Feedback er definert som informasjonen som er oppnådd om en reaksjon på et produkt, som vil tillate endring av produktet. Feedback loops er derfor prosessen der en endring i systemet resulterer i en alarm som vil utløse et bestemt resultat. Dette resultatet vil enten øke endringen i systemet eller redusere det for å få systemet tilbake til normalt. Noen spørsmål gjenstår: Hvordan fungerer disse systemene? Hva er en positiv tilbakemelding? Hva er negativ tilbakemelding? Hvor finner vi disse systemene i naturen?Biologiske systemer opererer på en mekanisme av innganger og utganger, hver forårsaket av og forårsaker en bestemt hendelse. En feedback loop er en biologisk forekomst hvor resultatet av et system forsterker systemet (positiv feedback) eller hemmer systemet (negativ feedback). Tilbakemeldingsløkker er viktige fordi de tillater levende organismer å opprettholde homeostase. Homeostase er mekanismen som gjør det mulig for oss å holde vårt indre miljø relativt konstant – ikke for varmt eller for kaldt, ikke for sulten eller trøtt. Nivået på energi som en organisme trenger for å opprettholde homeostase, avhenger av typen organisme, så vel som miljøet den beboer. For eksempel holder en kaldblodig fisk temperaturen på samme nivå som vannet rundt den, og trenger derfor ikke å kontrollere sin indre temperatur. Sammenlign dette med en varmblodig hval i samme miljø: den må holde kroppstemperaturen høyere enn vannet rundt den, og det vil derfor bruke mer energi i temperaturregulering. Forskjellen mellom ektotermier og endotermier: en ektoterm bruker miljøtemperaturen til å kontrollere sin indre temperatur (f. eks. reptiler, amfibier og fisk), mens en endoterm bruker homeostase for å opprettholde sin indre temperatur. Endotermer kan opprettholde sin metabolisme med en konstant hastighet, slik at konstant bevegelse, reaksjon og interne prosesser, mens ektotermene ikke kan opprettholde sin metabolisme med en konstant hastighet. Dette betyr at deres bevegelse, reaksjon og interne prosesser er avhengig av tilstrekkelig ekstern varme, men det betyr også at de krever mindre energi i form av mat, da kroppene deres ikke brenner konstant drivstoff.

Tilbakemeldingsløkker kan også forekomme i større grad: på økosystemnivå opprettholdes en form for homeostase. Et godt eksempel på dette er i syklusen av rovdyr og byttedyr: en boom i byttebestanden vil bety mer mat for rovdyr, som vil øke rovdyr tall. Dette vil da føre til over predasjon, og byttebestanden vil igjen avta. Rovdyrbestanden vil avta som svar, frigjøre presset på byttebestanden og la den sprette tilbake. Se figur 1. Et annet eksempel er det som er kjent som «evolusjonære våpenkappløpet», der en rovdyr og dens byttedyr kontinuerlig prøver å konkurrere med hverandre. Et slikt forhold er det av nektarivorøse fugler og blomstene de spiser på. Fuglene utvikler lange nebber for å få tilgang til nektar i blomsten. Som svar utvikler blomsten en lengre og lengre trompetlignende form, i et forsøk på å hindre fuglen i å komme til nektar. Fuglen reagerer ved å utvikle en enda lengre nebb. Og slik fortsetter det.

Bildekilde: Wikimedia Commons

Figur 1: befolkningstrender av rovdyr og byttedyr.

Positive Feedback Loops

en positiv feedback loop oppstår i naturen når produktet av en reaksjon fører til en økning i den reaksjonen. Hvis vi ser på et system i homeostase, beveger en positiv tilbakemeldingsløyfe et system lenger bort fra målet om likevekt. Det gjør dette ved å forsterke effekten av et produkt eller en hendelse og oppstår når noe må skje raskt.

Eksempel 1: Fruktmodning

det er en overraskende effekt i naturen hvor et tre eller en busk plutselig vil modne all sin frukt eller grønnsaker uten noe synlig signal. Dette er vårt første eksempel på en positiv biologisk feedback loop. Hvis vi ser på et epletre, med mange epler, tilsynelatende over natten, går de alle fra umodne til modne til overfylte. Dette vil begynne med det første eplet å modne. Når den er moden, avgir den en gass kjent som etylen (C2H4) gjennom huden. Når de blir utsatt for denne gassen, modner eplene i nærheten av det også. Når de er modne, produserer de også etylen, som fortsetter å modne resten av treet i en effekt som en bølge. Denne tilbakemeldingssløyfen brukes ofte i fruktproduksjon, med epler utsatt for produsert etylengass for å gjøre dem modne raskere.

Figur 2: prosessen med epler modning er en positiv tilbakemeldingssløyfe.

Eksempel 2: Fødsel

når arbeidet begynner, skyves babyens hode nedover og resulterer i økt trykk på livmorhalsen. Dette stimulerer reseptorceller til å sende et kjemisk signal til hjernen, slik at frigjøring av oksytocin. Dette oksytocin diffunderer til livmorhalsen via blodet, hvor det stimulerte ytterligere sammentrekninger. Disse sammentrekningene stimulerer ytterligere oksytocinutslipp til barnet er født.

Figur 3: sammentrekningene som oppleves i fødsel, oppstår som et resultat av en positiv tilbakemeldingssløyfe.

Eksempel 3: Blodpropp

når vev er revet eller skadet, frigjøres et kjemikalie. Dette kjemikaliet forårsaker blodplater i blodet for å aktivere. Når disse blodplater har aktivert, slipper de et kjemikalie som signaliserer flere blodplater for å aktivere, til såret er clotted.

Figur 4: prosessen med sårkoagulering er en positiv tilbakemeldingssløyfe.

Negative Feedback Loops

en negativ feedback loop oppstår i biologi når produktet av en reaksjon fører til en reduksjon i den reaksjonen. På denne måten bringer en negativ tilbakemeldingsløkke et system nærmere et mål for stabilitet eller homeostase. Negative tilbakemeldingsløkker er ansvarlige for stabilisering av et system, og sikrer vedlikehold av en jevn, stabil tilstand. Responsen til reguleringsmekanismen er motsatt til utgangen av arrangementet.

Eksempel 1: Temperaturregulering

Temperaturregulering hos mennesker skjer konstant. Normal kroppstemperatur er omtrent 98,6°F. når kroppstemperaturen stiger over dette, begynner to mekanismer å svette i kroppen, og vasodilasjon oppstår for å tillate mer av blodoverflaten å bli utsatt for det kjøligere ytre miljøet. Når svetten avkjøles, forårsaker det fordampningskjøling, mens blodkarene forårsaker konvektiv kjøling. Normal temperatur gjenvinnes. Skulle disse kjølemekanismer fortsette, vil kroppen bli kald. Mekanismene som deretter sparker inn er dannelsen av gåsebud og vasokonstriksjon. Goosebumps i andre pattedyr øker håret eller pelsen, slik at mer varme kan beholdes. Hos mennesker strammer de den omkringliggende huden, reduserer (litt) overflaten for å miste varme. Vasokonstriksjon sikrer at bare et lite overflateareal av venene blir utsatt for kjøligere utetemperatur, og beholder varmen. Normal temperatur gjenvinnes.

Figur 5: prosessen med temperaturregulering hos mennesker er en negativ tilbakemeldingssløyfe.

Eksempel 2: Blodtrykksregulering (Baroreflex)

Blodtrykket må forbli høyt nok til å pumpe blod til alle deler av kroppen, men ikke så høyt som å forårsake skade mens du gjør det. Mens hjertet pumper, oppdager baroreceptorer trykket i blodet som går gjennom arteriene. Hvis trykket er for høyt eller for lavt, sendes et kjemisk signal til hjernen via glossopharyngeal nerve. Hjernen sender deretter et kjemisk signal til hjertet for å justere pumpehastigheten: hvis blodtrykket er lavt, øker hjertefrekvensen, mens hvis blodtrykket er høyt, reduseres hjertefrekvensen.

Eksempel 3: Osmoregulering

Osmoregulering refererer til kontroll av konsentrasjonen av forskjellige væsker i kroppen, for å opprettholde homeostase. Vi vil igjen se på et eksempel på en fisk, bor i havet. Konsentrasjonen av salt i vannet rundt fisken er mye høyere enn for væsken i fisken. Dette vannet kommer inn i fiskediffusjonen gjennom gjellene, gjennom matforbruk og gjennom drikking. Også fordi konsentrasjonen av salt er høyere ute enn inne i fisken, er det passiv diffusjon av salt i fisken og vann ut av fisken. Saltkonsentrasjonen er da for høy i fisken, og saltioner må frigjøres ved utskillelse. Dette skjer via huden, og i svært konsentrert urin. I tillegg fjernes høye saltnivåer i blodet via aktiv transport av kloridsekretoriske celler i gjellene. Den riktige saltkonsentrasjonen opprettholdes således.

Figur 6: prosessen med osmoregulering i saltvannsfisk er en konstant negativ tilbakemeldingssløyfe.

Positiv vs. Negativ Tilbakemelding

hovedforskjellen mellom positiv og negativ tilbakemelding er deres respons på endring: positiv tilbakemelding forsterker endring mens negativ tilbakemelding reduserer endring. Dette betyr at positiv tilbakemelding vil resultere i mer av et produkt: flere epler, flere sammentrekninger eller flere koagulerende blodplater. Negativ tilbakemelding vil resultere i mindre av et produkt: mindre varme, mindre trykk eller mindre salt. Positiv tilbakemelding beveger seg bort fra et målpunkt mens negativ tilbakemelding beveger seg mot et mål.

Hvorfor Er Tilbakemelding Viktig?

uten tilbakemelding kan homeostase ikke forekomme. Dette betyr at en organisme mister evnen til å selvregulere kroppen sin. Negative tilbakemeldingsmekanismer er vanligere i homeostase, men positive tilbakemeldingsløkker er også viktige. Endringer i tilbakemeldingsløkker kan føre til ulike problemer, inkludert diabetes mellitus.

Figur 7: i en normal glukosesyklus vil økninger i blodsukkernivået som oppdages av bukspyttkjertelen resultere i at betacellene i bukspyttkjertelen utskiller insulin til normale blodsukkernivåer er nådd. Mens hvis lave blodsukkernivåer oppdages, vil alfa-cellene i bukspyttkjertelen frigjøre glukagon for å øke blodsukkernivået for å være normalt.

i type 1 diabetes virker ikke betaceller. Dette betyr at når blodsukkernivået stiger, utløses ikke insulinproduksjonen, og blodsukkernivået fortsetter å gå opp. Dette kan resultere i symptomer som sløret syn, vekttap, hyperventilering, kvalme og oppkast, blant andre. I type 2 diabetes har kronisk høyt blodsukkernivå oppstått som følge av dårlig kosthold og mangel på mosjon. Dette resulterer i at celler ikke lenger gjenkjenner insulin, og blodsukkernivået fortsetter å stige.

Innpakning Av Positive Og Negative Feedback Loops

Feedback loops er biologiske mekanismer der homeostase opprettholdes. Dette skjer når produktet eller produksjonen av en hendelse eller reaksjon endrer organismens respons på den reaksjonen. Positiv tilbakemelding skjer for å øke endringen eller utgangen: resultatet av en reaksjon forsterkes for å få det til å skje raskere. Negativ tilbakemelding skjer for å redusere endringen eller utgangen: resultatet av en reaksjon reduseres for å bringe systemet tilbake til en stabil tilstand. Noen eksempler på positiv tilbakemelding er sammentrekninger i barnets fødsel og modning av frukt; negative tilbakemeldingseksempler inkluderer regulering av blodsukkernivå og osmoregulering.

Leter Du Etter Biologi praksis?

Kickstart Din Biologi prep med Albert. Start DIN ap® eksamensforberedelse i dag.