Что лежит в основе гомеостаза: Что такое гомеостаз и что лежит в его основе?

Содержание

2 что такое гомеостаз и что лежит в его основе

Философский энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия . Гл. редакция: Л. Ф. Ильичёв, П. Н. Федосеев, С. М. Ковалёв, В. Г. Панов . 1983 .

ГОМЕОСТАЗ, гомеостазис (от греч. όμοιος— подобный и στύσις — состояние) — тип динамического равновесия, характерный для сложных саморегулирующихся систем и состоящий в поддержании существенно важных для сохранения системы параметров в допустимых пределах. Приближение какого-либо из таких параметров (напр., температуры тела у теплокровного организма) к критическому значению служит сигналом, после которого в действие вступают механизмы, компенсирующие это нарушение и восстанавливающие равновесие. Понятие “гомеостаз” введено в 1929 американским физиологом У. Кенноном, описавшим целый ряд гомеостатических процессов в биологическом организме. Однако еще во 2-й пол. 19 в. французский физиолог К. Берна изучал физиологические механизмы, обеспечивающие поддержание стабильности внутренней среды организма.

Он рассматривал эту стабильность как основу независимости живого организма в постоянно изменяющейся внешней среде. С появлением и распространением системно-кибернетических идей понятие “гомеостаз” начинает применяться при изучении не только биологических систем разного уровня, но и психологических, социальных, технических и др. систем для характеристики механизма регулирования и управления, действующего на основе отрицательной обратной связи. Исследование гомеостатических процессов предполагает выделение: 1) параметров, значительные изменения которых нарушают нормальное функционирование системы; 2) границ допустимого изменения этих параметров под воздействием условий внешней и внутренней среды; 3) совокупности конкретных механизмов, начинающих функционировать при выходе значений переменных за эти границы. Помимо гомеостаза при изучении сложных систем используют понятия гетеростазиса (отражающего иерархию гомеостатических систем, разделение параметров на более и менее существенные) и гомеореза (внутренних механизмов, обеспечивающих закономерное изменение существенных параметров системы в ходе ее развития).

Новая философская энциклопедия: В 4 тт. М.: Мысль . Под редакцией В. С. Стёпина . 2001 .

гомеостаз — Общий принцип саморегулирования живых организмов. Перлз настоятельно указывает на важность этого понятия в своей работе The Gestalt Approach and Eye Witness to Therapy . Краткий толковый психолого психиатрический словарь. Под ред. igisheva. 2008 … Большая психологическая энциклопедия

ГОМЕОСТАЗ — гомеостазис (от гомео. и греч. stasis неподвижность, состояние), способность биол. систем противостоять изменениям и сохранять динамич. относит, постоянство состава и свойств. Термин «Г.» предложил У. Кен нон в 1929 для характеристики состояний … Биологический энциклопедический словарь

ГОМЕОСТАЗ — ГОМЕОСТАЗ, в биологии процесс поддержания постоянных условий внутри клетки или организма независимо от внутренних или внешних изменений … Научно-технический энциклопедический словарь

Может начаться дрожание скелетных мышц, если слишком низкая температура тела.
Иной вид термогенеза включает расщеплениежиров для выделения тепла. охлаждает тело посредством испарения.

Почки выделяют мочу и регулируют уровень воды и ряда ионов в организме.

Многие из этих органов контролируются гормонами гипоталамо-гипофизарной системы.

Механизмы гомеостаза: обратная связь

Когда происходит изменение в переменных, наблюдаются два основных типа обратной связи, на которые реагирует система:

Гомеостаз: понятие, предназначение, примеры

Для нормального функционирования организма важно поддержание нормальной температуры тела, необходимого объема кислорода в легких, устойчивых показателей крови и артериального давления. За обеспечение постоянства внутренней среды человека отвечает процесс гомеостаза. В статье рассмотрим виды, механизм работы, примеры и способы восстановления.

Свойства гомеостаза

Главное свойство гомеостаза – сложная взаимосвязь в разнообразии процессов и химических реакций.

нестабильность, потому что всегда идет поиск оптимального способа адаптации к меняющимся условиям;

устремление к достижению равновесия, то есть сохранению баланса внутренней и внешней среды;

отсутствие предсказуемости, так как организм может по-разному отреагировать на резкие изменения в окружающей действительности.

Другие сферы

Понятие «гомеостаз» используется также и в других сферах.

Свойства гомеостаза

Гомеостатические системы обладают следующими свойствами:

Нестабильность системы: тестирует, каким образом ей лучше приспособиться.
Стремление к равновесию: вся внутренняя, структурная и функциональная организация систем способствует сохранению баланса.
Непредсказуемость: результирующий эффект от определённого действия зачастую может отличаться от того, который ожидался.

Примеры гомеостаза у млекопитающих:

Важно отметить, что, хотя организм находится в равновесии, его физиологическое состояние может быть динамическим. Во многих организмах наблюдаются эндогенные изменения в форме циркадного, ультрадианного и инфрадианного ритмов. Так, даже находясь в гомеостазе, температура тела, кровяное давление, частота сердечных сокращений и большинство метаболических индикаторов не всегда находятся на постоянном уровне, но изменяются в течение времени.

Научная электронная библиотека

Гомеостаз (гр. homeo – подобный, stasis – состояние) – обозначает постоянство состава внутренней среды и некоторых функций организма (кровообращения, обмена веществ, терморегуляции и т.д.). Таким образом, термин «гомеостаз» – это не просто химическое постоянство среды или физиологических свойств организма, а особая устойчивость организма в пределах «нормы». Выход колебаний среды за пределы «нормы» ведет к патологии.

Гомеостаз по существу представляет собой эволюционное наследство адаптивных свойств организма к обычным условиям внешней среды, но эти условия могут кратковременно или долговременно выходить за пределы нормы обычных условий внешней среды. Тогда явления адаптации не только восстанавливают обычные свойства внутренней среды организма, но и кратковременно изменяют активность органов, систем (учащается пульс, дыхание, повышается температура и т.д.). В итоге организм адаптируется к внешней и внутренней средам.

В ветеринарной практике под адаптацией обычно понимают приспособление организма к измененным условиям существования. Однако следует помнить, что адаптируется животное на основе механизмов гомеостаза.

В плодном периоде развития домашних коз механизмы гомеостаза почти отсутствуют, они появляются и развиваются только в постнатальном периоде и к старости ослабевают.

Непосредственно в формировании внутренней среды организма принимает участие сердечно-сосудистая система. Кровь, наряду с другими функциями, выполняет гомеостатическую функцию, доставляет к клеткам, тканям гормоны и химические вещества, таким образом, принимает участие в формировании гомеостаза (А.В. Вальдман, 1981). От химического состава внутренней среды зависит реактивность, возбудимость как отдельных органов, систем, так всего организма.

И так гомеостаз – это большая проблема для патологов, так как означает не только сохранение постоянства внутренней среды, но и ее восстановление, и приспособление к внешней среде. Сама, в сущности, болезнь представляет проблему гомеостаза, нарушение его механизмов и пути восстановления. Однако решение многих проблем гомеостаза, особенно, организма коз, еще впереди.

Какой механизм лежит в основе гомеостаза

Процесс саморегуляции основан на принципе обратной связи, которая бывает положительная и отрицательная.

Действие отрицательной направлено на реакции рецепторов на происходящие изменения и подаче команды восстановить равновесие.

Пример – терморегуляция, когда организм самостоятельно защищается от перегрева или переохлаждения.

Действие положительной направлено на усиление действия изменения и вывод организма из состояния равновесия. Случается редко, в данном случае организм может перейти в не всегда желательное состояние. Но в некоторых случаях является необходимым, например, в ускорении свертываемой функции крови при нарушении целостности кожных покровов.

Регулирование всех систем и работы органов, компенсирование изменений во внешней среде происходит за счет рецепторов, которые отправляют информацию в мозг в случае отклонения параметров от нормы. Затем организм принимает меры по приведению состояния в норму.

Как восстановить гомеостаз

Указывать на потерю устойчивости организма может появление усталости, не проходящей даже после утреннего пробуждения. Пока не проявились более серьезные нарушения, важно вернуть организм в сбалансированное состояние. Для этого необходимо:

организовать здоровое питание, с преобладанием полезных блюд в рационе – зелени, овощей и фруктов, витаминов, ограничить фастфуд, плохо перевариваемые продукты;

применять фитотерапию для очищения и восстановления организма;

пройти диагностику в поликлинике, сдать базовые анализы, по которым можно сделать выводы о состоянии здоровья и назначить дополнительные исследования.

Все представленные на сайте материалы предназначены исключительно для образовательных целей и не предназначены для медицинских консультаций, диагностики или лечения. Администрация сайта, редакторы и авторы статей не несут ответственности за любые последствия и убытки, которые могут возникнуть при использовании материалов сайта.

Что такое гомеостаз, виды, предназначение

Гомеостаз – это саморегуляция, которая происходит благодаря слаженности внутренних процессов и реакций, направленных на поддержание равновесия и постоянства внутреннего состояния.

Различают несколько разновидностей:

Генетический, отвечает за наследственную стабильность и адаптацию к изменяющейся окружающей среде.

Иммунологический, обеспечивает биологическую индивидуальность, защиту от вторгающихся чужеродных агентов.

Структурный. Это гомеостаз клетки, ткани, органа, системы органов.

Системный, который затрагивает лимфу, кровь, тканевую жидкость.

Гомеостаз выполняет в организме несколько важных функций:

поддержание баланса жидкой субстанции;

регулирование содержания различных соединений в крови, органах дыхания, зрения, пищеварения, мочевыведения и других;

поддержание обмена веществ;

Протекание гомеостатических процессов зависит от наследственного фактора и возрастных особенностей.

У младенцев и лиц пожилого возраста функции не работают в полном объеме по причине несформированности или замедления реакций.

Гомеостаз

Американский физиолог Уолтер Кеннон (Walter B. Cannon) в 1932 году в своей книге «The Wisdom of the Body» («Мудрость тела») предложил этот термин как название для «координированных физиологических процессов, которые поддерживают большинство устойчивых состояний организма». В дальнейшем этот термин распространился на способность динамически сохранять постоянство своего внутреннего состояния любой открытой системы. Однако представление о постоянстве внутренней среды было сформулировано ещё в 1878 году французским учёным Клодом Бернаром.

Общие сведения

Термин «гомеостаз» чаще всего применяется в биологии. Многоклеточным организмам для существования необходимо сохранять постоянство внутренней среды. Многие экологи убеждены, что этот принцип применим также и к внешней среде. Если система неспособна восстановить свой баланс, она может в итоге перестать функционировать.

Примеры гомеостаза у человека

Чтобы лучше понять, что такое гомеостаз, рассмотрим примеры гомеостаза:

высокая температура вызывает активное выделение пота во избежание перегрева организма;

регулирование баланса жидкости в организме посредством гормонов, отвечающих за выделение и задерживание жидкой субстанции;

во время интенсивных физических нагрузок дыхание и пульс становятся чаще;

поддержание уровня глюкозы в крови с помощью некоторых гормонов: инсулин понижает, а кортизол увеличивает;

поддержание уровня кальция в крови в норме, так как избыток и недостаток несут для организма негативные последствия.

Сбой в цепочке реакций приводит к дискомфорту и различным патологиям. Например, если организм не в состоянии обеспечивать уровень сахара в крови на необходимом уровне, то развивается сахарный диабет.

Системы органов, участвующих в гомеостазе

Понятие объединяет несколько важных систем – дыхательную, сердечно-сосудистую, почечную, кислотно-щелочной баланс, электролитный обмен.

Сердечно-сосудистая система отвечает за подачу и распределение крови с кислородом по органам. Также система способна перенастраиваться в зависимости от ежеминутного изменения потребностей.

Система дыхания предназначена для газообмена в соответствии с нуждами организма в условиях постоянно изменяющихся обменных процессов. Органы отвечают за стабильность содержания кислорода и углекислого газа, и за изменение показателя при необходимости. Обе системы работают в тесной взаимосвязи друг с другом.

Почечная система отвечает за сохранность постоянства химико-физических условий, а именно регулирует водно-электролитный и щелочно-кислотный балансы, удаляет из организма продукты переработки жиров и белков.

Благодаря водно-электролитному обмену водой заполняются клетки, сосуды, растворяются соли. Электролиты поддерживают прохождение реакций.

Кислотно-щелочное равновесие призвано сохранять постоянство кислотности жидкостей в организме, обеспечивать биохимические реакции.

Экологический гомеостаз

Экологический гомеостаз наблюдается в климаксовых сообществах с максимально возможным биоразнообразием при благоприятных условиях среды.

Развитие начинается с пионер-сообщества и заканчивается на климаксовом сообществе. Это климаксовое сообщество образуется, когда флора и фауна пришла в баланс с местной средой.

Биологический гомеостаз

Гомеостаз выступает в роли фундаментальной характеристики живых организмов и понимается как поддержание внутренней среды в допустимых пределах.

В отношении любого параметра организмы делятся на конформационные и регуляторные. Регуляторные организмы сохраняют параметр на постоянном уровне, независимо от того, что происходит в среде. Конформационные организмы позволяют окружающей среде определять параметр. Например, теплокровные животные сохраняют постоянную температуру тела, тогда как холоднокровные демонстрируют широкий диапазон температур.

Речь не идёт о том, что конформационные организмы не обладают поведенческими приспособлениями, позволяющими им в некоторой степени регулировать взятый параметр. Рептилии, к примеру, часто сидят на нагретых камнях утром, чтобы повысить температуру тела.

Преимущество гомеостатической регуляции состоит в том, что она позволяет организму функционировать более эффективно. Например, холоднокровные животные, как правило, становятся вялыми при низких температурах, тогда как теплокровные почти так же активны, как и всегда. С другой стороны, регуляция требует энергии. Причина, почему некоторые змеи могут есть только раз в неделю, состоит в том, что они тратят намного меньше энергии для поддержания гомеостаза, чем млекопитающие.

Клеточный гомеостаз

Регуляция химической деятельности клетки достигается с помощью ряда процессов, среди которых особое значение имеет изменение структуры самой цитоплазмы, а также структуры и активности ферментов. Авторегуляция зависит от температуры, степени кислотности, концентрации субстрата, присутствия некоторых макро- и микроэлементов.

Гомеостаз в организме человека

Содержание

Читайте также:

Как создать банду в the escapists на телефоне
Почему скайрим не запускается на виндовс 10
Remnant from the ashes где найти оружие
Как управлять иллюзиями в dota 2
Как слепить мангал из фнаф 4

особенности, значение, примеры и механизмы регуляции

Содержание

Особенности и роль гомеостаза
Клеточный гомеостаз
Примеры и механизмы гомеостаза
Температура тела
Концентрация глюкозы
Уровни кальция
Объем жидкости

Гомеостаз – любой саморегулирующийся процесс, с помощью которого биологические системы устремляются к поддержанию внутренней стабильности, приспосабливаясь к оптимальным для выживания условиям. Если гомеостаз успешен, то жизнь продолжается; в противном случае, произойдет бедствие или смерть. Достигнутая стабильность фактически является динамическим равновесием, в котором происходят непрерывные изменения, но преобладают относительно однородные условия.

Особенности и роль гомеостаза

Любая система в динамическом равновесии желает достичь устойчивого состояния, баланса, который противостоит внешним изменениям. Когда такая система нарушена, встроенные регулирующие устройства реагируют на отклонения, чтобы установить новый баланс. Такой процесс является одним из элементов управления с обратной связью. Примерами гомеостатической регуляции являются все процессы интеграции и координации функций, опосредованные электрическими цепями и нервными или гормональными системами.

Другим примером гомеостатической регуляции в механической системе является действие регулятора комнатной температуры или термостата. Сердцем термостата является биметаллическая полоса, которая реагирует на изменения температуры, завершая или нарушая электрическую цепь. Когда помещение охлаждается, то контур завершается и включается обогрев, а температура поднимается. На заданном уровне цепь прерывается, печь останавливается, и температура падает.

Однако биологические системы, имеющие большую сложность, обладают регуляторами, которые сложно сравнивать с механическими устройствами.

Как отмечалось ранее, термин гомеостаз относится к поддержанию внутренней среды тела в узких и жестко контролируемых пределах. Основными функциями, важными для поддержания гомеостаза, являются баланс жидкости и электролита, регулирование кислотной среды, терморегуляция и метаболический контроль.

Контроль температура тела у людей считается отличным примером гомеостаза в биологической системе. Нормальная температура тела человека составляет около 37° C, но различные факторы могут влиять на этот показатель, включая гормоны, скорость метаболизма и болезни, приводящие к чрезмерно высоким или низким температурам. Регулирование температуры тела контролируется областью мозга, называемой Гипоталамус.

Обратная связь о температуре тела переносится через кровоток в мозг и приводит к компенсационным корректировкам в скорости дыхания, уровне сахара в крови и скорости метаболизма. Потеря тепла у людей обеспечивается уменьшением активности, потоотделением и механизмами теплообмена, которые позволяют большему количеству крови циркулировать вблизи поверхности кожи.

Снижение потерь тепла осуществляется за счет изоляции, уменьшения циркуляции на коже и культурных изменений, таких как использование одежды, жилья и сторонних источников тепла. Диапазон между высокими и низкими уровнями температуры тела составляет гомеостатическое плато – «нормальный» диапазон, который поддерживает жизнь. По мере приближения к любой из двух крайностей, корректирующее действие (через отрицательную обратную связь) возвращает систему в нормальный диапазон.

Концепция гомеостаза также применяется к экологическим условиям. Впервые предложенная американским экологом Робертом Макартуром в 1955 году идея, что гомеостаз в экосистемах является продуктом сочетания биоразнообразия и большого количества экологических взаимодействий, происходящих между видами.

Такое предположение считалось концепцией, которая могла бы помочь объяснить устойчивость экологической системы, то есть ее сохранение как определенного типа экосистемы с течением времени. С тех пор концепция несколько изменилась, и включила неживую составляющую экосистемы. Этот термин использовался многими экологами для описания взаимности, которая происходит между живыми и неживыми составляющими экосистемы для поддержания статус-кво.

Гипотеза Геи – модель Земли, предложенная английским ученым Джеймсом Лавлоком, которая рассматривает различные живые и неживые составляющие, как компоненты более крупной системы или единого организма, делая предположение, что коллективные усилия отдельных организмов вносят вклад в гомеостаз на планетарном уровне.

Клеточный гомеостаз

Клетки зависят от среды тела, чтобы сохранять жизнеспособность и правильно функционировать. Гомеостаз поддерживает среду тела под контролем и сохраняет благоприятные условия для клеточных процессов. Без правильных условий тела определенные процессы (к примеру, осмос) и белки (к примеру, ферменты) не будут функционировать должным образом.

Почему гомеостаз важен для клеток? Живые клетки зависят от движения химических веществ вокруг них. Химические вещества, такие как кислород, углекислый газ и растворенная пища, необходимо транспортировать в клетки и из них. Это осуществляется процессами диффузии и осмоса, зависящих от баланса воды и соли в теле, которые поддерживаются гомеостазом.

Клетки зависят от ферментов, чтобы ускорить многие химические реакции, поддерживающие жизнедеятельность и функциональность клеток. Эти ферменты работают лучше всего при определенных температурах, и поэтому снова гомеостаз жизненно важен для клеток, поскольку он поддерживает постоянную температуру тела.

Примеры и механизмы гомеостаза

Вот несколько основных примеров гомеостаза в теле человека, а также поддерживающие их механизмы:

Температура тела

Наиболее распространенным примером гомеостаза у людей является регулирование температуры тела. Нормальная температура тела, как мы писали выше составляет 37° C. Температура выше или ниже нормальных показателей может вызывать серьезные осложнения.

Мышечная недостаточность возникает при температуре 28° C. При 33° C происходит потеря сознания. При температуре 42° C центральная нервная система начинает разрушаться. Смерть наступает при температуре 44° C. Тело контролирует температуру путем выработки или высвобождения избыточного тепла.

Концентрация глюкозы

Концентрация глюкозы относится к количеству глюкозы (сахара в крови), присутствующего в кровотоке. Организм использует глюкозу в качестве источника энергии, но ее избыток или недостаток может вызвать серьезные осложнения. Некоторые гормоны осуществляют регулирования концентрации глюкозы в крови. Инсулин снижает концентрацию глюкозы, в то время как кортизол, глюкагон и катехоламины увеличивают.

Уровни кальция

Кости и зубы содержат приблизительно 99% кальция в организме, в то время как оставшийся 1% циркулируют в крови. Слишком большое или недостаточное содержание кальция в крови имеют негативные последствия. Если уровень кальция в крови слишком сильно снижается, паращитовидные железы активируют свои рецепторы, чувствительные к кальцию, и высвобождают паратиреоидный гормон.

ПТГ сигнализирует костям он необходимости высвобождения кальция, чтобы увеличить его концентрацию в кровотоке. Если уровень кальция увеличивается слишком сильно, щитовидная железа высвобождает кальцитонин и фиксирует избыток кальция в костях, тем самым уменьшая количество кальция в крови.

Объем жидкости

Тело должно поддерживать постоянную внутреннюю среду, а это означает, что ему необходимо регулировать потерю или восполнение жидкости. Гормоны помогают регулировать этот баланс, вызывая экскрецию или удерживание жидкости. Если организму не хватает жидкости, антидиуретический гормон сигнализирует почкам о сохранении жидкости и уменьшает выход мочи. Если организм содержит слишком много жидкости, он подавляет альдостерон и сигнализирует о выделении большего количества мочи.

Гугломаг

Спрашивай! Не стесняйся!

Задать вопрос

Не все нашли? Используйте поиск по сайту

Search for:

Группа «Ионный гомеостаз и механизмы устойчивости растений к тяжелым металлам»

Состав: доц. , к.б.н. Осмоловская Н.Г. – руководитель, н.с., к.б.н., Попова Н.Ф., н.с. Кучаева Л.Н., магистрант 1 года из КНР Лю Жуй (специализация «Экологическая физиология растений», профиль «Минеральный обмен в растениях»), магистрант 1 года из Вьетнама Ву Вьет Зунг (специализация «Экологическая физиология растений», профиль «Минеральный обмен в растениях»), магистрант 1 года Богомазова М.В. (специализация «Экология»).

Основным предметом проводимых в группе научных исследований является изучение функциональной роли органических кислот в механизмах формирования ионного гомеостаза и устойчивости растений к действию тяжелых металлов. Устойчивость растений к токсическому действию тяжелых металлов (ТМ) определяется совместным действием ряда механизмов, среди которых особая роль принадлежит механизмам ТМ гомеостаза, обеспечивающим минимизацию повреждающего действия ТМ путем поддержания низких концентраций ионных форм ТМ в цитозоле растительных клеток. В основе ионного ТМ гомеостаза лежит согласованное действие механизмов ограничения притока ионов ТМ в клетку, их хелатирования в цитозоле и секвестирования ионов и/или ТМ комплексов в метаболически неактивные компартменты (вакуоль). Среди потенциальных хелаторов ТМ принципиальный интерес представляют органические кислоты, участие которых в обеспечении устойчивости растений к действию ТМ может осуществляться как через формирование внутриклеточных, так и экстраклеточных комплексов с ионами ТМ, при этом вопрос о биодоступности последних для поглощающих систем растений остается нерешенным.

Задачи группы:

Исследование особенностей поглощения тяжелых металлов — Cd, Zn, Cu, Pb и их аккумуляции в органах и тканях растений в зависимости от формы и содержания металлов во внешней среде;

Исследование влияния тяжелых металлов на ростовые процессы, минеральный обмен и формирование ионного гомеостаза в органах растений;

Исследование воздействия тяжелых металлов на пулы органических кислот в корнях и надземных органах растений;

Анализ участия органических кислот (цитрат, малат, оксалат и др. ) в процессах экстра- и интраклеточного хелатирования, транспорта и аккумуляции ионов тяжелых металлов в растениях;

Сравнительный анализ устойчивости исследуемых растений к действию Cd, Zn, Cu, Pb и оценка их фиторемедиационного потенциала в условиях загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами.

Основные объекты исследования – растения-гликофиты разной таксономической принадлежности, различающиеся типом обмена органических кислот: фасоль Phaseolus vulgaris L., амарант Amaranthus cruentus L., рапс Brassica napus L., а также декоративные растения – бархатцы Tagetes patula, календула Calendula officinalis, цинерария Cineraria maritime.

Основной метод исследования – модельная гидропонная культура растений. Эксперименты выполняются на вегетирующих 3-8-недельных растениях, выращиваемых на питательных растворах в условиях оранжереи Ботанического сада СПбГУ и в лаборатории биологии развития растений в Петергофе. Аналитические методы исследования — атомно-абсорбционный (AAS-3, AA-7000, количественный анализ содержания тяжелых металлов в органах растений), хромато-масс-спектрометрический (Хроматограф-масс-спектрометр Agilent Technologies, анализ содержания органических кислот в растениях и корневых экссудатах), спектрофотометрический (анализ содержания минеральных ионов K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, PO₄^2-, SO₄^2-— в растениях), потенциометрический (анализ содержания K⁺, NO₃^— и других минеральных ионов с использованием ионоселективных электродов), гистохимический (анализ распределения металлов в тканях растений).

Ключевые результаты: нами было установлено, что продуктивность гликофитных растений во многом детерминирована параметрами ионного гомеостаза в клетках листа. Выявлено наличие корреляционной зависимости между общей продуктивностью растения и соотношением минеральных и органических анионов в листьях, что описывается кривой с максимумом в области отношения, составляющего 0,3-0,7 для разных видов растений (Осмоловская, 1989). Показана стимулирующая роль нитратных источников азота в формировании пулов органических кислот в листьях растений, представленных у фасоли преимущественно растворимыми формами цитрата и малата (Осмоловская, 1998), а у амаранта — пулами растворимого и нерастворимого оксалата, играющими ведущую роль в процессах ионного гомеостатирования в клетках листа (Осмоловская, и др., 2007; Попова, 2009). Установлено, что при воздействии Cd растения фасоли, рапса и амаранта проявляют стратегию эксклюдеров, аккумулируя до 90% поглощенного металла в корнях, что сопровождается нарушениями K/Ca баланса, утечкой калия из корней и надземных органов и снижением содержания органических кислот в листьях. Получены доказательства присутствия органических кислот в корневых экссудатах и возрастания пула нерастворимого оксалата в корнях амаранта под влиянием Cd, что рассматривается как свидетельство вовлечения этой кислоты в процессы детоксикации Cd через индукцию оттока оксалата из листьев в корни с возможной экскрецией для обеспечения эндо- и экзогенного связывания ионов ТМ и ограничения их поступления в растения. Установлены видоспецифические различия в действии экзогенно вносимых органических кислот и синтетических хелаторов на поступление ТМ в растения, которые выражаются в ингибировании поглощения Cd у амаранта в ряду цитрат > малат> оксалат и стимуляции в ряду ЭДТА > сукцинат, тогда как у фасоли выявлена противоположная зависимость, что ставит вопрос об углубленном исследовании биодоступности ионов ТМ и лиганд-метальных комплексов и их участия в механизмах ТМ гомеостаза и формировании устойчивости растений к действию ТМ.

Результаты выполненных в группе научных исследований представлены в успешно защищенной кандидатской диссертации Поповой Н.Ф. (2009) «Роль оксалата в формировании ионного гомеостаза в листьях Amaranthus cruentus L.», в магистерских диссертациях Лукояновой Е.М. (2006) «Роль состава среды выращивания в процессах аккумуляции кадмия и его воздействия на растения фасоли Phaseolus vilgaris L.» и Кудряшевой З.К.(2009) «Исследование устойчивости растений амаранта Amaranthus cruentus L. к действию кадмия» и ВКР бакалавра Лю Жуй (2010) «Исследование устойчивости растений рапса ярового Brassica napus к действию цинка и кадмия». В настоящее время в группе по данной тематике выполняются 2 магистерских диссертации: Лю Жуй «Исследование физиологических механизмов устойчивости растений рапса к действию цинка и кадмия» (Рук. — доцент, к.б.н. Н.Г.Осмоловская), Ву Вьет Зунг «Роль органических кислот в механизмах устойчивости растений амаранта к действию кадмия» (Рук- доцент, к.б.н. Н.Г.Осмоловская, н.с., к.б.н. Н.Ф.Попова).

Исследования в области механизмов устойчивости декоративных растений к действию ТМ (Cd, Cu, Zn, Pb) и их фиторемедиационного потенциала осуществляются в рамках выполнения тем ВКР бакалавров и магистерских диссертаций. По этой тематике успешно защищены дипломная работа Кузиной О.Н. (2008) «Изучение аккумуляции тяжелых металлов декоративными растениями и перспективность их использования в целях фиторемедиации», ВКР Дэн Кэ (2009) «Исследование накопления Cu и Zn растениями Tagetes patula в водной культуре» и магистерская диссертация Самута В. Ю.(2010) «Оценка фиторемедиационного потенциала растений Tagetes patula в условиях загрязнения городских почв тяжелыми металлами».

В настоящее время выполняется магистерская диссертация Богомазовой М.В. «Оценка устойчивости растений Calendula officinalis в условиях загрязнения городских почв тяжелыми металлами»

Основные публикации:

Осмоловская Н.Г., Иванова И.Л. Кучаева Л.Н., Новак В.А. Регуляция ионного баланса в листьях фасоли и свеклы при аммонийном и нитратном питании// Физиология растений. 1989. Т.36, №5. С.1028-1034.
Osmolovskaya N.G., Kuchaeva L.N. Nitrate accumulation and its role in ionic status of plants // Biologia plantarum. 1994. V.36 (Suppl.). P.200-202.
Осмоловская Н.Г., Новак В.А. Фитомониторинг в физиологии растений: организация, устройство и возможности // Физиология растений. 1997. Т.44, № 1. С.138-145.
Osmolovskaya N.G., Novak V.A., Kuchaeva L.N., Kurilenko V.V., Mikhelson K.N. Portable ion selective technique in field screening of plants pollution //. In: Field Screening Europe. Ed. by J.Gottlieb et al., Kluwer Academic Publishers. 1997. P.325-328.
Осмоловская Н.Г. Особенности ионного гомеостатирования у гликофитных растений //Вестник С.-Петерб. ун-та. 1998. Сер.3, Вып.2, № 10. С. 78 – 84.
Осмоловская Н.Г., Кучаева Л.Н., Федосеенко А.А., Маслов Ю.И. Влияние условий азотного питания на процессы ионного гомеостатирования в надземных органах растений томата // Вестник С.-Петерб. ун-та. 2000. Сер.3. Вып.3, № 19. С. 77-83.
Осмоловская Н.Г., Кучаева Л.Н., Попова Н.Ф., Федосеенко А.А. Регуляция обмена оксалата в листьях амаранта Amaranthus cruentus при разной обеспеченности азотом и катионами // Вестник С.-Петерб. ун-та. 2002. Сер.3, Вып.2, № 11. С. 41-47.
Осмоловская Н. Г., Попова Н.Ф., Кучаева Н.Ф. Роль хлорида в процессах формирования ионного гомеостаза в листьях Amaranthus cruentus // Вестник С.-Петерб. ун-та. 2005. Сер.3, Вып.4. С. 57-61.
Осмоловская Н.Г., Лукашева Е.М., Смирнова Е.О. Действие кадмия на рост и элементный состав растений фасоли в условиях разной обеспеченности кальцием// Вестник С.-Петерб. ун-та. 2006. Сер.3, Вып.2. С. 79-83.
Осмоловская Н.Г., Лукашева Е.М., Кудряшова З.К.,Смирнова Е.О. Анализ роли цитрата и ЭДТА в регуляции поступления кадмия и обмена минеральных катионов у растений фасоли// Вестник С.-Петерб. ун-та. 2006. Сер.3, Вып.4. С. 99-102.
Осмоловская Н.Г., Кучаева Л.Н., Новак В.А. Роль органических кислот при формировании ионного состава листьев гликофитов в онтогенезе// Физиология растений. 2007. Т.54, № 3. С. 381-388.
Осмоловская Н.Г., А.Ю. Батов, В.А.Кучаев, Л.Н.Кучаева, С.С.Медведев. Разработка и внедрение технологий регулирования роста, продуктивности и биохимического состава растений в гидропонной культуре// Фундаментальные основы инновационных биологических проектов в «Наукограде». Труды БиНИИ СПбГУ. Вып. 54. Изд-во СПбГУ. 2008. С.156-178.
Осмоловская Н.Г., Кучаева Л.Н., Кучаев В.А., Батов А.Ю., Медведев С.С. Экологические и агрономические преимущества современных гидропонных технологий выращивания растений// Интенсификация и оптимизация продукционного процесса сельскохозяйственных растений. Материалы Международной научно-практической конференции. ФГОУ ВПО Орел ГАУ. 2009. С. 304-308.
Осмоловская Н.Г., Кудряшева З.К., Кузина О.Н, Лукашева Е.М Роль хелатирующих агентов в процессах биоаккумуляции тяжелых металлов и повышении устойчивости к ним растений // Материалы Междун. Конфер. «Физико-химические механизмы адаптации растений к антропогенному загрязнению в условиях Крайнего Севера». Апатиты. 2009. С. 253-255.
Попова Н.Ф. Роль оксалата в формировании ионного гомеостаза в листьях Amaranthus cruentus L.: Автореф. … дис. канд. биол. наук. – Спб., 2009. – 18 с.
Осмоловская Н. Г., Попова Н.Ф. Роль органических кислот в механизмах устойчивости растений амаранта (Amaranthus cruentusL.) к действию кадмия.// Тезисы докладов Всероссийского симпозиума «Растение и стресс (Plants under Environmental Stress). Москва. 2010. С.262-263.
Осмоловская Н.Г., Кузина О.Н., Самута В.Ю. Фиторемедиационный потенциал декоративных растений в условиях загрязнения городской среды тяжелыми металлами//Тезисы докладов Всероссийского симпозиума «Растение и стресс (Plants under Environmental Stress). Москва. 2010. С.202-203.

Что такое гомеостаз? | Живая наука

Люди полагаются на гомеостаз, чтобы поддерживать внутреннюю температуру около 98,6 градусов по Фаренгейту, чтобы их тела могли нормально функционировать. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Гомеостаз — это способность поддерживать относительно стабильное внутреннее состояние, которое сохраняется, несмотря на изменения во внешнем мире. Все живые организмы, от растений до щенков и людей, должны регулировать свою внутреннюю среду, чтобы перерабатывать энергию и в конечном итоге выживать. Например, если ваше кровяное давление резко подскочило или температура тела резко упала, ваши системы органов могут с трудом выполнять свою работу и в конечном итоге перестанут работать.

Почему важен гомеостаз?

Физиолог Уолтер Кэннон ввел термин «гомеостаз» в 1920-х годах, расширив предыдущую работу покойного физиолога Клода Бернара. В 1870-х годах Бернар описал, как сложные организмы должны поддерживать баланс в своей внутренней среде, или «внутренней среде , », , чтобы вести «свободную и независимую жизнь» в потустороннем мире. Кэннон усовершенствовал концепцию и представил гомеостаз широкой публике в своей книге «Мудрость тела» 9.0007 (Британский медицинский журнал, 1932 г.).

Провозглашенное основным принципом физиологии, основное определение гомеостаза, данное Кэнноном, используется и сегодня. Термин происходит от греческих корней, означающих «подобный» и «состояние стабильности». Приставка «гомео» подчеркивает, что гомеостаз не работает как термостат или круиз-контроль в автомобиле, фиксированный на одной точной температуре или скорости. Вместо этого гомеостаз удерживает важные физиологические факторы в приемлемом диапазоне значений , согласно обзору в журнале Appetite .

Родственный: Всегда ли средняя температура человеческого тела была одинаковой?

Организм человека, например, регулирует внутреннюю концентрацию водорода, кальция, калия и натрия, заряженных частиц, которые необходимы клеткам для нормального функционирования. Гомеостатические процессы также поддерживают уровень воды, кислорода, pH и сахара в крови, а также внутреннюю температуру тела, согласно обзору 2015 года, опубликованному в журнале Advances in Physiology Education .

В здоровых организмах гомеостатические процессы развиваются постоянно и автоматически, согласно журналу Scientific American . Несколько систем часто работают в тандеме, чтобы поддерживать постоянный физиологический фактор, такой как температура тела. Если эти меры дают сбои или терпят неудачу, организм может заболеть или даже умереть.

Как поддерживается гомеостаз?

Многие гомеостатические системы прислушиваются к сигналам бедствия от тела, чтобы знать, когда ключевые переменные выходят за пределы допустимого диапазона. Нервная система обнаруживает эти отклонения и сообщает об этом в центр управления, часто находящийся в мозгу. Затем центр управления направляет мышцы, органы и железы на устранение нарушения. Согласно онлайн-учебнику «Анатомия и физиология» (открывается в новой вкладке), постоянная петля нарушений и приспособлений известна как «отрицательная обратная связь».

Например, человеческое тело поддерживает внутреннюю температуру около 98,6 градусов по Фаренгейту (37 градусов по Цельсию). При перегреве термодатчики в коже и мозге подают сигнал тревоги, запуская цепную реакцию, которая заставляет тело потеть и краснеть. При охлаждении тело реагирует дрожью и снижением кровоснабжения кожи. Аналогичным образом, согласно двум исследованиям, финансируемым NIH , при резком скачке уровня натрия организм дает сигнал почкам сохранять воду и выводить избыток соли с концентрированной мочой.

Животные также корректируют свое поведение в ответ на отрицательную обратную связь. Например, при перегреве мы можем сбросить слой одежды, уйти в тень или выпить стакан холодной воды.

Современные модели гомеостаза

Концепция отрицательной обратной связи восходит к описанию гомеостаза Кэнноном в 1920-х годах и была первым объяснением того, как работает гомеостаз. Но в последние десятилетия многие ученые утверждали, что организмы способны предвидеть потенциальные нарушения гомеостаза, а не реагировать на них постфактум.

Эта альтернативная модель гомеостаза, известная как аллостаз, подразумевает, что идеальная уставка для конкретной переменной может смещаться в ответ на преходящие изменения окружающей среды, согласно статье 2015 года в Psychological Review . Точка может смещаться под влиянием циркадных ритмов, менструальных циклов или суточных колебаний температуры тела. Уставки также могут меняться в ответ на физиологические явления, такие как лихорадка, или для компенсации нескольких гомеостатических процессов, происходящих одновременно, согласно обзору 2015 года, опубликованному в журнале «Advanced in Physiology Education» (открывается в новой вкладке).

«Уставки сами по себе не являются фиксированными, но могут проявлять адаптивную пластичность», — сказал Арт Вудс, биолог из Университета Монтаны в Миссуле. «Эта модель позволяет заблаговременно реагировать на предстоящие потенциальные нарушения заданных значений».

Например, в преддверии приема пищи организм выделяет больше инсулина, грелина и других гормонов, согласно обзору журнала Appetite за 2007 год . Эта превентивная мера подготавливает тело к притоку калорий, а не к борьбе за контроль уровня сахара в крови и запасов энергии.

Способность изменять заданные значения позволяет животным адаптироваться к краткосрочным стрессорам, но они могут потерпеть неудачу перед лицом долгосрочных проблем, таких как изменение климата.

«Активация систем гомеостатического реагирования может работать на короткие промежутки времени», — сказал Вудс. Но они не предназначены для длительного использования. «Гомеостатические системы могут катастрофически выйти из строя, если они задвинуты слишком далеко; поэтому, хотя системы могут быть в состоянии справиться с краткосрочными новыми климатическими условиями, они могут быть не в состоянии справиться с большими изменениями в течение более длительных периодов времени».

Гомеостатические точки могут быть адаптивными. Например, в преддверии приема пищи организм дополнительно выделяет инсулин, грелин и другие гормоны, чтобы подготовить организм к поступающей пище. (Изображение предоставлено Getty)

«Информационная гипотеза» гомеостаза

Гомеостатические системы, возможно, изначально развились, чтобы помочь организмам поддерживать оптимальные функции в различных средах и ситуациях. Но, согласно эссе 2013 года в журнале Trends in Ecology & Evolution , некоторые ученые предполагают, что гомеостаз в первую очередь обеспечивает «спокойный фон» для общения клеток, тканей и органов друг с другом. Теория утверждает, что гомеостаз облегчает организмам извлечение важной информации из окружающей среды и передачу сигналов между частями тела.

СВЯЗАННЫЕ ИСТОРИИ

Независимо от своей эволюционной цели, гомеостаз формировал исследования в науках о жизни почти столетие. Хотя гомеостатические процессы в основном обсуждаются в контексте физиологии животных, они также позволяют растениям управлять запасами энергии, питать клетки и реагировать на вызовы окружающей среды. Помимо биологии, социальные науки, кибернетика, информатика и инженерия используют гомеостаз в качестве основы для понимания того, как люди и машины сохраняют стабильность, несмотря на сбои.

Дополнительные ресурсы

Посмотрите полезную графику о гомеостазе от Академии Хана (откроется в новой вкладке). Узнайте, как гомеостаз влияет на физиологию человека, с помощью ускоренного курса (откроется в новой вкладке). Посмотрите это видео от Amoeba Sisters (откроется в новой вкладке), чтобы узнать больше об отрицательных отзывах.

Первоначально опубликовано на Live Science.

Николетта Ланезе — штатный автор Live Science, освещающая здоровье и медицину, а также ряд статей о биологии, животных, окружающей среде и климате. Она имеет ученые степени в области неврологии и танца Университета Флориды и диплом о высшем образовании в области научной коммуникации Калифорнийского университета в Санта-Круз. Ее работы публиковались в журналах The Scientist Magazine, Science News, The San Jose Mercury News и Mongabay, а также в других изданиях.