará. Los mecanismos que luego se activan son la formación de la piel de gallina y la vasoconstricción. La piel de gallina en otros mamíferos eleva el pelo o el pelaje, lo que permite retener más calor. En los seres humanos, tensan la piel circundante, reduciendo (ligeramente) la superficie de la que se pierde calor. La vasoconstricción asegura que solo una pequeña área de superficie de las venas esté expuesta a la temperatura exterior más fría, reteniendo el calor. Se recupera la temperatura normal.

Figura 5: El proceso de regulación de temperatura en humanos es un bucle de retroalimentación negativa.

Ejemplo 2: Regulación de la presión arterial (Barorreflejo)

La presión arterial debe permanecer lo suficientemente alta como para bombear sangre a todas las partes del cuerpo, pero no tan alta como para causar daño al hacerlo. Mientras el corazón bombea, los barorreceptores detectan la presión de la sangre que pasa a través de las arterias. Si la presión es demasiado alta o demasiado baja, se envía una señal química al cerebro a través del nervio glosofaríngeo. El cerebro envía una señal química al corazón para ajustar la frecuencia de bombeo: si la presión arterial es baja, la frecuencia cardíaca aumenta, mientras que si la presión arterial es alta, la frecuencia cardíaca disminuye.

Ejemplo 3: Osmorregulación

Osmorregulación se refiere al control de la concentración de varios líquidos dentro del cuerpo, para mantener la homeostasis. Veremos de nuevo un ejemplo de un pez que vive en el océano. La concentración de sal en el agua que rodea al pescado es mucho mayor que la del líquido en el pescado. Esta agua entra en la difusión de los peces a través de las branquias, a través del consumo de alimentos y a través de la bebida. Además, debido a que la concentración de sal es mayor fuera que dentro de los peces, hay una difusión pasiva de sal en los peces y agua fuera de los peces. La concentración de sal es entonces demasiado alta en el pescado, y los iones de sal deben liberarse a través de la excreción. Esto ocurre a través de la piel y en orina muy concentrada. Además, los altos niveles de sal en la sangre se eliminan a través del transporte activo de las células secretoras de cloruro en las branquias. De este modo, se mantiene la concentración de sal correcta.

Figura 6: El proceso de osmorregulación en peces de agua salada es un bucle de retroalimentación negativa constante.

Retroalimentación positiva frente a Retroalimentación negativa

La diferencia clave entre retroalimentación positiva y negativa es su respuesta al cambio: la retroalimentación positiva amplifica el cambio mientras que la retroalimentación negativa reduce el cambio. Esto significa que la retroalimentación positiva dará como resultado más producto: más manzanas, más contracciones o más plaquetas coagulantes. La retroalimentación negativa resultará en menos producto: menos calor, menos presión o menos sal. La retroalimentación positiva se aleja de un punto objetivo, mientras que la retroalimentación negativa se mueve hacia un objetivo.

¿Por qué es importante la retroalimentación?

Sin retroalimentación, la homeostasis no puede ocurrir. Esto significa que un organismo pierde la capacidad de autorregularse. Los mecanismos de retroalimentación negativa son más comunes en la homeostasis, pero los bucles de retroalimentación positiva también son importantes. Los cambios en los bucles de retroalimentación pueden llevar a varios problemas, incluida la diabetes mellitus.

Figura 7: En un ciclo normal de glucosa, los aumentos en los niveles de glucosa en sangre detectados por el páncreas harán que las células beta del páncreas secreten insulina hasta que se alcancen los niveles normales de glucosa en sangre. Mientras que si se detectan niveles bajos de glucosa en sangre, las células alfa del páncreas liberarán glucagón para elevar los niveles de glucosa en sangre hasta que sean normales.

En la diabetes tipo 1, las células beta no funcionan. Esto significa que cuando los niveles de glucosa en sangre aumentan, la producción de insulina no se activa, por lo que los niveles de glucosa en sangre continúan subiendo. Esto puede provocar síntomas como visión borrosa, pérdida de peso, hiperventilación, náuseas y vómitos, entre otros. En la diabetes tipo 2, se han producido niveles crónicos altos de glucosa en sangre como resultado de una dieta deficiente y la falta de ejercicio. Esto hace que las células ya no reconozcan la insulina, por lo que los niveles de glucosa en sangre continúan aumentando.

Envolver Bucles de Retroalimentación Positiva y Negativa

Los bucles de retroalimentación son mecanismos biológicos mediante los cuales se mantiene la homeostasis. Esto ocurre cuando el producto o salida de un evento o reacción cambia la respuesta del organismo a esa reacción. La retroalimentación positiva se produce para aumentar el cambio o la salida: el resultado de una reacción se amplifica para que ocurra más rápidamente. La retroalimentación negativa se produce para reducir el cambio o la salida: el resultado de una reacción se reduce para devolver el sistema a un estado estable. Algunos ejemplos de retroalimentación positiva son las contracciones en el parto y la maduración de la fruta; los ejemplos de retroalimentación negativa incluyen la regulación de los niveles de glucosa en sangre y la osmorregulación.

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