Bioreguláció

Szerényi Gábor

2004. április 01. 11:27

A bioreguláció latin eredetű kifejezés, magyarul biológiai szabályozást jelent. A különböző biológiai szerveződési szintek vizsgálata során gyakran használjuk. Beszélünk molekuláris szintű, majd az egyedek szintjén megvalósuló szabályozásról, és a társulások meghatározásakor is hangsúlyozottan ki szoktuk emelni, hogy a biocönózisok populációkból szerveződő, meghatározott törvényszerűségek szerint szabályozottan működő rendszerek.

Okkal merülhet fel a kérdés, mit jelent, és miben, milyen formában nyilvánul meg ez a szabályozottságuk ? Mielőtt megvizsgálnánk ennek a megállapításnak pontos értelmezését tekintsük át általánosan a szabályozásnak mint irányítási elvnek a legfontosabb jellemzőit. A folyamatok irányításának két alapformája van, a vezérlés és a szabályozás. A vezérlés mindig egyirányú kapcsolatot jelent. Az utasításokat adó vezérlőközpont az alája rendelt rendszert vagy rendszereket jelekkel, információkkal működteti, ebben az esetben azonban az irányított rendszer semmilyen formában sem befolyásolja a központ működését. A technikában így működik például az az automata gépsor, amely a központba programozott utasításnak megfelelően mondjuk húsz másodpercenként levesz egy fémlemezt az odakészített nyersanyagból és megfelelő alakúra hajlítja azt. Az élő szervezetekben kevés vezérléssel irányított folyamat van, ilyen például a DNS átírása RNS-é a fehérjeszintézis menetében. A szabályozás a vezérlésnél összetettebb irányító folyamat. Minden esetben öt fontos eleme van. Közülük az első egy jellemző, amelyre a szabályozó kifejti a hatását. A második az úgynevezett beállítási pont értéke, ezt gyakran szokták "kell" értéknek is nevezni. A harmadik egy érzékelő, amely folyamatosan ellenőrzi, figyeli a jellemző pillanatnyi állapotát, a negyedik egy korrekciós folyamat, amely ha szükséges, visszaállítja a pillanatnyi "van" értékét a szükséges "kell" értékre. Ehhez azonban állandó visszajelzésre van szükség az irányított rendszer működéséről, ez az ötödik összetevő. A szabályozás tehát a vezérléssel szemben kétirányú kapcsolatot jelent a központ és az irányított rendszer között. A mindennapi életünkben pontosan így történik egy termosztáttal szabályozott lakásfűtő berendezés működtetése is. A rendszerváltozó jellemző a léghőmérséklet, a változás érzékelője a termosztát. A beállítási pont az az általunk megválasztott léghőmérsékleti érték, amelyet a fűtéssel biztosítani szeretnénk. Ha a szobában a levegő pillanatnyi hőmérséklete ( a "van" érték) a termosztáton beállított "kell" érték alá esik a termosztát bekapcsol, megindul a fűtés, azaz a korrekciós mechanizmus a "van" értéket a kell értékre állítja vissza. A levegő felmelegedése a visszajelzés, ezt érzékeli a termosztát és a fűtést kikapcsolja. Az egész folyamatot negatív visszacsatolásnak (feedback) is nevezik. Hozzá kell tennünk még, hogy az eredeti szabályozókör működésén túl, kívülről is érkezhetnek hatások, ezeket szoktuk "zavaró jeleknek" nevezni. Fenti példánknál maradva zavaró jel lehet egy nyitva felejtett ablak, amely a fűtési rendszert állandó – de a kell értéket soha el nem érő – melegítésre készteti, vagy szervezeti szinten a szabályozás zavaró jele, ha valamitől megijedünk és a vérnyomásunk emelkedik. Mint a bevezetőben már említettem, a szabályozottság a biológiai szerveződés valamennyi szintjére jellemző. Ennek eredménye, hogy egy sejt, egy szervezet vagy akár egy társulás legfontosabb jellemzői és összetevői a külső környezeti tényezők hatásainak ellenére viszonylagos állandóságot mutat. Azaz hiába érkeznek állandóan "zavaró jelek" , a vizsgált rendszer belső állapotát leíró mutatók az optimálishoz közeli, többé-kevésbé változatlan értéken maradnak. Természetesen az egyes szinteken mások és mások a mutatók és eltérőek a szabályozó mechanizmusok is. Molekuláris szinten nagyjelentőségűek a gének működését szabályozó nukleinsav és fehérje kapcsolatrendszerek.. A sejtek szintjén is elsősorban kémiai hatóanyagok segítségével valósulnak meg a regulációs folyamatok. Az egyed szintjén a növényvilágban kémiai - hormonális – szabályozás jellemző, emellett az állatvilágban az evolúció során kialakult az idegi szabályozás is. A társulások szabályozottsága elsősorban működésük azonos szinten tartásán nyilvánul meg. Megnyilvánulási formája, egyben állapotjelzője, például a társulások felépítésében részt vevő populációk egyedszámának állandósága. Ez nem azt jelenti, hogy a populációk egyedszáma évről évre pontosan ugyanaz, hanem azt, hogy hosszú évek során egy átlagos érték körül ingadozik. Ebből következik, hogy a társulások egyik fontos szabályozó mechanizmusa a biodemografikus mechanizmus, amely a különböző táplálkozási típusú populációk kölcsönhatása révén jut érvényre. Közülük is a predátor-préda, azaz a fogyasztó-fogyasztott viszony a meghatározó. Könnyű belátnunk a szabályozó működés egyszerű megvalósulási elvét: ha az egyik évben, például bőséges a fenyőmag termés, a mókusok, vagy a fenyőmaggal táplálkozó madarak is bőséges terített asztalra bukkannak, és az átlagosnál több ivadékot tudnak felnevelni. Hasonló gondolatmenet alapján az elsősorban mókusokkal táplálkozó nyusztok száma hasonlóan növekedést fog mutatni. A magasabb nyuszt létszám egy erdőben azonban jelentősebb mókus egyedszám csökkenést von maga után, ezért a következő időszakban ennek megfelelően kevesebb nyuszt jut táplálékhoz, az ő egyedszámuk is csökken és az eredeti állapot áll vissza. Természetes körülmények között azért a helyzet összetettebb. A társulásokban a populációk között nem két-három tagú lineáris táplálkozási lánc, hanem sokkal bonyolultabb kapcsolatrendszereken alapuló táplálkozási hálózatok szerveződnek. Ezek együtteseként beszélhetünk egy-egy élőhely eltartóképességéről, amely a populációkon kívül, a termelők, azaz a növényvilág trofikus szintjén, a talaj tápanyagellátottságát is magába foglalja. Igy másik szabályozó mechanizmusként fontos utalnunk a biogeokémiai szabályozásra, amely negatív visszacsatolással akár a tartalékok mozgosítása révén, akár korlátozó tényezőként fellépve, képes a társulás működésének szabályozására és adott állandó szinten tartására. A társulások működésük során nem kívülről érkező utasítások, hanem összetevőik változásai révén valósítják meg saját szabályozásukat, ezért önszabályozó rendszerek A társulások önszabályozó működésük következtében jellemző belső állandósága, homeosztázisa nincs ellentmondásban a társulások fejlődésével, a biotikus szukcesszióval. A biotikus szukcesszió folyamán bekövetkező változásokra úgy kell tekintenünk, mintha a lakásban a termosztát érzékelőjét egy magasabb hőmérsékleti értékre állítottuk volna. A szukcesszió során – kölcsönösen és egymásra hatva – megváltoznak az élőhelyre jellemző biotikus és abiotikus jellemzők. A már jelenlévő populációk működése megváltoztatja a környezeti tényezőket: humuszban gazdagabbá válik a talaj, nő az árnyékolóhatás stb. Ezek a változások a biotikus tényezők változását vonják maguk után, újabb populációk integrálódása és más, korábban ott lévő populációk kiszorulása megy végbe, amely újra szükségszerűen az abiotikus tényezők újabb megváltozását fogja eredményezi, és folytathatnánk tovább az utolsó fejlődési állapotig, a zárótársulásig. Az egyes szukcessziós állapotoknak azonban megvannak a rájuk jellemző komponensekből álló önszabályozó mechanizmusaik, amelyek révén a környezet biztosította lehetőségeken belül szabályozott belső állandóságot fognak mutatni. Más a helyzet a kertekben, a parkokban vagy a szántóföldeken. A félkultúr vagy kultúr társulásokban az emberi beavatkozás mindkét fontos önszabályozó mechanizmus működését lehetetlenné teszi. Hiszen a "kultúrtársulás" összetétele egy vegyszeresen kezelt sokhektáros kukoricatáblán egyetlen termelő populációra korlátozódik és a fogyasztó populációk is jószerivel csak a megporzást végző fajokra korlátozódnak. A termés betakarításában, a kukoricaszárak elszállításával az ember közvetlenül beavatkozik a lebontófolyamatokba és a biogeokémiai anyagforgásba is. Ezért a "társulás" fenntartására szükség van a vetésre és a trágyázásra, ezzel a szabályozás feladatát az ember veszi át. Az ember tevékenysége során a természetes társulásokba történő beavatkozással önszabályozó mechanizmusaikat megzavarhatja, sőt teljesen lehetetlenné teheti a szabályozó folyamatok működését. A természetes biocönózisok nagy része nehezen tűri a bolygatás leggyakoribb formáit, a taposást, az erdők kiirtását, idegen fajok betelepítését. A beavatkozások hatására fellépő társulásidegen fajok egyáltalán nem vagy csak nagyon nehezen illeszkednek be a táplálkozási hálózatokba, terjeszkedésük inváziószerűvé válik és ez a szabályozás felborulásának alapvető oka. Az emberi beavatkozás a másik legfőbb szabályozókört is érintheti, például a talaj vagy a víz tápanyagbősége is egyes fajok túlszaporodásához, az önszabályozás felborulásához vezet. Ez a magyarázata például a tavak eutrofizációjának is.

hirdetés

hirdetés

hirdetés

hirdetés

hirdetés

hirdetés

hirdetés