Гомеостатичні реакції організмів. Реакція організму і негативний зворотний зв'язок

3.5.5. Гомеостатичні реакції організмів
3.5.5.1. Поняття про гомеостатичні реакції

Абіотичні та біотичні фактори, до речі як і антропогенні, можуть бути не лише "лімітуючими", шкідливими, але й регулюючими, які впливають позитивно. Адаптовані організми реагують на ці фактори таким чином, що угруповання організмів немовби зм'якшують їх шкідливий вплив і досягають максимальної ефективності та найбільшої стійкості в даних умовах гомеостазу.
Гомеостаз – це стан внутрішньої динамічної рівноваги природної системи, який підтримується регулярним відновленням основних її структур і енергетично-речовинного складу, а також постійною функціональною саморегуляцією у всіх її ланках. Першим стикається з акцією середовища конкретний організм, відповідаючи на неї своєю реакцією. Отже, первинні гомеостатичні реакції відбуваються вже на нижчому щаблі – в моноцені. Адаптація у рослин – це комплексна реакція, спрямована на створення гомеостазу.
Приводячи свою структуру і функції відповідно до нових умов, організми можуть зберігати максимальну активність у межах ширшого і навіть іншого діапазону умов. Широко відома здатність хамелеона протягом кількох секунд змінити забарвлення шкіри, пристосувавши його до кольору ґрунту чи скелі, на якій він знаходиться. Відповідною захисною реакцією організму є сонячний загар, який людина одержує на пляжі. Тремтіння, що пронизує шкіру при переохолодженні, – це не що інше, як використання м'язової реакції перетворення механічної енергії на теплову. Тривалішого часу вимагає морфологічна перебудова, наприклад збільшення густини шерсті перед настанням зими.
Реакції, які торкаються структури і функцій організму, мають зворотний характер: в протилежному випадку вони не могли б відслідковувати змін середовища, які спрямовані як в той, так і в інший бік.

3.5.5.2. Реакція організму і негативний зворотний зв'язок

Розрізняють декілька напрямів і особливостей гомеостатичних реакцій, які ми розглянемо. Реакції дають змогу зберегти внутрішню узгодженість організму і підтримати його функції на оптимальному рівні. В більшості випадків вони нагадують дію термостата: коли в приміщенні температура підвищується, він виключається, а коли знижується, знову включається. Так поводять себе організми гомойотермних, тобто теплокровних, тварин (птахи, ссавці): в холодну пору року споживають більше енергії, а зрослі теплові витрати компенсують, прискорюючи обмінні процеси, що призводить до підвищення теплопродукції. Оптимальний рівень регуляції залежить від точного співвідношення затрат і вигод даного процесу в конкретних екологічних умовах.
Наведені вище приклади свідчать, що ці реакції базуються на принципі негативного зворотного зв'язку. Це означає, що якщо під впливом зовнішніх дій система відхиляється від свого нормального чи бажаного стану, вступають у дію внутрішні механізми реакції, які повертають систему в нормальне становище (рис. 3.40).

Рис. 3.40. Схематичне зображення системи зі зворотним зв'язком і різними видами перетворення енергії сигналу (за М.А. Голубцем): А – блок-схема системи; X – вхідний сигнал; Z – керуючий прилад; Y – вихідний сигнал; J1 – перетворення вхідного сигналу в приладі зворотного зв'язку; Б – залежність вихідного сигналу від його перетворення в приладі позитивного зворотного зв'язку; В – залежність від його перетворення у приладі негативного зворотного зв'язку.

Терморегуляція, яка згадувалася вище, часто забезпечується не лише фізіологічними механізмами, але також і поведінковою реакцією. Американський еколог Е. Піанка наводить приклад такої реакції ящірки. Вранці, коли температура низька, вона вибирає собі місце з теплішим, ніж її оточення, мікрокліматом (западину на відкритому місці або зігрітий сонцем стовбур дерева), намагаючись розташуватись так, щоби сонячне проміння падало на неї майже під прямим кутом для максимального збільшення кількості одержуваного нею тепла. В міру підвищення температури протягом дня ящірка починає шукати прохолодніше місце. Деякі види при підвищенні температури ховаються в норах, а інші видираються якнайвище, де прохолодніше, і розташовуються головою до сонячного проміння, зменшуючи таким чином загальну кількість одержуваного тепла. Подібна поведінка дає змогу ящірці чи іншому виду зберегти активність протягом тривалішого періоду, ніж це було б можливо, якби температура їхнього тіла пасивно відбивала температуру оточуючого середовища. Види, які володіють подібними поведінковими адаптаціями, є сильнішими конкурентами і можуть ефективніше рятуватися від хижаків.