§38. Раздражимость и регуляция у организмов

Определения и обозначения

Раздражимость — способность организма воспринимать воздействие среды и отвечать на него изменением жизнедеятельности. Благодаря ей живое существо получает сведения об изменениях вокруг или внутри себя. Ответом может быть не только движение, но и изменение обмена веществ, роста или поведения. Это свойство помогает организму приспосабливаться к условиям жизни.

Раздражитель — фактор внешней или внутренней среды, вызывающий ответную реакцию организма. Свет, температура и звук могут быть внешними раздражителями, а изменение содержания глюкозы в крови — внутренним. Различение раздражителя и ответа позволяет правильно описать реакцию: сначала на организм действует фактор, затем организм отвечает. Один и тот же фактор способен вызывать разные реакции у разных организмов.

Регуляция — согласование процессов жизнедеятельности организма с помощью управляющих воздействий. Она нужна, чтобы клетки и органы не работали независимо друг от друга, а их деятельность соответствовала потребностям организма. Управляющие сигналы могут передаваться нервными импульсами или химическими веществами. Часто оба способа действуют совместно.

Гомеостаз — относительное постоянство внутренней среды организма, поддерживаемое механизмами регуляции. Внутренние показатели не остаются совершенно неподвижными, но обычно удерживаются в определённых пределах. Это позволяет клеткам нормально работать при изменениях внешних условий. Регуляция выявляет отклонения и запускает реакции, помогающие восстановить подходящий уровень показателя.

Как это устроено

Раздражимость необходима для выживания, потому что среда постоянно меняется. Если организм не воспринимает изменения, он не может вовремя найти пищу, избежать опасности или скорректировать работу внутренних органов. Восприятие сигнала само по себе недостаточно: на него должен последовать подходящий ответ. Поэтому реакция помогает использовать благоприятные условия и уменьшать воздействие неблагоприятных.

Сначала раздражитель воспринимает рецептор — клетка или особая структура, чувствительная к определённому воздействию. Например, рецепторы кожи реагируют на прикосновение и температуру, а светочувствительные клетки — на свет. Воспринятый сигнал преобразуется в изменения активности клетки и передаётся системам, которые организуют ответ. В результате организм меняет поведение или работу органов; конкретная цепь зависит от вида раздражителя и устройства организма.

У одноклеточного организма восприятие и ответ обеспечиваются одной клеткой: она может изменить движение или обмен веществ. У растений реакции часто выражаются в движениях частей тела и тропизмах — направленных изменениях роста в ответ на воздействие, например свет или силу тяжести. У животных многие быстрые реакции осуществляются рефлексами: сигнал проходит от рецептора через нервную систему к исполнительному органу. Различие объясняется устройством организмов: у животных есть нервная система, а у растений и одноклеточных нет такой системы передачи сигналов.

При нервной регуляции управляющий сигнал передаётся нервными импульсами по клеткам нервной системы, поэтому ответ обычно возникает быстро и затрагивает определённые органы. При гуморальной регуляции химические вещества переносятся внутренней средой организма; к ним относятся не только гормоны, но и другие сигнальные вещества. Такой сигнал обычно распространяется медленнее, может воздействовать на более широкий круг органов и дольше сохранять эффект. Нейрогуморальная регуляция объединяет нервные и химические механизмы: они дополняют друг друга, согласуя быстрые ответы с более длительными изменениями.

Гомеостаз поддерживается благодаря обратной связи между изменением показателя и регулирующим ответом. Когда показатель отклоняется от допустимого уровня, организм запускает процессы, способные повлиять на него. При отрицательной обратной связи ответ уменьшает исходное отклонение, поэтому показатель возвращается ближе к норме. Если бы ответ усиливал отклонение, устойчивость внутренней среды нарушалась бы.

Основные способы регуляции жизнедеятельности

Сравнивайте способы регуляции по каждому признаку отдельно: скорость и длительность действия связаны, но не означают одно и то же. В реальном организме нервные и гуморальные механизмы часто дополняют друг друга. Поэтому нейрогуморальная регуляция описывает их совместную работу, а не отдельный вид сигнала.

Разбор задач

Задача. Комнатное растение поворачивает побег к источнику света. Определите раздражитель и ответную реакцию. Здесь важно не смешивать воздействие, которое запускает процесс, с изменением, которое происходит в организме. Учитывайте, что направление роста растения меняется под действием света.

1. Найдём фактор среды, из-за которого побег изменяет направление: это свет от источника.
2. Назовём его раздражителем, поскольку именно это воздействие воспринимается растением и вызывает реакцию.
3. Определим реакцию: побег меняет направление роста, поворачиваясь к источнику света. Это проявление раздражимости растения, а направленный рост в ответ на свет называют фототропизмом.

Ответ. Раздражитель — свет, ответная реакция — изменение направления роста побега к его источнику. Нельзя называть сам поворот раздражителем: он происходит в ответ на воздействие. Пример показывает, что раздражимость выражается не только в быстром движении, но и в изменении роста.

Задача. Сравните отдёргивание руки от горячего предмета и изменение направления роста корня под действием силы тяжести. Укажите форму раздражимости и способ регуляции. Сначала определим, какой организм реагирует и как выражен его ответ. Затем сопоставим механизм и скорость двух реакций.

1. При прикосновении к горячему предмету кожа воспринимает воздействие, а рука быстро отдёргивается. Это рефлекторная реакция животного, в которой участвует нервная система.
2. Корень меняет направление роста под действием силы тяжести. Это тропизм растения — направленный рост в ответ на раздражитель; реакция связана с ростом, а не с работой нервной системы.
3. Сравним скорость и регуляцию: отдёргивание обычно происходит быстро и управляется нервными сигналами. Изменение роста корня развивается медленнее и регулируется процессами в растении.

Ответ. Отдёргивание руки — рефлекторная реакция животного, осуществляемая нервной регуляцией. Изменение направления роста корня — тропизм растения в ответ на силу тяжести, протекающий медленнее. Обе реакции показывают раздражимость, но форма ответа и механизмы у организмов различаются.

Задача. После повышения концентрации глюкозы в крови усиливается выделение инсулина, а концентрация глюкозы снижается. Объясните последовательность регуляции и назовите вид обратной связи. Нужно проследить, как исходное изменение вызывает сигнал, а сигнал — ответ организма. Важно проверить, усиливает ли ответ отклонение или уменьшает его.

1. Исходное событие — повышение концентрации глюкозы в крови, то есть отклонение регулируемого показателя.
2. В ответ усиливается выделение инсулина. Этот гормон служит химическим управляющим сигналом и воздействует на клетки организма.
3. Под действием инсулина концентрация глюкозы снижается. Значит, ответ уменьшает исходное повышение и возвращает показатель ближе к норме.

Ответ. Цепь выглядит так: повышение глюкозы — усиление выделения инсулина — снижение концентрации глюкозы. Это отрицательная обратная связь, так как ответ ослабляет исходное отклонение. Слово «отрицательная» описывает направление влияния, а не качество результата.

Типичные ошибки

Ошибка — считать раздражителем ответ организма. Их путают, потому что оба понятия описывают части одной реакции. Чтобы проверить себя, задайте два вопроса: что воздействует на организм и что организм делает в ответ? Свет будет раздражителем, а поворот побега — реакцией.

Ошибка — отождествлять раздражимость только с движением. Такое представление возникает из-за заметных примеров, например отдёргивания руки. Однако ответом могут быть изменения обмена веществ, роста, секреции или поведения. Проверьте себя: если жизнедеятельность изменилась в ответ на воздействие, это тоже может быть проявлением раздражимости.

Ошибка — считать гуморальную регуляцию исключительно регуляцией гормонами. Гормоны — важный пример химических сигналов, но не единственный: во внутренней среде переносятся и другие вещества, участвующие в регуляции. Проверка проста: спрашивайте, передаётся ли воздействие химическим веществом, а не только выделяет ли его эндокринная железа. Если химический сигнал есть, регуляция может быть гуморальной.

Ошибка — понимать отрицательную обратную связь как вредный или плохой результат. Название сбивает с толку, если воспринимать слово «отрицательный» как оценку. На деле ответ уменьшает отклонение регулируемого показателя от нормы. Чтобы проверить себя, проследите направление изменений: если после ответа показатель возвращается ближе к исходному уровню, обратная связь отрицательная.

Связь с другими темами

Для понимания темы полезно знать уровни организации живого, устройство клеточной мембраны и роль рецепторов. Эти знания помогают проследить, как клетка воспринимает воздействие и запускает ответ. Понадобятся также основы строения нервной системы и эндокринных желёз — источников сигналов и регуляторных веществ.

Тема пригодится при изучении нервной и гуморальной регуляции человека, поведения животных, гормонов и механизмов поддержания гомеостаза. Она связывает восприятие воздействия с ответом организма и объясняет, почему один процесс может влиять на работу других органов. Это позволяет разбирать реакции не как отдельные события, а как части согласованной системы.

Раздражимость объясняет, как организмы отвечают на условия среды и приспосабливаются к ним. Сравнение таких ответов помогает понять разнообразие поведения и приспособительных особенностей живых существ. Поэтому тема служит основой для дальнейшего изучения поведения и эволюции организмов.

Что запомнить

• Раздражимость — универсальное свойство живых систем отвечать на воздействие.
• Раздражитель может действовать извне или возникать внутри организма.
• Регуляция согласует работу органов и процессов.
• Нервная регуляция действует быстро и адресно.
• Гуморальная регуляция обычно действует медленнее, но охватывает более широкий круг органов.
• Нейрогуморальная регуляция объединяет нервные и химические механизмы.
• Гомеостаз поддерживается главным образом благодаря обратным связям.