Feedback-ul este definit ca informațiile obținute despre o reacție la un produs, care va permite modificarea produsului. Buclele de Feedback sunt, prin urmare, procesul prin care o modificare a sistemului are ca rezultat o alarmă care va declanșa un anumit rezultat. Acest rezultat va crește fie schimbarea sistemului, fie îl va reduce pentru a readuce sistemul la normal. Rămân câteva întrebări: cum funcționează aceste sisteme? Ce este un feedback pozitiv? Ce este feedback-ul negativ? Unde găsim aceste sisteme în natură?

sistemele biologice funcționează pe un mecanism de intrări și ieșiri, fiecare cauzat și provocând un anumit eveniment. O buclă de feedback este un eveniment biologic în care ieșirea unui sistem amplifică sistemul (feedback pozitiv) sau inhibă sistemul (feedback negativ). Buclele de Feedback sunt importante deoarece permit organismelor vii să mențină homeostazia. Homeostazia este mecanismul care ne permite să ne menținem mediul intern relativ constant – nu prea cald sau prea rece, nu prea flămând sau obosit. Nivelul de energie de care are nevoie un organism pentru a menține homeostazia depinde de tipul de organism, precum și de mediul în care locuiește. De exemplu, un pește cu sânge rece își menține temperatura la același nivel cu apa din jurul său și, prin urmare, nu trebuie să-și controleze temperatura internă. Comparați acest lucru cu o balenă cu sânge cald în același mediu: trebuie să-și mențină temperatura corpului mai mare decât cea a apei din jurul său și astfel va consuma mai multă energie în reglarea temperaturii. Aceasta este o diferență între ectoterme și endoterme: o ectotermă folosește temperatura mediului pentru a-și controla temperatura internă (de exemplu, reptile, amfibieni și pești), în timp ce o endotermă folosește homeostazia pentru a-și menține temperatura internă. Endotermele își pot menține metabolismul la o rată constantă, permițând mișcări, reacții și procese interne constante, în timp ce ectotermele nu își pot menține metabolismul la o rată constantă. Aceasta înseamnă că mișcarea, reacția și procesele lor interne depind de căldura externă adecvată, dar înseamnă, de asemenea, că necesită mai puțină energie sub formă de alimente, deoarece corpurile lor nu ard constant combustibil.

buclele de Feedback pot apărea, de asemenea, într-o măsură mai mare: la nivel de ecosistem, se menține o formă de homeostazie. Un bun exemplu în acest sens este în ciclul populațiilor de prădători și pradă: un boom al populației de pradă va însemna mai multă hrană pentru prădători, ceea ce va crește numărul prădătorilor. Acest lucru va duce apoi la prădare excesivă, iar populația de pradă va scădea din nou. Populația de prădători va scădea ca răspuns, eliberând presiunea asupra populației de pradă și permițându-i să revină. A se vedea figura 1. Un alt exemplu este ceea ce este cunoscut sub numele de „cursa înarmărilor evolutive”, în care un prădător și prada sa încearcă continuu să concureze între ei. O astfel de relație este cea a păsărilor nectarivore și a florilor cu care se hrănesc. Păsările evoluează ciocuri lungi pentru a avea acces la nectarul din floare. Ca răspuns, floarea dezvoltă o formă de trompetă mai lungă și mai lungă, în încercarea de a împiedica pasărea să ajungă la nectar. Pasărea răspunde dezvoltând un cioc și mai lung. Și așa continuă.

sursa imaginii: Wikimedia Commons

Figura 1: tendințele populației de prădător și pradă.

bucle de Feedback pozitiv

o buclă de feedback pozitiv apare în natură atunci când produsul unei reacții duce la o creștere a acelei reacții. Dacă ne uităm la un sistem în homeostazie, o buclă de feedback pozitiv mută un sistem mai departe de ținta echilibrului. Face acest lucru prin amplificarea efectelor unui produs sau eveniment și apare atunci când ceva trebuie să se întâmple rapid.

Exemplul 1: maturarea fructelor

există un efect surprinzător în natură în care un copac sau un tufiș își va coace brusc toate fructele sau legumele, fără niciun semnal vizibil. Acesta este primul nostru exemplu de buclă de feedback biologic pozitiv. Dacă ne uităm la un măr, cu multe mere, aparent peste noapte, toate merg de la necoapte la coapte până la coapte. Acest lucru va începe cu primul măr care se coace. Odată copt, degajă un gaz cunoscut sub numele de etilenă (C2H4) prin piele. Când sunt expuse la acest gaz, merele din apropierea acestuia se coacă. Odată coapte, și ele produc etilenă, care continuă să coacă restul copacului într-un efect la fel ca un val. Această buclă de feedback este adesea utilizată în producția de fructe, merele fiind expuse la gazul etilenic fabricat pentru a le face să se coacă mai repede.

Figura 2: procesul de maturare a merelor este o buclă de feedback pozitiv.

Exemplul 2: nașterea

când începe travaliul, capul copilului este împins în jos și are ca rezultat o presiune crescută asupra colului uterin. Acest lucru stimulează celulele receptorilor să trimită un semnal chimic către creier, permițând eliberarea oxitocinei. Această oxitocină se difuzează la colul uterin prin sânge, unde a stimulat contracțiile ulterioare. Aceste contracții stimulează eliberarea ulterioară de oxitocină până la nașterea bebelușului.

Figura 3: contracțiile experimentate la naștere apar ca urmare a unei bucle de feedback pozitiv.

Exemplul 3: coagularea sângelui

când țesutul este rupt sau rănit, se eliberează o substanță chimică. Această substanță chimică determină activarea trombocitelor din sânge. Odată ce aceste trombocite s-au activat, ele eliberează o substanță chimică care semnalează mai multe trombocite pentru a activa, până când rana este coagulată.

Figura 4: procesul de coagulare a plăgilor este o buclă de feedback pozitiv.

bucle de Feedback negativ

o buclă de feedback negativ apare în biologie atunci când produsul unei reacții duce la o scădere a acelei reacții. În acest fel, o buclă de feedback negativ aduce un sistem mai aproape de o țintă de stabilitate sau homeostazie. Buclele de feedback negativ sunt responsabile pentru stabilizarea unui sistem și asigură menținerea unei stări stabile și stabile. Răspunsul mecanismului de reglare este opus ieșirii evenimentului.

Exemplul 1: reglarea temperaturii

reglarea temperaturii la om are loc constant. Temperatura normală a corpului uman este de aproximativ 98,6% F. Când temperatura corpului crește peste aceasta, două mecanisme încep să transpire în organism și apare vasodilatația pentru a permite expunerea mai mare a suprafeței sângelui la mediul extern mai rece. Pe măsură ce transpirația se răcește, provoacă răcire prin evaporare, în timp ce vasele de sânge provoacă răcire convectivă. Temperatura normală este redobândită. Dacă aceste mecanisme de răcire continuă, corpul va deveni rece. Mecanismele care apoi lovi cu piciorul în sunt formarea de pielea de găină, și vasoconstricție. Goosebumps la alte mamifere ridică părul sau blana, permițând reținerea mai multă căldură. La om, ele strâng pielea înconjurătoare, reducând (ușor) suprafața din care să piardă căldura. Vasoconstricția asigură că doar o suprafață mică a venelor este expusă la temperatura exterioară mai rece, păstrând căldura. Temperatura normală este redobândită.

Figura 5: Procesul de reglare a temperaturii la om este o buclă de feedback negativ.

Exemplul 2: reglarea tensiunii arteriale (Baroreflex)

tensiunea arterială trebuie să rămână suficient de mare pentru a pompa sânge în toate părțile corpului, dar nu atât de mare încât să provoace daune în timp ce faceți acest lucru. În timp ce inima pompează, baroreceptorii detectează presiunea sângelui care trece prin artere. Dacă presiunea este prea mare sau prea mică, un semnal chimic este trimis creierului prin nervul glosofaringian. Creierul trimite apoi un semnal chimic inimii pentru a regla rata de pompare: dacă tensiunea arterială este scăzută, ritmul cardiac crește, în timp ce dacă tensiunea arterială este ridicată, ritmul cardiac scade.

Exemplul 3: Osmoreglarea

Osmoregularea se referă la controlul concentrației diferitelor lichide din organism, pentru a menține homeostazia. Ne vom uita din nou la un exemplu de pește, care trăiește în ocean. Concentrația de sare din apa care înconjoară peștele este mult mai mare decât cea a lichidului din pește. Această apă intră în difuzia peștilor prin branhii, prin consumul de alimente și prin băut. De asemenea, deoarece concentrația de sare este mai mare în exterior decât în interiorul peștilor, există o difuzie pasivă a sării în pește și apă din pește. Concentrația de sare este apoi prea mare în pește, iar ionii de sare trebuie eliberați prin excreție. Acest lucru se întâmplă prin piele și în urină foarte concentrată. În plus, nivelurile ridicate de sare din sânge sunt îndepărtate prin transport activ de către celulele secretoare de clorură din branhii. Concentrația corectă de sare este astfel menținută.

Figura 6: procesul de osmoreglare la peștii de apă sărată este o buclă constantă de feedback negativ.

feedback pozitiv vs.negativ

diferența cheie dintre feedback-ul pozitiv și negativ este răspunsul lor la schimbare: feedback-ul pozitiv amplifică schimbarea, în timp ce feedback-ul negativ reduce schimbarea. Aceasta înseamnă că feedback-ul pozitiv va duce la mai mult produs: mai multe mere, mai multe contracții sau mai multe trombocite care coagulează. Feedback-ul negativ va duce la mai puțin produs: mai puțină căldură, mai puțină presiune sau mai puțină sare. Feedback-ul pozitiv se îndepărtează de un punct țintă, în timp ce feedback-ul negativ se îndreaptă spre o țintă.

De ce este important Feedback-ul?

fără feedback, homeostazia nu poate apărea. Aceasta înseamnă că un organism își pierde capacitatea de a-și autoregla corpul. Mecanismele de feedback negativ sunt mai frecvente în homeostazie, dar buclele de feedback pozitiv sunt, de asemenea, importante. Modificările buclelor de feedback pot duce la diverse probleme, inclusiv diabetul zaharat.

Figura 7: într-un ciclu normal al glucozei, creșterile nivelurilor de glucoză din sânge detectate de pancreas vor determina celulele beta ale pancreasului să secrete insulină până la atingerea nivelurilor normale de glucoză din sânge. În timp ce dacă sunt detectate niveluri scăzute de glucoză din sânge, celulele alfa ale pancreasului vor elibera glucagon pentru a crește nivelul glicemiei pentru a fi normal.

în diabetul de tip 1, celulele beta nu funcționează. Aceasta înseamnă că atunci când nivelul glicemiei crește, producția de insulină nu este declanșată, astfel încât nivelul glicemiei continuă să crească. Acest lucru poate duce la simptome precum vedere încețoșată, scădere în greutate, hiperventilație, greață și vărsături, printre altele. În diabetul de tip 2, nivelurile cronice ridicate de glucoză din sânge au apărut ca urmare a unei diete proaste și a lipsei de exerciții fizice. Acest lucru duce la faptul că celulele nu mai recunosc insulina și, prin urmare, nivelul glicemiei continuă să crească.

înfășurarea buclelor de Feedback pozitive și Negative

buclele de Feedback sunt mecanisme biologice prin care homeostazia este menținută. Acest lucru se întâmplă atunci când produsul sau rezultatul unui eveniment sau reacție modifică răspunsul organismului la acea reacție. Feedback-ul pozitiv apare pentru a crește schimbarea sau ieșirea: rezultatul unei reacții este amplificat pentru a face să apară mai repede. Feedback-ul negativ are loc pentru a reduce schimbarea sau ieșirea: rezultatul unei reacții este redus pentru a readuce sistemul la o stare stabilă. Câteva exemple de feedback pozitiv sunt contracțiile la nașterea copilului și maturarea fructelor; exemplele de feedback negativ includ reglarea nivelului de glucoză din sânge și osmoreglarea.

Privind pentru practica Biologie?

începeți pregătirea pentru biologie cu Albert. Începeți astăzi pregătirea pentru examenul AP.