生物学中的正反馈回路和负反馈回路
反馈定义为获得的有关产品反应的信息,该信息将允许对产品进行修改。因此,反馈回路是一个过程,在此过程中,对系统的更改将导致警报,该警报将触发某个结果。此结果将增加对系统的更改或减少更改以使系统恢复正常。还有几个问题:这些系统如何工作?什么是正反馈?什么是负反馈?我们在自然界中哪里找到这些系统?
生物系统在输入和输出机制上运行,每个输入和输出都是由某个事件引起的。反馈回路是一种生物现象,其中系统的输出会放大系统(正反馈)或抑制系统(负反馈)。反馈回路非常重要,因为它可使活生物体保持体内平衡。体内平衡是使我们能够保持内部环境相对恒定的机制,不会太热或太冷,不会太饿或太累。生物体维持体内平衡所需的能量水平取决于生物体的类型及其所居住的环境。例如,一条冷血鱼将其体温保持在与其周围的水温相同的水平,因此不需要控制其内部温度。
将其与在相同环境中的温血鲸鱼进行比较:它需要保持其体温高于周围水温,因此它将在温度调节上消耗更多的能量。这就是外温动物和内温动物之间的差异:外温动物利用环境温度来控制其内部温度(例如,爬行动物,两栖动物和鱼类),而内温动物则利用体内稳态来维持其内部温度。内温动物能以恒定速率维持其新陈代谢,从而允许恒定的运动、反应和内部过程,而外温动物不能以恒定速率维持其新陈代谢。这意味着它们的运动、反应和内部过程取决于充足的外部热量,但这也意味着它们需要的食物形式的能量更少,因为它们的身体不会持续燃烧燃料。
反馈回路也可能在更大程度上发生:在生态系统层面,维持了一种稳态。捕食者和猎物的数量循环就是一个很好的例子:猎物数量的增加将为捕食者提供更多的食物,这将增加捕食者的数量。这将导致过度捕食,猎物数量将再次下降。捕食者种群的反应会下降,从而释放了猎物种群的压力并使其反弹。参见图1。另一个例子是所谓的“进化装备竞赛”,其中捕食者及其猎物一直在试图互相竞争。这种关系之一就是食肉鸟与它们所赖以生存的花朵的关系。鸟类进化出长喙,以接近花中的花蜜。作为回应,为了防止鸟类进入花蜜,花逐渐长出喇叭状,鸟的反应是形成更长的喙。依此继续。
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