正反馈回路
当反应的产物导致该反应增加时,自然会发生正反馈回路。如果我们看一个处于稳态的系统,则正反馈回路会使系统远离平衡目标。它通过放大产品或事件的影响来做到这一点,并在需要快速发生的事情时发生。
示例1:水果成熟
在自然界中,树木或灌木丛会突然使所有水果或蔬菜成熟,而没有任何可见信号,这是令人惊讶的效果。这是生物正反馈回路的第一个例子。如果看一看有很多苹果的苹果树,似乎在一夜之间,它们都从未成熟到成熟再到熟透。这将从第一个成熟的苹果开始,一旦成熟,它会通过其果皮释放出一种称为乙烯(C 2 H 4)的气体。当暴露于这种气体中时,靠近它的苹果也会成熟。一旦它们成熟,它们也会产生乙烯,乙烯继续使其余苹果成熟,就像波浪一样。该反馈回路通常用于水果生产,将苹果暴露于人造乙烯气体中以使其成熟更快。
示例2:分娩
分娩开始时,婴儿的头部被向下推,导致子宫颈的压力增加。这会刺激受体细胞向大脑发送化学信号,从而释放催产素。催产素通过血液扩散到子宫颈,刺激进一步的收缩。这些收缩刺激催产素进一步释放直至婴儿出生。
示例3:血液凝结
当组织被撕裂或受伤时,会释放出化学物质。该化学物质导致血液中的血小板活化。一旦这些血小板被激活,就会释放一种化学物质,该信号指示更多的血小板要激活,直到伤口被凝结为止。
负反馈回路
当反应的产物导致该反应的减少时,生物学中就会出现负反馈回路。这样,负反馈环路使系统更接近稳定或动态平衡的目标。负反馈回路负责系统的稳定,并确保维持稳定状态。调节机制的响应与事件的输出相反。
示例1:温度调节
人体中的温度调节不断发生。正常人体温度约为36.5度左右。当体温升高到此温度以上时,体内的两种机制开始发汗,并且发生血管舒张,使更多的血液表面积暴露于较凉的外部环境。随着汗液的冷却,会导致蒸发冷却,而血管会导致对流冷却,恢复正常体温。如果这些冷却机制持续下去,身体将变冷,然后起作用的机制是起鸡皮疙瘩和血管收缩。其他哺乳动物的皮肤收缩会抬高头发或皮毛,从而保留更多的热量。在人类中,收紧周围的皮肤,(略微)减少了热量散失的表面积。血管收缩可确保仅一小部分静脉表面暴露于较凉的外部温度,从而保持热量,恢复正常体温。
示例2:血压调节
血压需要保持足够高的水平,以将血液泵送到身体的各个部位,但又不要太高,以免造成损害。当心脏在跳动时,压力感受器会检测流经动脉的血液压力。如果压力过高或过低,则会通过舌咽神经将化学信号发送到大脑。然后,大脑会向心脏发送化学信号以调节泵的速度:如果血压低,则心率增加;而如果血压高,则心率降低。
示例3:渗透调节
渗透调节是指控制体内各种液体的浓度,以维持体内稳态。我们将再次来看一个生活在海洋中的鱼类的例子。鱼周围的水中盐分的浓度比鱼中液体的水高得多。这些水通过食物摄入和饮水进入鱼体内扩散。另外,由于外部的盐浓度高于鱼内部的盐浓度,因此盐会被动扩散到鱼中,水会从鱼中扩散出去。这样,鱼中的盐浓度过高,必须通过排泄释放盐离子。这是通过皮肤和高度浓缩的尿液发生的。此外,血液中的氯化物分泌细胞通过主动转运来去除血液中的高盐含量。因此保持了正确的盐浓度。 |