Homöostase

Von Academic Kids

Homöostase oder Homöostase ist die Eigenschaft eines offenen Systems, insbesondere eines lebenden Organismus, seine innere Umgebung so zu regulieren, dass ein stabiler Zustand aufrechterhalten wird, und zwar durch mehrfache dynamische Gleichgewichtsanpassungen, die durch miteinander verbundene Regulationsmechanismen gesteuert werden.

Der Begriff wurde 1932 von Walter Cannon aus zwei griechischen Wörtern (gleich bleiben) geprägt.

Inhalt

Überblick

Der Begriff wird meist im Sinne der biologischen Homöostase verwendet. homöo- ähnlich oder gleich. Mehrzellige Organismen benötigen eine homöostatische innere Umgebung, um zu leben; viele Umweltschützer glauben, dass dieses Prinzip auch für die äußere Umgebung gilt.Viele ökologische, biologische und soziale Systeme sind homöostatisch. Sie widersetzen sich Veränderungen, um das Gleichgewicht aufrechtzuerhalten. Wenn es dem System nicht gelingt, sein Gleichgewicht wiederherzustellen, kann dies letztendlich dazu führen, dass das System nicht mehr funktioniert.

Komplexe Systeme, wie der menschliche Körper, müssen homöostatisch sein, um stabil zu bleiben und zu überleben. Diese Systeme müssen nicht nur bestehen, um zu überleben, sie müssen sich auch an Veränderungen in der Umwelt anpassen und weiterentwickeln.

Eigenschaften der Homöostase

Homöostatische Systeme weisen mehrere Eigenschaften auf:

• Sie sind ultrastabil;
• ihre gesamte Organisation, intern, strukturell und funktionell, trägt zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichts bei
• sie sind unvorhersehbar (der resultierende Effekt einer bestimmten Handlung hat oft den entgegengesetzten Effekt zu dem, was erwartet wurde).

Hauptbeispiele für die Homöostase bei Säugetieren sind folgende:

• Die Regulierung der Wasser- und Mineralstoffmengen im Körper. Dies wird als Osmoregulation bezeichnet. Dies geschieht in den Nieren.
• Der Abtransport von Stoffwechselabfällen. Dies wird als Ausscheidung bezeichnet. Dies geschieht durch die Ausscheidungsorgane wie Nieren und Lunge.
• Die Regulierung der Körpertemperatur. Dies geschieht hauptsächlich durch die Haut.
• Die Regulierung des Blutzuckerspiegels. Dies geschieht hauptsächlich durch die Leber und das von der Bauchspeicheldrüse ausgeschüttete Insulin.

Mechanismen der Homöostase: Rückkopplung

Hauptartikel: Rückkopplung

Wenn eine Veränderung einer Variablen auftritt, gibt es zwei Haupttypen von Rückkopplungen, auf die das System reagiert:

• Eine negative Rückkopplung ist eine Reaktion, bei der das System so reagiert, dass es die Richtung der Veränderung umkehrt. Da dies dazu führt, dass die Dinge konstant bleiben, ermöglicht es die Aufrechterhaltung der Homöostase. Wenn beispielsweise die Kohlendioxidkonzentration im menschlichen Körper ansteigt, wird der Lunge signalisiert, ihre Aktivität zu erhöhen und mehr Kohlendioxid auszustoßen.
• Bei einer positiven Rückkopplung besteht die Reaktion darin, die Veränderung der Variablen zu verstärken. Dies hat eine destabilisierende Wirkung, führt also nicht zu einer Homöostase. Die positive Rückkopplung ist in der Natur seltener anzutreffen als die negative Rückkopplung, aber sie hat ihre Anwendungen. In Nerven zum Beispiel löst ein elektrisches Schwellenpotential die Erzeugung eines viel größeren Aktionspotentials aus. (Siehe auch Hebelpunkte.)

Ökologische Homöostase

In der Gaia-Hypothese erklärte James Lovelock, dass die gesamte Masse der lebenden Materie auf der Erde (oder auf jedem anderen Planeten mit Leben) wie ein riesiger Organismus funktioniert, der seinen Planeten aktiv verändert, um eine Umgebung zu schaffen, die seinen Bedürfnissen entspricht. In dieser Sichtweise hält der gesamte Planet die Homöostase aufrecht. Ob es ein solches System auf der Erde gibt, ist noch umstritten. Einige relativ einfache homöostatische Mechanismen sind jedoch allgemein anerkannt. Wenn beispielsweise der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre steigt, können die Pflanzen besser wachsen und somit mehr Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernen. Wenn das Sonnenlicht reichlich vorhanden ist und die Temperatur in der Atmosphäre steigt, gedeiht das Phytoplankton im Oberflächenwasser der Ozeane und produziert mehr Dimethylsulfid (DMS). Die DMS-Moleküle wirken als Wolkenkondensationskerne, die mehr Wolken erzeugen und so die atmosphärische Albedo erhöhen und die Temperatur der Atmosphäre senken.

Biologische Homöostase

Homöostase ist eine der grundlegenden Eigenschaften von Lebewesen. Sie ist die Aufrechterhaltung des inneren Milieus innerhalb tolerierbarer Grenzen.

Das innere Milieu des Körpers eines Lebewesens besteht bei mehrzelligen Tieren aus Körperflüssigkeiten. Zu den Körperflüssigkeiten gehören Blutplasma, Gewebeflüssigkeit und intrazelluläre Flüssigkeit. Die Aufrechterhaltung eines stabilen Zustands in diesen Flüssigkeiten ist für Lebewesen von entscheidender Bedeutung, da das Fehlen eines solchen Zustands das genetische Material schädigt.

In Bezug auf jeden Parameter kann ein Organismus ein Konformer oder ein Regulator sein. Regulatorische Organismen versuchen, den Parameter auf einem konstanten Niveau zu halten, unabhängig davon, was in ihrer Umgebung geschieht. Konformisten lassen zu, dass die Umwelt den Parameter bestimmt. So halten beispielsweise endotherme Tiere ihre Körpertemperatur konstant, während ektotherme Tiere große Schwankungen in der Körpertemperatur aufweisen.

Das soll nicht heißen, dass Konformisten nicht über Verhaltensanpassungen verfügen können, die es ihnen ermöglichen, eine gewisse Kontrolle über den fraglichen Parameter auszuüben. Reptilien zum Beispiel sitzen morgens oft auf sonnenerwärmten Felsen, um ihre Körpertemperatur zu erhöhen.

Ein Vorteil der homöostatischen Regulierung ist, dass sie dem Organismus ermöglicht, effektiver zu funktionieren. So neigen Ektothermen dazu, bei niedrigen Temperaturen träge zu werden, während Endothermen so aktiv wie immer sind. Andererseits erfordert die Regulierung Energie. Ein Grund dafür, dass Schlangen nur einmal in der Woche essen können, ist, dass sie viel weniger Energie für die Aufrechterhaltung der Homöostase benötigen.

Homöostase im menschlichen Körper

Alle möglichen Faktoren beeinflussen die Eignung der menschlichen Körperflüssigkeiten zur Aufrechterhaltung des Lebens; dazu gehören Eigenschaften wie Temperatur, Salzgehalt und Säuregehalt sowie die Konzentrationen von Nährstoffen wie Glukose, verschiedenen Ionen, Sauerstoff und Abfallstoffen wie Kohlendioxid und Harnstoff. Da sich diese Eigenschaften auf die chemischen Reaktionen auswirken, die den Körper am Leben erhalten, gibt es eingebaute physiologische Mechanismen, um sie auf einem wünschenswerten Niveau zu halten.

Es ist jedoch zu beachten, dass die Homöostase nicht der Grund für diese ständigen unbewussten Anpassungen ist. Die Homöostase sollte als eine allgemeine Charakterisierung vieler normaler Prozesse betrachtet werden, nicht als ihre eigentliche Ursache. Darüber hinaus gibt es zahlreiche biologische Phänomene, die diesem Modell nicht entsprechen, wie z. B. der Anabolismus.

Andere Bereiche

Der Begriff wird auch in anderen Bereichen verwendet.

Ein Versicherungsmathematiker spricht von „Risikohomöostase“, wenn (zum Beispiel) Personen, die ein Antiblockiersystem haben, keine bessere Sicherheitsbilanz haben als Personen ohne Antiblockiersystem, weil sie das sicherere Fahrzeug unbewusst durch weniger sichere Fahrgewohnheiten kompensieren.

Soziologen und Psychologen sprechen von „Stresshomöostase“, der Tendenz einer Bevölkerung oder eines Individuums, sich auf einem bestimmten Stressniveau zu halten, wobei oft künstlicher Stress erzeugt wird, wenn das „natürliche“ Stressniveau nicht ausreicht.

Beispiele

• Wärmeregulation:
  • Die Skelettmuskeln können zittern, um Wärme zu erzeugen, wenn die Körpertemperatur zu niedrig ist.
  • Die Thermogenese ohne Zittern beinhaltet die Zersetzung von Fett, um Wärme zu erzeugen.
  • Schwitzen kühlt den Körper durch Verdunstung.
• Chemische Regulation
  • Die Bauchspeicheldrüse produziert Insulin und Glukagon, um die Blutzuckerkonzentration zu kontrollieren.
  • Die Lunge nimmt Sauerstoff auf und gibt Kohlendioxid ab.
  • Die Nieren entfernen Harnstoff und regulieren die Konzentrationen von Wasser und einer Vielzahl von Ionen.

Die meisten dieser Organe werden durch Hormone gesteuert, die von der Hypophyse ausgeschüttet werden, die wiederum vom Hypothalamus gesteuert wird.

Siehe auch

• Akklimatisierung
• Biologischer Rhythmus
• Stoffwechsel
• Apoptose
• Altern
• Gleichgewicht
• Selbstorganisation
• Kybernetik

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