biologie

Feedback-ul este definit ca informația câștigată despre o reacție la un produs, care va permite modificarea produsului. Buclele de feedback sunt, prin urmare, procesul prin care o modificare a sistemului duce la o alarmă care va declanșa un anumit rezultat. Acest rezultat va crește schimbarea sistemului sau o va reduce pentru a readuce sistemul la normal. Câteva întrebări rămân: Cum funcționează aceste sisteme? Ce este un feedback pozitiv? Ce este feedback-ul negativ? Unde găsim aceste sisteme în natură?

Buclele de feedback pot apărea, de asemenea, într-un grad mai mare: la nivelul ecosistemului, se menține o formă de homeostazie. Un bun exemplu în acest sens este în ciclul populațiilor de prădători și pradă: o creștere a populației de pradă va însemna mai multă hrană pentru prădători, ceea ce va crește numărul de prădători. Acest lucru va duce apoi la excedent, 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. Vezi figura 1. Un alt exemplu este ceea ce este cunoscut sub numele de „cursa înarmării evolutivă”, în care un prădător și prada sa încearcă continuu să concureze reciproc. 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 din trompetă din ce în ce mai lungă, în încercarea de a împiedica păsările să ajungă la nectar. Pasărea răspunde dezvoltând un cioc chiar mai lung. Și așa continuă.

Figura 1: Tendințele populației de prădători și pradă.

Bucle de feedback pozitiv

O buclă de feedback pozitiv apare în natură atunci când produsul unei reacții duce la o creștere a reacției respective. Dacă ne uităm la un sistem în homeostazie, o buclă de feedback pozitiv mută un sistem mai departe de ținta de echilibru. Face acest lucru amplificând efectele unui produs sau eveniment și apare atunci când ceva trebuie să se întâmple rapid.

Exemplul 1: Coacerea fructelor

Există un efect surprinzător în natură în care un copac sau 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 trec de la necoapte la coapte la coapte. Acest lucru va începe cu primul măr care se coace. Odată coapte, eliberează prin piele un gaz cunoscut sub numele de etilenă (C2H4). Când sunt expuse la acest gaz, merele de lângă acesta se coc. Odată coapte, ele produc și etilenă, care continuă să coacă restul copacului într-un efect asemănător unui 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 coacere a merelor este o buclă de feedback pozitivă.

Exemplul 2: nașterea

Când începe travaliul, capul bebelușului este împins în jos și are ca rezultat o presiune crescută asupra colului uterin. Acest lucru stimulează celulele receptoare să trimită un semnal chimic către creier, permițând eliberarea de oxitocină. Această oxitocină se difuzează către colul uterin prin sânge, unde stimulează contracții suplimentare. Aceste contracții stimulează eliberarea în continuare a oxitocinei 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, eliberează o substanță chimică care semnalizează mai multe trombocite să se activeze, până când rana este coagulată.

Figura 4: Procesul de coagulare a plăgii este o buclă de feedback pozitivă.

Bucle de feedback negativ

O buclă de feedback negativ apare în biologie atunci când produsul unei reacții duce la o scădere a reacției respective. În acest fel, o buclă de feedback negativ aduce un sistem mai aproape de o țintă de stabilitate sau homeostazie. Buclele de feedback negative sunt responsabile pentru stabilizarea unui sistem și asigură menținerea unei stări stabile și stabile. Răspunsul mecanismului de reglare este opus rezultatului 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 lovite în corp încep să transpire, iar vasodilatația are loc pentru a permite expunerea mai multă suprafață a sângelui la mediul extern mai rece. Pe măsură ce transpirația se răcește, provoacă răcirea prin evaporare, în timp ce vasele de sânge provoacă răcirea prin convecție. Temperatura normală este recâștigată. Dacă aceste mecanisme de răcire continuă, corpul va deveni rece. Mecanismele care se declanșează apoi sunt formarea de găină și vasoconstricție. Coaja de găină la alte mamifere ridică părul sau blana, permițând păstrarea mai multă căldură. La om, acestea strâng pielea înconjurătoare, reducând (ușor) suprafața din care să piardă căldura. Vasoconstricția asigură faptul că doar o mică suprafață a venelor este expusă la temperatura exterioară mai rece, reținând căldura. Temperatura normală este recâștigată.

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 către 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 către inimă 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: Osmoregulation

Osmoregularea se referă la controlul concentrației diferitelor lichide din corp, pentru a menține homeostazia. Ne vom uita din nou la un exemplu de pește, care trăiește în ocean. Concentrația de sare din apa din jurul peștelui este mult mai mare decât cea a lichidului din pește. Această apă pătrunde 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 atunci prea mare în pește, iar ionii de sare trebuie eliberați prin excreție. Acest lucru se întâmplă prin piele și în urina foarte concentrată. În plus, nivelurile ridicate de sare din sânge sunt eliminate prin transport activ de către celulele secretoare de clorură din branhii. Se menține astfel concentrația corectă de sare.

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

Vs. pozitive Feedback negativ

Diferența cheie între 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 avea ca rezultat mai mult produs: mai multe mere, mai multe contracții sau mai multe trombocite de coagulare. Feedback-ul negativ va avea ca rezultat un produs mai mic: 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 autoreglare a corpului său. 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 de glucoză, creșterea nivelului de glucoză din sânge detectată de pancreas va duce la celulele beta ale pancreasului care secretă insulină până la atingerea nivelurilor normale de glucoză din sânge. În timp ce dacă sunt detectate niveluri scăzute ale glicemiei, celulele alfa ale pancreasului vor elibera glucagon pentru a crește nivelul glicemiei la normal.

În diabetul de tip 1, celulele beta nu funcționează. Aceasta înseamnă că, atunci când nivelul glicemiei crește, producția de insulină nu este declanșată și, astfel, 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 crescute de glucoză din sânge au apărut ca urmare a unei diete slabe și a lipsei de efort. Acest lucru are ca rezultat faptul că celulele nu mai recunosc insulina și, astfel, nivelul glicemiei continuă să crească.

Încheierea buclelor de feedback pozitiv și negativ

Buclele de feedback sunt mecanisme biologice prin care homeostazia este menținută. Acest lucru se întâmplă atunci când produsul sau rezultatul unui eveniment sau reacție schimbă 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 rezultatul: rezultatul unei reacții este redus pentru a readuce sistemul într-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 osmoreglare.

În căutarea practicii de biologie?

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