Biološke adaptacije
Regulatori i konformisti
Pre početka ove lekcije preporučujemo TI da se podsetiš lekcija o adaptacijama i ekološkim faktorima iz osmog razreda osnonve škole.
Fiziologija jedne životinje tj. procesi koji se u njenom organizmu odvijaju su usaglašeni sa zahtevima i uslovima sredine, jer je to osnovni uslov preživljavanja. Što su bolje prilagodjene životinje uspešnije preživljavaju. Adaptacija predstavlja upravo prilagođenost uslovima životne sredine. Adaptacije su genetski uslovljene, one se nasleđuju i usavršavaju iz generacije u generaciju, ali ne predstavljaju povratan proces. Odnosno adaptacije se ne vraćaju unazad. Adaptacije nastaju slučajno i selektuju se kada se pojave i kada se pokaže da su korisne za preživljavanje- one ne nastaju slučajno. Za adaptivnu osobinu smatramo onu koja je evoluirala na način da poboljšava prilagođenost organizma zahtevima životne sredine.
Treba znati da prirodna selekcija ne obezbeđuje odmah najbolja rešenja već "rešenja" postepeno evoluiraju i genima se prenose kroz potomstvo.
Podseti se pojmova konvergencija i divergencija
Kako bi se pouzdano odredilo koja fiziološka osobina predstavlja adaptaciju neophodno je proučavanje fizioloških adaptacija udaljenih bioloških vrsta na iste uslove sredine ili upoređivanje sličnih vrsta na različite uslove sredine.
Često se meša značenje termina adaptacije sa pojmovima aklimacije i aklimatizacije. Za razliku od adaptacije, aklimacija i aklimatizacija  predstavljaju povratne procese.
  1. Aklimatizacija je povratan proces prilagođava jedinke (fizioloških faktora) uslovima sredine kojima su duže izložene.
  2. Aklimacija predstavlja sličan proces prilagođavanja, ali koji se dešava u labaratorijskim uslovima.
Picture
Tokom planinarenja naš organizam se zbog veće nadmorske sredine aklimatizira na uslove sredine. Povećaće se intenzitet disanja, doći će do promene pritiska u ušima.. Ali kada se se spustimo naš organizam će biti vraćen u prethodno stanje
Pored fizioloških reakcija aklimacije i aklimatizacije, razlikujemo i promene u funkcijama pojedinih organskih sistema koje traju duži vremenski period. Ove promene u funkcijama predstavljaju trenutno prilagođavanje. To su na primer povećan broj otkucaja srca, povećana brzina udisaja i izdisaja,povećano izbacivanje mokraće, ove reakcije nastaju kao posledica promenjenog  ponašanja, većeg fiziološkog napora, povećanog ili smanjenog uzimanja hrane ili izloženosti stresu.
Svaka životinja živi u svom mikrostaništu. Mikrostanište obuhvata fizičku i biološku okolinu životinje, tj na njega utiču biotički i abiotički faktori.  Svako živo biće je neraskidivo povezano sa sredinom koju naseljava, staništem, pošto iz sredine uzima sve resurse potrebne za život (hranjive materije, vodu, kiseonik...), a u sredinu oslobađa nepotrebne i štetne materije. Mikrostanište je često podložno promenama koje mogu da budu posledica aktivnosti same životinje ili nekog drugog biotičkog ili abitoičkog faktora.  Okolina sa nekim svojim karakteristikama može biti laka za život (topla morska voda, župska klima, izobilje biljnih vrsta) ili teška (pustinja,polarni karjevi, mora i jezera sa velikom količinom soli).
Međusobni odnos biotičkih i abiotičkih faktora u mikrostaništu je obrnuto proporcijalan. U sredinama sa neuslovnim abiotičkim fakotrima nema mnogo konkurentskih vrsta, pa je životinjama na raspolaganju veća količina hrane i drugih resursa i obrnuto.
Animacija prikazuje zavisnost biotičkih i abiotičkih fakotra. Pomoću strelica možeš da podešavaš pogodnosti fakotra i da pratiš njihov međusobni uticaj.
Spoljašnja sredina se neprekidno menja i životinje na te promene reaguju ili tako što napuštaju stanište ili ostaju na staništu i prilagođavaju se promenama. Životinje koje ostaju na staništu i prilagođavaju se dele se na konformiste i regulatore.
Raspon promena pojedinih ekoloških faktora u kojima je moguć opstanak pojedinih organskih vrsta naziva se ekološka valenca. Različiti organizmi imaju različitu širinu ekološke valenceza različite ekološke faktore.
Tako postoje eurivalentni organizmi – koji podnose široko variranje ekoloških faktora i stenovalentni organizmi – uske ekološke valence. Na primer neke životinje tolerišu velki opseg koncentracije soli i njih nazivamo eurihalne, a neke samo mali opseg i njih nazivamo stenohalinilm.
Konformisti su životinje kod kojih se parametri unutrašnje sredine menjaju paralelno sa promenama u spoljašnjoj sredini. Na osnovu toga, koji parametar unutrašnje sredine se menja konformisti mogu biti:
  1. termokonformisti – telesna temperatura se menja sa promenom spoljašnje temperature (ovde spadaju sve životinje, osim ptica i sisara),
  2. osmokonformisti – menja se koncentracija telesnih tečnosti (osmotski pritisak) sa promenom spoljašnje koncentracije (morski beskičmenjaci),
  3. volumenokonformisti-uporedo sa promenom koncentracije može da se menja i zapremina tela
  4. oksikonformisti – menja se koncentracija kiseonika sa promenom koncentracije u spoljašnjoj sredini
Odličan primer za termokonformiste su reptili. Zmije nemaju stalnu telesnu temperaturu, zbog toga se „sunčaju“ kada je spoljašnja temperatura niska, kako bi povećali svoju telesnu temperaturu i na taj način obezbedili normalno odvijanje metaboličkih procesa i ostalih funkcija. Takođe, kada je spoljašnja temperatura visoka zmije se sklanjaju u senku i tako sprečavaju pregrevanje organizma.
Osmotski pritisak morskih beskičmenjaka (npr. morske zvezde) ima približno istu vrednost kao i sredina tj. morska voda. I jedna i druga sadrže značajnu količinu rastvorenih osmotski aktivih materija, tj. imaju visoke koncentracije. Sa promenom koncentracije vode u kojoj žive kod ovih organizama se menja i osmotski pritisak unutrašnje sredine. Zbog toga ove životinje mogu živeti samo na mestima gde je koncentracija okolne vode približna njihovoj unutrašnjoj koncentraciji. U slučaju da dospeju u razblaženu morsku vodu suočiće se sa problemom preteranog ulaska vode u telo i gubitka soli tj. osmotski aktivih materija (jer se teži da se ujednači koncentracije unutrašnje i spoljašnje sredine). Istovremeno, kako voda ulazi u telo menja se i njegova zapremina, tako da su ovi organizmi i volumenokonformisti. Ovakva situacija neminovno dovodi do smrti organizma
Neke vrste crva imaju mogućnost da opstanu u uslovima značajne promene koncentracije kiseonika u sredini, jer metaboličke procese prilagođavaju količini kiseonika, zbog toga su oni osmokonformisti.
Regulatori su životinje kod kojih se unutrašnja sredina ne menja sa promenom spoljašnje sredine, jer oni imaju razvijene regulatorne mehanizme koji neutrališu promene i unutrašnja sredna ostaje nepromenjena.
Regulatori mogu biti:
  1. termoregulatori – telesna temperatura je stalna (ptice i sisari),
  2. osmoregulatori – stalna je koncentracija telesnih tečnosti,
  3. oksiregulatori – stalna koncentracija kiseonika.
Termoregulatori imaju razvijene mehanizme kojima registruju promene telesne temperature i u skladu sa time aktiviraju određeni proces. Ako dođe do povećanja telesne temperature znojne žlezde ubrzavaju svoj rad, krvni sudovi u koži se šire i na taj način organizma se oslobađa viška toplote. U slučaju da telesna temperature počne da opada aktiviraju se katabolički procesi u kojima se prilikom razlaganja organskih molekula oslobađa i toplotna energija koja se koristi za zagrevanje tela.
Picture
Promena temperature kod termoregulatora i termokonformista
Osmoregulatori održavaju stalni osmotski pritisak telesnih tečnosti zahvaljujući radu, pre svega, organa za izlučivanje. Građa i funkcija ovih organa prilagođena je sredini u kojoj organizam živi. Morski organizmi imaju razvijene mehanizme kojima se rešavaju viška soli koji dospe u organizam zajedno sa vodom, dok vodu zadržavaju. Slatkovodni organizmi rešavaju suprotan problem, oni moraju da se oslobode velike količine vode, a da zadrže soli u organizmu. Organi za izlučivanje kopnenih organizama omogućavaju očuvanje i vode i soli koje su unete hranom.
Problem čuvanja vode i održavanja telesne temperature su veoma povezani procesi. Najefikasniji način borbe protiv visoke temperature je isparavanje vode sa površine tela. Međutim time bi životinje gubile vodu iz organizma bez mogućnosti da je nadoknade, te su zbog toga razvile nove metode prilagođavanja. Pustinjski skočmiš, kao i mnogi drugi sisari koji žive u pustinjama su noćne životinje koje se sklanjaju u rupe preko dana i tako štite od visokih temperatura. Pored toga one poseduju i fiziološke mehanizme koji ih štite od gubitka vode, neki od njih se ogledaju u izlučivanju koncentrovane mokraće i suvog izmeta , kao i sposobnost dobijanja vode iz oksidacije hrane.
Za razliku od skočmiša kamile nemaju mogućnost sakrivanja te su neminovno izložene visokoj temperaturi.  One imaju mogućnost povećanja temperature u skladu sa spoljašnjom temperaturom od 35 do 41 stepen te se sprečava gubitak vode isparavanjem. Dnevne varijacije temperature podnose , zbog toga što poseduju debelo krzno koje ima ulogu u termoregulaciji jer se ponaša kao izolator. Vodeni deficit sprečavaju na taj način što produkuju koncentrovanu mokraću. Ova sposobnost proilazi iz činjenice da imaju toleranciju na povećanu ureu u krvi.
Oksiregulatori imајu razvijene mehanizme kojima održavaju stalnu koncentraciju kiseonika u organizmu.
Regulacija unutrašnje sredine u relatino uskim granicama tj. održavanje stabilnosti stanja unutrašnje sredine naziva se homeostaza. Homeostaza održava relativnu nezavisnost organizma od njegove spoljasnje sredine i uslov je njegovog opstanka.
Picture
Koncept unutrašnje sredine je u devetnaestom veku uveo u nauku osnivač moderne fiziologije , francuski naučnik Kold Bernar (1813-1878). On je prvi ukazao na značaj održavanja unutrašnje sredine u stabilnom stanju i ustanovio važnu sposobnost organizma da stanje unutrašnje sredine održava u relativno uskim granicama. Ova sposobnost nam je poznata u svakodnevnom životu, iz rutinskih kliničkih analiza krvi, merenja krvnog pritiska ili temperature tela. Na primer razlika u temperaturi od samo 3 stepena može izazvati ozbiljne komplikacije.
Homeostaza se održava zahvaljujući delovanju nervnog i endokrinog sistema, postojanjem posebnih bioloških kontrolnih sistema, koji deluju po principu povratne sprege, odnosno krajnji proizvod kontroliše proces svog nastanka. Homeostaza je sastavni deo životnih procesa, jer neprekidno nastoji da uspostavlja narušeni sklad u telu, mehanizmom povratne veze (fid-bek), automatski, i da bez uticaja svesti reguliše sve veće poremećaje ravnoteže u unutarsomatskim, socijalnim ili psihičkim procesima u organizmu. Zato u osnovi rada svih organa i tkiva u telu leže funkcije koje pomažu održavanje stalnih (konstantnih) uslova. Održanje stalnosti unutrašnje sredine na nivou ukupnog organizma podrazumeva stalan sastav ćelijske tečnosti i plazme, kao i stalnu telesnu temperaturu. Svaki organ i sistem doprinosi homeostazi drugih sistema i celog organizma. Nijedan sistem tela ne radi u izolaciji, a puno zdravlje jedne osobe zavisi od dobre interakcije svih sistema u telu. Prekida u radu samo jednog sistema generalno ima posledice po telo zbog narušenog rada nekoliko drugih sistema.
Održavanje stalnosti unutrašnje sredine obuhvata i imunološku homeostazu , stanje zdravog adultnog organizma da proizvodi antitela i imunološke ćelije koje sprečavaju štetna dejstva stranih antigena,virusa i mikroorganizama. Takođe poseban vid homeostaze predstavlja hemostaza odnosno proces fiziološkog zaustavljenja krvarenja, koja se odvija kaskadnom aktivacijom faktora koji formiraju krvni ugrušak.
Održanje homeostaze omogućeno je postojanjem preciznih bioloških kontrolnih sistema koji postoje na svim nivoima organizacije od ćelije do organskih sistema. Na primer kada je našim mišićima tokom fizičkog rada potrebna veća količina energije, određeni enzimi će pojačati sagorevanje glukoze i sintezu atp-a, a dok odmaramo višak šećera će se ugrađivati u rezervne materije kao što je glikogen.
Mnogi biološki procesi su samoregulisani i odvijaju se zahvaljujući postojanju bioloških kontrolnih sistema koji rade na principu povratne sprege. Princip rada povratne sprege jeste taj da proizvod procesa reguliše sam proces.
Pozitivna sprega može biti:
  1. Pozitivna
  2. Negativna
Negativna povratna sprega se mnogo češće sreće. Prilikom ovog mehanizma koncentracija nekog hormona A izaziva povećanje koncentracije hormona B, da bi hormon B zatim povratno delovao na smanjenje koncentracije hormona A. Primer je delovanje tireotropnih hormona hipofize na ciljne žlezde (tireotropni hormon hipofize, povećava lučenje tiroidnih horona, a oni povratno deluju na hipofizu koja prestaje sa lučenjem tireotropnog hormona).
Primer negativne povratne sprege je takođe i termoregulacija. Naime kada temperatura tela poraste, usled veće fizičke aktivnosti , kontrolnicentar u mozgu šalje signal znojnim žlezdama da povećaju svoju aktivnost, kao i krvnim sudovima da se prošire. Kao rezultat toga temperatura tela se smanjuje jer voda isparava sa povrsine tela i oslobađa toplotu. Kada temperatura dostigne optimalnu vrednost (kao termometar kod klime) putem negativne povratne sprege šalju se signali mozgu koji zaustavlja delovanje kontrolnog centra. Princip je isti i kada je telesna temperatura snižena.
Pozitivna povratna sprega je mehanizam koji se veoma malo prisutan. Pri ovom mehanizmu povećanje koncentracije nekog hormona A, utiče na povećanje koncentracije drugog hormona B, da bi zatim taj hormon povratno delovao na povećanje koncentracije početnog hormona A. Primer za ovaj mehanizam je lučenje oksitocina.
Zgrušavanje krvi je takođe primer negativne povratne sprege . Kada je usled povrede oštećen krvni sud trombociti počinju da se sakupljaju na mesto povrede. Pozitivna povratna sprega stupa u akciju: krvne pločice oslobađaju aktivne materije (faktore koagulacije) koje privlače nove krvne pločice da se natalože na mestu povrede. Potom krvne pločice započinju složen proces koji dovodi do stvaranja koaguluma i zatvaranja krvnog suda.