§ 18. Организм как биологическая система. Гомеостаз. Регуляция функций организма

Определения и обозначения

Организм — целостное живое существо, состоящее из взаимосвязанных частей и способное самостоятельно существовать. Это определение помогает отличить живое целое от простого набора органов: части организма совместно выполняют жизненные функции. Поэтому организм рассматривают как единство, а не как перечень его составляющих.

Биологическая система — совокупность взаимодействующих элементов, связанных друг с другом и с окружающей средой. В организме такими элементами служат клетки, ткани, органы и системы органов. Понятие системы нужно, чтобы объяснить, как связи между частями обеспечивают работу целого и его взаимодействие со средой.

Гомеостаз — относительное постоянство внутренней среды организма при изменениях внешних условий. Кровь и другие внутренние среды могут менять свои показатели, но организм удерживает их в допустимых пределах. Это необходимо, потому что клетки нормально работают лишь при подходящих условиях.

Регуляция функций организма — согласование работы органов и систем, поддерживающее жизнедеятельность. Регуляция помогает менять деятельность организма в ответ на потребности и условия, а не допускать несогласованной работы его частей. Для поддержания устойчивости используются нервные и гуморальные механизмы.

Как это устроено

Организм устроен как система вложенных уровней: клетки образуют ткани, ткани — органы, а органы объединяются в системы органов. Каждый уровень выполняет свою работу, но его возможности зависят от нижележащих уровней. Благодаря взаимодействию уровней организм действует как целое: например, работа органа зависит от клеток и тканей, из которых он состоит.

Органы и системы не работают изолированно, потому что для жизнедеятельности необходимы совместные действия разных частей. Изменение одного компонента может изменить потребности других или условия их работы. Так, усиление работы мышц требует большего поступления кислорода, поэтому меняется деятельность дыхательной и кровеносной систем. Связи между ними позволяют организму отвечать на потребность целиком.

Для сохранения гомеостаза организм воспринимает изменения внутренней и внешней среды, а затем корректирует работу органов и систем. Изменение служит сигналом: нужно, например, увеличить или уменьшить определённую деятельность. Ответ зависит от того, какой показатель изменился и какие механизмы могут на него повлиять. Так организм удерживает условия для работы клеток в допустимых границах.

Нервная регуляция передаёт сигналы по нервным путям, а гуморальная использует химические вещества, которые переносятся кровью и другими жидкостями организма. Нервный сигнал обычно достигает нужных органов быстро и вызывает сравнительно краткий, направленный ответ. Гуморальное воздействие нередко распространяется шире, возникает медленнее и сохраняется дольше. Оба способа нужны, поскольку организму приходится отвечать и на резкие события, и на длительные изменения.

Обратная связь позволяет соотнести ответ организма с тем, как изменился регулируемый показатель. Если показатель отклоняется от нужного уровня, ответные изменения могут уменьшить это отклонение; такой принцип называют отрицательной обратной связью. Например, усиление ответа прекращается или ослабевает, когда потребность в нём снижается. Это помогает поддерживать устойчивость, не требуя полной неподвижности внутренних показателей.

Сравнение нервной и гуморальной регуляции функций организма

Сравнивайте способы передачи сигнала и особенности ответа, а не только названия органов, которые в нём участвуют. В организме нервная и гуморальная регуляция могут действовать одновременно и дополнять друг друга.

Разбор задач

Задача 1. Ученик назвал организм набором органов. Объясните, почему такое описание неполно.

1. Уточним, что в организме есть не только органы, но и клетки, ткани, системы органов, а также связи между ними.
2. Проверим, выполняют ли органы жизненные функции независимо. Нет: например, для работы мышц нужны кислород и питательные вещества, поступление которых зависит от других систем.
3. Сделаем вывод: организм — целое, в котором компоненты взаимодействуют и совместно обеспечивают жизнедеятельность.

Ответ: описание неполно, потому что перечисляет части, но не учитывает их взаимодействие и совместную работу. Организм представляет собой целостную биологическую систему.

Задача 2. После физической нагрузки у человека учащаются пульс и дыхание. Объясните, как эти изменения связаны с поддержанием гомеостаза.

1. Сначала определим, что изменилось: работа мышц усилилась, поэтому им требуется больше кислорода и питательных веществ.
2. Затем свяжем потребность с ответом: учащённые дыхание и пульс помогают быстрее доставлять кислород и необходимые вещества к тканям.
3. Наконец, объясним значение согласованной работы: дыхательная и кровеносная системы вместе отвечают на нагрузку и помогают сохранять подходящие условия для клеток.

Ответ: учащение дыхания и пульса — согласованный ответ организма на возросшую потребность тканей. Такая регуляция помогает поддерживать внутреннюю среду при нагрузке.

Задача 3. Сравните реакцию организма на внезапное прикосновение к горячему предмету и на длительное изменение содержания вещества в крови. Укажите, какие способы регуляции участвуют и чем различается их действие.

1. Прикосновение к горячему предмету — внезапное воздействие, поэтому нужно быстро передать сигнал от рецепторов по нервным путям и вызвать ответ.
2. Длительное изменение состава крови связано с химическим показателем внутренней среды. В его регуляции может участвовать гуморальный механизм: вещества переносятся жидкостями организма к клеткам-мишеням.
3. Сопоставим ответы: нервная регуляция обычно быстрее и адреснее, гуморальная часто действует медленнее и продолжительнее. В обоих случаях результат помогает приспособить работу организма к изменению.

Ответ: реакция на горячий предмет преимущественно нервная, а длительное изменение содержания вещества может регулироваться гуморально. Их различают способ передачи сигнала, скорость и продолжительность действия.

Типичные ошибки

Ошибка: считать гомеостаз полной неизменностью внутренней среды. Так можно подумать, услышав слово «постоянство», но организм допускает колебания показателей в определённых пределах. Проверьте себя: если показатель меняется после нагрузки, это не обязательно означает нарушение гомеостаза — важно, может ли организм скорректировать изменение.

Ошибка: представлять организм простой суммой органов. Перечень органов не объясняет, как они обеспечивают жизнедеятельность вместе; эту ошибку допускают, сосредоточившись на строении, а не на связях. Проверьте себя вопросом: может ли описанная часть выполнять свою функцию без обмена сигналами и веществами с другими частями?

Ошибка: смешивать нервную и гуморальную регуляцию. Обе согласуют работу организма, поэтому их легко принять за один механизм. Но сигналы передаются по-разному и отличаются скоростью и длительностью действия. Чтобы проверить себя, назовите для каждого способ передачи и носитель сигнала.

Ошибка: считать, что обратная связь всегда усиливает исходное изменение. Такое представление возникает из-за бытового смысла слова «обратная», но при поддержании гомеостаза ответ часто уменьшает отклонение от нормы. Проверьте себя: выясните, что происходит с регулируемым показателем после ответа — отклонение растёт или сокращается.

Связь с другими темами

Для понимания темы пригодятся знания об уровнях организации живого, строении клетки, тканях, органах и системах органов. Они помогают проследить связи от клеточного уровня до организма в целом. Позже эти представления понадобятся при изучении нервной и эндокринной систем, обмена веществ и механизмов поддержания постоянства внутренней среды. Так понятие регуляции связывает строение организма с тем, как он отвечает на изменения.

Что запомнить

• Организм — целостная биологическая система.
• Элементы организма взаимосвязаны и влияют друг на друга.
• Гомеостаз — относительное постоянство внутренней среды.
• Поддержание гомеостаза требует регуляции функций организма.
• Нервная регуляция осуществляется по нервным путям.
• Гуморальная регуляция связана с переносом химических веществ жидкостями организма.
• Обратная связь помогает согласовывать ответ организма с изменением условий.