Los seres vivos, tanto animales como vegetales, somos sistemas abiertos que obtenemos nutrientes y gases del medio ambiente y excretamos sustancias de desecho en nuestro entorno de forma continua. Lo que para nosotros son heces, para otros microorganismos e invertebrados son sustancias suculentas que se transforman en parte de sus tejidos (materia orgánica), permitiendo así la continuación del ciclo del carbono dentro de las cadenas tróficas de los ecosistemas.
Ser un sistema abierto es necesario para la supervivencia: la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma (según la ley de conservación de energía) y, por tanto, debemos obtenerla del entorno continuamente. De todas formas, esto también tiene varios puntos negativos, como que disipamos calor de forma constante en el medio, dependemos de nuestro entorno para todas nuestras labores biológicas y podemos enfermar y morir como consecuencia directa de lo que ocurre en nuestro ambiente.
Para poner un poco de orden en el caos cambiante que es el entorno, nuestros cuerpos presentan una serie de mecanismos de regulación biológica y/o fisiológica para mantener una condición interna estable, compensando los cambios que puedan suceder en el ambiente. Veamos cómo son.
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¿Qué es un mecanismo de regulación?
En biología, un mecanismo es es un sistema con partes que interactúan de forma causal, dando lugar a procesos que tienen uno o más efectos sobre el entorno, sea este interno, externo o ambos. Un mecanismo puede ser el proceso que desemboca en el sudor del ser humano en un momento caluroso (fisiología), pero la selección natural o la deriva genética también se consideran mecanismos, aunque en este caso de índole evolutiva.
En el mundo de los mecanismos regulatorios nada es blanco o negro, pues los entes biológicos somos seres extremadamente complejos (multicomponenciales), cuyos sistemas están en continua interacción y retroalimentación. Más allá de su diversidad, se pueden distinguir tres grandes niveles en los mecanismos subyacentes de un ser vivo:
- Mecanismos genéticos: los más bajos en la jerarquía. El funcionamiento de los genes y su expresión es esencial, pero corresponden el sustrato basal de todo sistema.
- Mecanismos de funcionamiento celular: el siguiente mecanismo es aquél que atañe a la célula, y por ende a los órganos y tejidos del cuerpo.
- Mecanismos nerviosos y endocrinos: son los mecanismos regulatorios más avanzados en la escala evolutiva.
Todos los seres vivos tenemos mecanismos genéticos, pues por definición, una célula debe tener genoma para autorreplicarse en futuras ocasiones (aunque sea solo un cromosoma, como en las bacterias). Por otro lado, todo ente con vida debe presentar al menos un mecanismo de regulación celular, ya que la unidad básica de la vida es la célula, aunque esta componga la totalidad del organismo (como es el caso de las bacterias y arqueas).
Como podrás imaginar, el pináculo de los mecanismos de regulación fisiológica (glándulas y neuronas, que forman parte de los sistemas endocrino y nervioso, respectivamente) se encuentra restringido a los animales más evolutivamente complejos, como somos los vertebrados, aunque otros seres vivos también tienen sus propias escalas nerviosas y endocrinas.
En este punto, cabe destacar que los circuitos regulatorios pueden presentar dos sistemas de retroalimentación (feedbacks): positivos y negativos. Te explicamos en qué consisten de forma somera en las siguientes líneas.
1. Feedback negativo
En esta ocasión, el mecanismo de regulación busca mantener un parámetro X bajo control en un espectro muy específico, siempre cerca del valor X0, que supone el óptimo máximo en un entorno concreto. Los valores del parámetro X son recogidos del entorno o medio interno mediante los canales de información (como termorreceptores y otros grupos nerviosos) y la información es llevada al centro del mecanismo, que generará respuestas en base al entorno de la mejor manera posible.
2. Feedback positivo
En este caso, la cosa cambia. El objetivo de los mecanismos de regulación de feedback positivo es llegar al punto máximo de efectividad del parámetro X, desviado del valor X0, una vez se han alcanzado ciertas condiciones.
Aunque nos movamos en conceptos bastante complejos, la diferencia entre un feedback negativo y uno positivo es muy fácil de entender: en el primer caso, el sistema responde a una dirección opuesta a la señal, es decir, se tiende a “estabilizar” la salida del sistema para que este se mantenga en condiciones constantes. Por contraparte, en el feedback positivo los efectos o salidas de un sistema causan efectos acumulativos a la entrada. En este último caso, se trata de un sistema que, por definición, presenta un punto de equilibrio inestable.
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Ejemplos de mecanismos de regulación
Nos hemos movido entre conceptos bastante etéreos, así que vendrá bien ejemplificar un poco qué es un mecanismo de regulación desde el punto de vista fisiológico. Pongamos, por ejemplo, que queremos entender cómo se produce la sudoración en el ser humano. Vamos a ello.
En primer lugar, cabe destacar que la sudoración es un mecanismo de regulación modulado por el sistema nervioso simpático, el cual se encarga de muchas funciones involuntarias en el ser humano. Nuestro hipotálamo contiene neuronas en el área anterior y preóptica especializadas en registrar los cambios en la temperatura interna y en la actividad de la corteza cerebral. Por ello, cuando llega la información de que hay un exceso de calor (sea este interno o externo), el hipotálamo envía la señal por fibras colinérgicas a las glándulas ecrinas repartidas por la piel para que excreten sudor.
El sudor sale al medio por los poros que comunican a las glándulas ecrinas con la piel. Como los fluidos necesitan calor para evaporarse (al fin y al cabo el calor es energía), “cogen” este exceso de temperatura de la superficie corporal, lo que hace que nuestro sistema general se enfríe. Mediante la evaporación del sudor se disipa un 27% del calor corporal, así que no es de extrañar que este mecanismo se ponga en marcha ante cualquier variación física y/o ambiental.
En este caso, estamos a nivel teórico ante un mecanismo de regulación de feedback negativo. El interés del organismo es mantener la temperatura corporal (parámetro X) en un intervalo adecuado lo más cercano posible al ideal, que se encuentra entre 36 y 37 grados. En este sistema, el complejo funcional responde de forma inversa al estímulo externo.
Si nos ponemos filosóficos, también podemos concebir a la propia selección natural o a la deriva genética como mecanismos de regulación desde un punto de vista evolutivo. La selección natural ejerce presiones sobre el sistema abierto que es una población, seleccionando los genes más beneficiosos a largo plazo y desestimando los menos adaptativos.
Por ejemplo, un animal de una especie de ave que nazca (por una mutación de novo) con un pico más grande que el resto, podría tener una mayor facilidad para cazar insectos entre las cortezas de los árboles. Como este ser vivo tiene una ventaja sobre el resto, podrá alimentarse más, crecerá más y, por ende, será más fuerte a la hora de competir con el resto de machos para reproducirse. Si el rasgo de “pico grande” es heredable, será de esperar que la descendencia de dicho animal sea más viable que el resto.
Así pues, a lo largo de las generaciones, el rasgo “pico grande” iría aumentando en la población, pues simplemente los que lo presentan viven más y tienen más oportunidades de reproducirse. La selección natural actúa como un claro mecanismo de regulación evolutiva en este caso, pues la proporción de genes en una población varía según las imposiciones del ambiente.
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Resumen
Como habrás podido comprobar, los mecanismos regulatorios en el mundo de la biología van mucho más allá de la termorregulación o el consumo energético. Desde la expresión de los genes hasta la evolución de las especies, todo se puede resumir en un feedback positivo o negativo que busca llegar a un punto máximo de efectividad, en un punto u otro. Al final, el objetivo es alcanzar el máximo equilibrio interno en todos los sentidos posibles, siempre teniendo en cuenta las imposiciones ambientales.
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