TERMORECEPTORY: U ĽUDÍ, U ZVIERAT, U RASTLÍN - BIOLÓGIE - 2024

Tieto thermoreceptors sú tie receptory, ktoré majú veľa živé organizmy vnímanie podnetov podmienky okolo. Nie sú typické iba pre zvieratá, pretože rastliny musia tiež registrovať podmienky prostredia, ktoré ich obklopujú.

Detekcia alebo vnímanie teploty je jednou z najdôležitejších zmyslových funkcií a je často nevyhnutná pre prežitie druhov, pretože im umožňuje reagovať na tepelné zmeny, ktoré sú typické pre prostredie, v ktorom sa vyvíjajú.

Crotalus willardi, s jedným z dvoch výrazných lebečných jám (termoreceptorov) viditeľných medzi nosom a okom. Robert S. Simmons.

Jeho štúdia zahŕňa dôležitú súčasť senzorickej fyziológie a u zvierat sa začala okolo roku 1882, vďaka experimentom, ktoré dokázali spojiť tepelné pocity s lokalizovanou stimuláciou citlivých miest na ľudskej koži.

U ľudí existujú termoreceptory, ktoré sú veľmi špecifické v súvislosti s tepelnými stimulmi, ale existujú aj iné látky, ktoré reagujú na „studené“ aj „horúce“ podnety, ako aj na niektoré chemikálie, ako napríklad kapsaicín a mentol (ktoré vytvárajú podobné stimuly). na horúce a studené pocity).

U mnohých zvierat reagujú termoreceptory tiež na mechanické podnety a niektoré druhy ich používajú na získanie potravy.

Pre rastliny je prítomnosť proteínov známych ako fytochrómy nevyhnutná pre tepelné vnímanie a s tým spojené rastové reakcie.

Termoreceptory u ľudí

Ľudské bytosti, rovnako ako iné cicavce, majú rad receptorov, ktoré im umožňujú lepšie sa vzťahovať k životnému prostrediu prostredníctvom tzv. „Špeciálnych zmyslov“.

Tieto „receptory“ nie sú ničím iným ako konečnými časťami dendritov zodpovednými za vnímanie rôznych environmentálnych stimulov a prenos takýchto senzorických informácií do centrálneho nervového systému („voľné“ časti senzorických nervov).

4 Modely štruktúry senzorického systému u ľudí (Zdroj: Shigeru23 via Wikimedia Commons)

Tieto receptory sú v závislosti od zdroja stimulu klasifikované ako exteroceptory, proprioceptory a interoceptory.

Exteroceptory sú bližšie k povrchu tela a „snímajú“ okolité prostredie. Existuje niekoľko typov: napríklad tie, ktoré vnímajú teplotu, dotyk, tlak, bolesť, svetlo a zvuk, chuť a vôňu.

Proprioceptory sa špecializujú na prenos stimulov súvisiacich s priestorom a pohybom smerom k centrálnemu nervovému systému, zatiaľ čo interoceptory sú zodpovedné za vysielanie senzorických signálov generovaných vo vnútri orgánov tela.

Exteroceptors

V tejto skupine existujú tri typy špeciálnych receptorov známych ako mechanoreceptory, termoreceptory a nociceptory, ktoré sú schopné reagovať na dotyk, teplotu a bolesť.

U ľudí majú termoreceptory schopnosť reagovať na teplotné rozdiely 2 ° C a sú subklasifikované na tepelné receptory, studené receptory a nociceptory citlivé na teplotu.

- Tepelné receptory neboli náležite identifikované, predpokladá sa však, že zodpovedajú koncovkám „holých“ nervových vlákien (nie myelinizovaných), ktoré sú schopné reagovať na zvýšenú teplotu.

- Chladové termoreceptory pochádzajú z myelinizovaných nervových zakončení, ktoré sa vetvia a nachádzajú sa hlavne v epiderme.

- Nociceptori sa špecializujú na reakciu na bolesť spôsobenú mechanickým, tepelným a chemickým stresom; Sú to zakončenie myelinizovaných nervových vlákien, ktoré sú rozvetvené v epiderme.

Termoreceptory u zvierat

Zvieratá, ako aj ľudia, tiež závisia od rôznych typov receptorov, aby vnímali prostredie okolo seba. Rozdiel medzi termoreceptormi u ľudí v porovnaní s tými, ktoré majú niektoré zvieratá, spočíva v tom, že zvieratá majú často receptory, ktoré reagujú na tepelné aj mechanické podnety.

To je prípad niektorých receptorov na koži rýb a obojživelníkov, niektorých mačiek a opíc, ktoré sú schopné reagovať na mechanickú a tepelnú stimuláciu (v dôsledku vysokých alebo nízkych teplôt).

U zvierat bezstavovcov bola experimentálna demonštrovaná aj možná existencia tepelných receptorov, avšak oddelenie jednoduchej fyziologickej odpovede na tepelný účinok od reakcie vyvolanej špecifickým receptorom nie je vždy ľahké.

Konkrétne „dôkaz“ naznačuje, že veľa hmyzu a niektorých kôrovcov vníma tepelné zmeny vo svojom prostredí. Pijavice majú tiež špeciálne mechanizmy na detekciu prítomnosti teplokrvných hostiteľov a sú jedinými bezstavovcami, u ktorých sa to preukázalo.

Podobne niekoľko autorov poukazuje na možnosť, že niektorí ektoparaziti teplokrvných živočíchov dokážu zistiť prítomnosť svojich hostiteľov v okolí, hoci to nebolo príliš študované.

U stavovcov, ako sú niektoré druhy hadov a určité netopiere sajúce krv (ktoré sa živia krvou), existujú infračervené receptory schopné reagovať na „infračervené“ tepelné podnety vysielané ich teplokrvnou korisťou.

Fotografia netopiera krvavého ("upíra") (Zdroj: Ltshears via Wikimedia Commons)

„Upíri“ netopiere ich majú na svojich tvárach a pomáhajú im určiť prítomnosť kopytníkov, ktoré slúžia ako jedlo, zatiaľ ich „primitívne“ boa a niektoré druhy jedovatých crotalines majú na svojej koži a sú to voľné nervové zakončenia, ktoré rozvetvujú sa.

Ako fungujú?

Termoreceptory pracujú viac-menej rovnakým spôsobom u všetkých zvierat a v podstate robia organizmu, ktorého sú súčasťou, teplotu okolia.

Ako už bolo uvedené, tieto receptory sú vlastne nervové terminály (konce neurónov pripojené k nervovej sústave). Elektrické signály generované v týchto trvajú iba niekoľko milisekúnd a ich frekvencia je vysoko závislá na okolitej teplote a vystavení náhlym zmenám teploty.

Za konštantných teplotných podmienok sú termoreceptory pokožky stále aktívne a posielajú signály do mozgu, aby generovali potrebné fyziologické odpovede. Po prijatí nového stimulu sa vygeneruje nový signál, ktorý môže alebo nemusí trvať v závislosti od jeho trvania.

Iónové kanály citlivé na teplo

Tepelné vnímanie začína aktiváciou termoreceptorov v nervových zakončeniach periférnych nervov v koži cicavcov. Tepelný stimul aktivuje teplotne závislé iónové kanály v axónových termináloch, čo je nevyhnutné pre vnímanie a prenos stimulu.

Tieto iónové kanály sú proteíny, ktoré patria do rodiny kanálov známych ako „iónové kanály citlivé na teplo“ a ich objav umožnil objasniť mechanizmus tepelného vnímania vo väčšej hĺbke.

Molekulárna identita nervov, ktoré reagujú na chlad alebo teplo v závislosti od expresie tepelne citlivých iónových kanálov (Zdroj: David D. McKemy prostredníctvom Wikimedia Commons)

Jeho úlohou je regulovať tok iónov, ako je vápnik, sodík a draslík, do a z tepelných receptorov, čo vedie k tvorbe akčného potenciálu, ktorý vedie k nervovému impulzu do mozgu.

Termoreceptory v rastlinách

Pre rastliny je tiež nevyhnutné dokázať zistiť akékoľvek tepelné zmeny, ktoré sa vyskytujú v prostredí, a vydať odpoveď.

Niektoré výskumy tepelného vnímania rastlín ukázali, že často závisia od bielkovín nazývaných fytochrómy, ktoré sa tiež podieľajú na kontrole viacerých fyziologických procesov vo vyšších rastlinách, medzi ktoré patrí klíčenie a vývoj sadeníc, kvitnutia atď.

Fytochrómy hrajú dôležitú úlohu pri určovaní typu žiarenia rastlín, ktoré sú vystavené a sú schopné pôsobiť ako molekulárne „spínače“, ktoré sa zapínajú pod priamym svetlom (s vysokým podielom červeného a modrého svetla), alebo ktoré vypínajú v tieni (vysoký podiel „príliš červeného“ žiarenia).

Schematické znázornenie aktívneho (Pr) a neaktívneho (Pfr) fytochrómu (Zdroj: Bengt A. Lüers - BiGBeN_87_de prostredníctvom Wikimedia Commons)

Aktivácia niektorých fytochrómov podporuje „kompaktný“ rast a inhibuje predĺženie pôsobením ako transkripčné faktory pre gény zapojené do týchto procesov.

Ukázalo sa však, že v niektorých prípadoch môže byť aktivácia alebo inaktivácia fytochrómov nezávislá od žiarenia (červené alebo príliš červené svetlo), ktoré je známe ako „reakcia zvrátenia tmy“, ktorej rýchlosť zjavne závisí od teplotu.

Vysoké teploty podporujú rýchlu inaktiváciu niektorých fytochrómov, čo spôsobuje, že prestávajú fungovať ako transkripčné faktory, čo podporuje predlžovanie rastu.

Referencie

1. Brusca, RC, a Brusca, GJ (2003). Bezstavovce (č. QL 362. B78 2003). Basingstoke.
2. Feher, JJ (2017). Kvantitatívna fyziológia človeka: úvod. Akademická tlač.
3. Hensel, H. (1974). Thermoreceptors. Ročný prehľad o fyziológii, 36 (1), 233-249.
4. Kardong, KV (2002). Stavovce: porovnávacia anatómia, funkcia, vývoj. New York: McGraw-Hill.
5. M. Legris, C. Klose, ES Burgie, CCR Rojas, M. Neme, A. Hiltbrunner, PA Wigge, E. Schafer, RD Vierstra, JJ Casal. Fytochróm B integruje signály svetla a teploty do Arabidopsis. Science, 2016; 354 (6314): 897
6. Rogers, K., Craig, A. a Hensel, H. (2018). Encyklopédia Britannica. Získané 4. decembra 2019, na adrese www.britannica.com/science/thermoreception/Properties-of-thermoreceptors
7. Zhang, X. (2015). Molekulárne senzory a modulátory termorecepcie. Kanály, 9 (2), 73-81.