הומאוסטזיס הוא היכולת לשמור על מצב פנימי יציב יחסית שנמשך למרות שינויים בעולם שבחוץ. כל האורגניזמים החיים, מצמחים לגורים וכלה באנשים, חייבים להסדיר את הסביבה הפנימית שלהם לעיבוד אנרגיה ובסופו של דבר לשרוד. אם לחץ הדם שלך מתרומם או טמפרטורת הגוף צונח, למשל, מערכות האיברים שלך עלולות להיאבק במלאכתן ובסופו של דבר להיכשל.
מדוע הומאוסטזיס חשוב
הפיזיולוג וולטר קנון טבע את המונח "הומאוסטזיס" בשנות העשרים, והרחיב על עבודות קודמות של הפיזיולוג המנוח קלוד ברנרד. בשנות ה -70 של המאה ה -19 תיאר ברנרד כיצד אורגניזמים מורכבים חייבים לשמור על איזון בסביבתם הפנימית, או "milieu intérieur,"כדי לנהל" חיים חופשיים ועצמאיים "בעולם שמעבר לו. קאנון כיבד את המושג, והכניס הומאוסטזיס לקהלים פופולריים באמצעות ספרו" חכמת הגוף "(כתב העת הרפואי הבריטי, 1932).
הגדרת הבסיס הבסיסית של קאנון בהומאוסטזיס, שנמצאת כראשונה העיקרית בפיזיולוגיה, נותרת בשימוש כיום. המונח נובע משורשים יוונים שמשמעותם "דומה" ו"מצב של יציבות ". הקידומת "הומו" מדגישה שההומאוסטזיס לא עובד כמו תרמוסטט או בקרת שיוט במכונית, קבועים בטמפרטורה או במהירות מדויקת אחת. במקום זאת, הומאוסטזיס מחזיקה בגורמים פיזיולוגיים חשובים בטווח ערכים מקובל, על פי סקירה בכתב העת Appetite.
גוף האדם, למשל, מווסת את הריכוזים הפנימיים שלו של מימן, סידן, אשלגן ונתרן, חלקיקים טעונים שתאים מסתמכים עליהם לתפקוד תקין. תהליכים הומאוסטטיים שומרים גם על מים, חמצן, pH ורמות סוכר בדם, כמו גם על טמפרטורת גוף הליבה, כך עולה מסקירת 2015 בנושא התקדמות בחינוך לפיזיולוגיה.
בקרב אורגניזמים בריאים, תהליכים הומאוסטטיים נפרשים באופן מתמיד ואוטומטי, על פי Scientific American. מערכות מרובות פועלות לרוב במקביל בכדי להחזיק יציב בפיזיולוגיה יחידה, כמו טמפרטורת הגוף. אם אמצעים אלה מקרטעים או נכשלים, אורגניזם עלול להיכנע למחלות, או אפילו למוות.
כיצד נשמרת ההומאוסטזיס
מערכות הומאוסטטיות רבות מקשיבות לאיתות מצוקה מהגוף כדי לדעת מתי משתני המפתח נופלים מהטווח המתאים שלהם. מערכת העצבים מזהה סטיות אלה ומדווחת בחזרה למרכז בקרה, לרוב מבוסס במוח. לאחר מכן מרכז הבקרה מכוון את השרירים, האיברים והבלוטות לתקן את ההפרעה. הלולאה המתמשכת של הפרעה והתאמה מכונה "משוב שלילי", על פי ספר הלימוד המקוון אנטומיה ופיזיולוגיה.
לדוגמא, גוף האדם שומר על טמפרטורת ליבה של כ- 98.6 מעלות פרנהייט (37 מעלות צלזיוס). כאשר מחממים יתר על המידה, חיישני התרמו בעור ובמוח משמיעים אזעקה, מה שגורם לתגובת שרשרת שמכוונת את הגוף להזיע ולשטוף. כשהוא מצונן, הגוף מגיב על ידי צמרמורת והפחתת זרימת הדם לעור. באופן דומה, כאשר רמות הנתרן עולות, הגוף מסמן לכליות לשמור על מים ולגרש עודפי מלח בשתן מרוכז, על פי שני מחקרים במימון NIH.
בעלי חיים יתאימו גם את התנהגותם בתגובה לפידבק שלילי. לדוגמא, כאשר מחממים יתר על המידה, אנו עשויים להשיל שכבת בגדים, לעבור לצל או לשתות כוס מים קרה.
דגמים מודרניים של הומאוסטזיס
מושג המשוב השלילי מתוארך לתיאורו של קנון על הומאוסטזיס בשנות העשרים, והיה ההסבר הראשון לאופן בו פועלת ההומאוסטזיס. אולם בעשורים האחרונים מדענים רבים טוענים כי אורגניזמים מסוגלים לצפות לשיבושים פוטנציאליים בהומאוסטזיס, במקום להגיב אליהם רק לאחר מעשה.
מודל חלופי זה של הומאוסטזיס, המכונה allostasis, מרמז שנקודת התצורה האידיאלית עבור משתנה מסוים יכולה להשתנות בתגובה לשינויים סביבתיים חולפים, על פי מאמר משנת 2015 ב- Psychological Review. הנקודה עשויה להשתנות תחת השפעת מקצבים צירים, מחזורי וסת או תנודות יומיומיות בטמפרטורת הגוף. נקודות קבועות עשויות להשתנות גם בתגובה לתופעות פיזיולוגיות, כמו חום, או לפצות על מספר תהליכים הומאוסטטיים המתרחשים בו זמנית, על פי סקירת 2015 בנושא התקדמות בחינוך לפיזיולוגיה.
ארט וודס, ביולוג מאוניברסיטת מונטנה במיסולה, אמר כי "נקודות המוצב עצמן אינן קבועות אך יכולות להראות פלסטיות אדפטיבית." "מודל זה מאפשר תגובות צפויות להפרעות אפשריות הקרובות לנקודות נקבע."
לדוגמה, לקראת ארוחה, הגוף מפריש תוספת של אינסולין, גרלין והורמונים אחרים, כך עולה מסקירה שנערכה ב -2007 ב- Appetite. אמצעי מנע זה קורא את הגוף למבול הקלוריות הנכנס, ולא להיאבק כדי לשלוט על מאגרי הסוכר והאנרגיה בדם בעקבותיו.
היכולת לשנות נקודות קבועות מאפשרת לבעלי חיים להסתגל למתחי לחץ לטווח הקצר, אך הם עלולים להיכשל מול אתגרים ארוכי טווח, כמו שינויי אקלים.
"הפעלת מערכות תגובה הומאוסטטיות יכולה להיות בסדר לפרקי זמן קצרים," אמר וודס. אבל הם לא נועדו להחזיק מעמד לאורך זמן. "מערכות הומאוסטטיות יכולות להיכשל באופן קטסטרופלי אם הן נדחפות רחוק מדי. לכן, למרות שמערכות עשויות להיות מסוגלות להתמודד עם אקלים חדשני לטווח הקרוב, יתכן והן לא יוכלו להתמודד עם שינויים גדולים יותר לאורך פרקי זמן ארוכים יותר."
שמירה על מידע זורם
ייתכן שהמערכות ההומאוסטטיות התפתחו בעיקר כדי לסייע לאורגניזמים לשמור על תפקוד מיטבי בסביבות ובמצבים שונים. אך על פי מאמר משנת 2013 בכתב העת Trends in Ecology & Evolution, ישנם מדענים שמשערים כי הומאוסטזיס מספק בעיקר "רקע שקט" לתאים, רקמות ואיברים לתקשר זה עם זה. התיאוריה גורסת כי הומאוסטזיס מקל על אורגניזמים להוציא מידע חשוב מהסביבה ומעבורת אותות בין חלקי גוף.
ללא קשר למטרתו האבולוציונית, ההומאוסטזיס עיצב את המחקר במדעי החיים במשך כמעט מאה שנה. אף על פי שנדונו בעיקר בהקשר של פיזיולוגיה של בעלי חיים, תהליכים הומאוסטטיים מאפשרים לצמחים גם לנהל מאגרי אנרגיה, להזין תאים ולהגיב לאתגרים סביבתיים. מעבר לביולוגיה, מדעי החברה, סייברנטיקה, מדעי המחשב והנדסה משתמשים כולם בהומאוסטזיס כמסגרת להבנת האופן בו אנשים ומכונות שומרים על יציבות למרות שיבושים.
נוסף rמקורות:
