a visszacsatolás a termékre adott reakcióval kapcsolatos információ, amely lehetővé teszi a termék módosítását. A visszacsatolási hurkok tehát az a folyamat, amelynek során a rendszer megváltoztatása riasztást eredményez, amely bizonyos eredményt vált ki. Ez az eredmény vagy növeli a rendszer változását, vagy csökkenti azt, hogy a rendszer visszatérjen a normális szintre. Néhány kérdés marad: hogyan működnek ezek a rendszerek? Mi a pozitív visszajelzés? Mi a negatív visszajelzés? Hol találjuk ezeket a rendszereket a természetben?

a biológiai rendszerek a bemenetek és kimenetek mechanizmusán működnek, amelyek mindegyikét egy bizonyos esemény okozza és okozza. A visszacsatolási hurok olyan biológiai esemény, amelyben a rendszer kimenete felerősíti a rendszert (pozitív visszacsatolás) vagy gátolja a rendszert (negatív visszacsatolás). A visszacsatolási hurkok azért fontosak, mert lehetővé teszik az élő szervezetek számára a homeosztázis fenntartását. A homeosztázis az a mechanizmus, amely lehetővé teszi számunkra, hogy belső környezetünket viszonylag állandó állapotban tartsuk – nem túl meleg vagy túl hideg, nem túl éhes vagy fáradt. A szervezet által a homeosztázis fenntartásához szükséges energia szintje a szervezet típusától, valamint az általa lakott környezettől függ. Például egy hidegvérű hal a hőmérsékletét ugyanolyan szinten tartja, mint a körülötte lévő víz, ezért nem kell ellenőriznie a belső hőmérsékletét. Hasonlítsa össze ezt egy melegvérű bálnával ugyanabban a környezetben: testhőmérsékletét magasabbra kell tartania, mint a körülötte lévő vízé, így több energiát fog költeni a hőmérsékletszabályozásban. Ez a különbség az ectotherms és az endotherms között: az ectotherm a környezeti hőmérsékletet használja belső hőmérsékletének szabályozására (például hüllők, kétéltűek és halak), míg az endotherm homeosztázist használ belső hőmérsékletének fenntartásához. Az endothermák állandó sebességgel képesek fenntartani anyagcseréjüket, lehetővé téve az állandó mozgást, reakciót és belső folyamatokat, míg az ectotherms nem képes állandó sebességgel fenntartani anyagcseréjüket. Ez azt jelenti, hogy mozgásuk, reakciójuk és belső folyamataik a megfelelő külső hőtől függenek, de azt is jelenti, hogy kevesebb energiát igényelnek élelmiszer formájában, mivel testük nem folyamatosan égeti az üzemanyagot.

a visszacsatolási hurkok nagyobb mértékben is előfordulhatnak: az ökoszisztéma szintjén a homeosztázis egy formája megmarad. Jó példa erre a ragadozó-és zsákmánypopulációk ciklusa: a zsákmányállatok fellendülése több élelmet jelent a ragadozók számára, ami növeli a ragadozók számát. Ez aztán túlzott predációhoz vezet, és a zsákmányállatok száma ismét csökkenni fog. A ragadozó populáció válaszlépésként csökkenni fog, felszabadítva a ragadozó populációra nehezedő nyomást, és lehetővé téve, hogy visszapattan. Lásd az 1. ábrát. Egy másik példa az úgynevezett “evolúciós fegyverkezési verseny”, amelyben egy ragadozó és zsákmánya folyamatosan próbál versenyezni egymással. Az egyik ilyen kapcsolat a nektarivoros madarak és a virágok, amelyeken táplálkoznak. A madarak hosszú csőröket fejlesztenek ki, hogy hozzáférjenek a virágon belüli nektárhoz. Válaszul a virág egyre hosszabb trombitaszerű alakot alakít ki, hogy megakadályozza a madár nektárhoz jutását. A madár még hosszabb csőr kifejlesztésével reagál. És így folytatódik.

kép forrása: Wikimedia Commons

1.ábra: a ragadozó és zsákmány populációjának alakulása.

pozitív visszacsatolási hurkok

pozitív visszacsatolási hurok fordul elő a természetben, amikor egy reakció terméke a reakció növekedéséhez vezet. Ha megnézzük a rendszer homeosztázis, pozitív visszacsatolás hurok mozog a rendszer távolabb a cél az egyensúly. Ezt úgy teszi, hogy felerősíti egy termék vagy esemény hatásait, és akkor fordul elő, amikor valaminek gyorsan meg kell történnie.

1. példa: gyümölcsérés

meglepő hatás van a természetben, amikor egy fa vagy bokor hirtelen megérik az összes gyümölcsét vagy zöldségeit, látható jel nélkül. Ez az első példa a pozitív biológiai visszacsatolási hurokra. Ha megnézzük egy almafa, sok alma, látszólag egyik napról a másikra mindannyian megy éretlen Érett túlérett. Ez az első almával kezdődik, amely megérik. Miután érett, a bőrön keresztül etilén (C2H4) néven ismert gázt bocsát ki. Ha ennek a gáznak van kitéve, a közelben lévő alma is érlelődik. Miután érett, ők is termelnek etilént, amely továbbra is érik a többi fa hatása, mint egy hullám. Ezt a visszacsatolási hurkot gyakran használják a gyümölcstermesztésben,mivel az almákat gyártott etiléngáznak teszik ki, hogy gyorsabban érjenek.

2.ábra: az alma érési folyamata pozitív visszacsatolási hurok.

2. példa: szülés

amikor a szülés megkezdődik, a baba fejét lefelé tolják, ami fokozott nyomást gyakorol a méhnyakra. Ez serkenti a receptorsejteket, hogy kémiai jelet küldjenek az agynak, lehetővé téve az oxitocin felszabadulását. Ez az oxitocin a véren keresztül diffundál a méhnyakra, ahol további összehúzódásokat stimulált. Ezek a összehúzódások stimulálják az oxitocin további felszabadulását, amíg a baba meg nem születik.

3.ábra: a szülés során tapasztalt összehúzódások pozitív visszacsatolási hurok eredményeként jönnek létre.

3. példa: véralvadás

Ha a szövet szakadt vagy sérült, egy vegyi anyag szabadul fel. Ez a vegyi anyag aktiválja a vérlemezkéket a vérben. Amint ezek a vérlemezkék aktiválódnak, felszabadítanak egy vegyi anyagot, amely több vérlemezkéket jelez aktiválni, amíg a seb meg nem csomósodik.

4. ábra: a seb alvadási folyamata pozitív visszacsatolási hurok.

negatív visszacsatolási hurkok

negatív visszacsatolási hurok fordul elő a biológiában, amikor egy reakció terméke ennek a reakciónak a csökkenéséhez vezet. Ily módon a negatív visszacsatolási hurok közelebb hozza a rendszert a stabilitás vagy a homeosztázis céljához. A negatív visszacsatolási hurkok felelősek a rendszer stabilizálásáért, valamint biztosítják a stabil, stabil állapot fenntartását. A szabályozó mechanizmus válasza ellentétes az esemény kimenetével.

1. példa: a hőmérsékletszabályozás

az emberek Hőmérsékletszabályozása folyamatosan történik. Normál emberi test hőmérséklete körülbelül 98,6°F. amikor a testhőmérséklet fölé emelkedik ez, két mechanizmus rúg a szervezetben kezd izzadni, és értágulat történik, hogy több, a vér felszínén, hogy ki legyen téve a hűvösebb külső környezet. Ahogy a verejték lehűl, párolgási hűtést okoz, míg az erek konvektív hűtést okoznak. A normál hőmérséklet visszanyerte. Ha ezek a hűtési mechanizmusok folytatódnak, a test hideg lesz. Az ezt követő mechanizmusok a libabőrösödés és az érszűkület kialakulása. Más emlősök Goosebumps emeli a hajat vagy a szőrzetet, lehetővé téve a több hő megőrzését. Emberben meghúzzák a környező bőrt, csökkentve (kissé) azt a felületet, ahonnan hőt veszít. Az érösszehúzódás biztosítja, hogy a vénáknak csak egy kis felülete legyen kitéve a hűvösebb külső hőmérsékletnek, megtartva a hőt. A normál hőmérséklet visszanyerte.

5.ábra: az emberi hőmérsékletszabályozás folyamata negatív visszacsatolási hurok.

2. példa: Vérnyomásszabályozás (Baroreflex)

a vérnyomásnak elég magasnak kell maradnia ahhoz, hogy a vért a test minden részébe pumpálja, de nem olyan magas, hogy károsodást okozzon. Miközben a szív pumpál, a baroreceptorok észlelik az artériákon áthaladó vér nyomását. Ha a nyomás túl magas vagy túl alacsony, kémiai jelet küld az agynak a glossopharyngealis idegen keresztül. Az agy ezután kémiai jelet küld a szívnek a szivattyúzás sebességének beállításához: ha a vérnyomás alacsony, a pulzusszám nő, míg ha a vérnyomás magas, a pulzusszám csökken.

3. példa: Ozmoreguláció

az Ozmoreguláció a különböző folyadékok koncentrációjának szabályozására utal a szervezetben, a homeosztázis fenntartása érdekében. Ismét megnézzük az óceánban élő halak példáját. A só koncentrációja a halat körülvevő vízben sokkal magasabb, mint a halban lévő folyadéké. Ez a víz a kopoltyúkon keresztül jut be a halba, az élelmiszer-fogyasztás és az ivás révén. Továbbá, mivel a só koncentrációja kívül nagyobb, mint a hal belsejében, a sónak passzív diffúziója van a halba és a vízből a halból. A sókoncentráció ezután túl magas a halban, a sóionokat pedig a kiválasztáson keresztül kell felszabadítani. Ez a bőrön keresztül, nagyon koncentrált vizeletben történik. Ezenkívül a vér magas sótartalmát a kopoltyúkban lévő klorid-szekréciós sejtek aktív szállításával távolítják el. Így a helyes sókoncentráció megmarad.

6.ábra: a sósvízi halakban az ozmoreguláció folyamata állandó negatív visszacsatolási hurok.

pozitív vs. negatív visszacsatolás

a pozitív és a negatív visszacsatolás közötti legfontosabb különbség a változásra adott válasz: a pozitív visszacsatolás felerősíti a változást, míg a negatív visszacsatolás csökkenti a változást. Ez azt jelenti, hogy a pozitív visszacsatolás több terméket eredményez: több almát, több összehúzódást vagy több véralvadási vérlemezkét. A negatív visszacsatolás kevesebb terméket eredményez: kevesebb hő, kevesebb nyomás vagy kevesebb só. A pozitív visszajelzés távolodik a célponttól, míg a negatív visszacsatolás a cél felé mozog.

miért fontos a visszajelzés?

visszacsatolás nélkül a homeosztázis nem fordulhat elő. Ez azt jelenti, hogy egy szervezet elveszíti a test önszabályozásának képességét. A negatív visszacsatolási mechanizmusok gyakoribbak a homeosztázisban, de a pozitív visszacsatolási hurkok is fontosak. A visszacsatolási hurkok változásai különböző kérdésekhez vezethetnek, beleértve a cukorbetegséget is.

7.ábra: normál glükózciklus esetén a hasnyálmirigy által kimutatott vércukorszint növekedése a hasnyálmirigy béta-sejtjeiben az inzulint választja ki, amíg a normál vércukorszint el nem éri. Míg ha alacsony vércukorszintet észlelnek, a hasnyálmirigy alfa-sejtjei felszabadítják a glukagont, hogy a vércukorszint normális legyen.

1-es típusú cukorbetegségben a béta-sejtek nem működnek. Ez azt jelenti, hogy amikor a vércukorszint emelkedik, az inzulin termelés nem indul el, így a vércukorszint továbbra is emelkedik. Ez többek között olyan tüneteket okozhat, mint a homályos látás, a fogyás, a hiperventiláció, az émelygés és a hányás. A 2-es típusú cukorbetegségben krónikus magas vércukorszint alakult ki a rossz táplálkozás és a testmozgás hiánya miatt. Ez azt eredményezi, hogy a sejtek már nem ismerik fel az inzulint, így a vércukorszint tovább emelkedik.

A pozitív és negatív visszacsatolási hurkok

visszacsatolási hurkok olyan biológiai mechanizmusok, amelyek révén a homeosztázis megmarad. Ez akkor fordul elő, amikor egy esemény vagy reakció terméke vagy kimenete megváltoztatja a szervezet válaszát erre a reakcióra. A pozitív visszacsatolás növeli a változást vagy a kimenetet: a reakció eredménye felerősödik, hogy gyorsabban megtörténjen. Negatív visszacsatolás történik a változás vagy a kimenet csökkentése érdekében: a reakció eredménye csökken, hogy a rendszer stabil állapotba kerüljön. A pozitív visszacsatolás néhány példája a gyermek születésének összehúzódása és a gyümölcs érése; a negatív visszacsatolási példák közé tartozik a vércukorszint szabályozása és az ozmoreguláció.

biológiai gyakorlatot keres?

indítsa el a biológia prep Albert. Indítsa el az AP® vizsga előkészítését ma.