TERMORECEPTORY: U LUDZI, ZWIERZĄT, ROŚLIN - BIOLOGIA - 2026

W termoreceptorów są te receptory, które posiadają wiele organizmów żywych postrzegania warunków bodźców dookoła. Są nie tylko typowe dla zwierząt, ponieważ rośliny muszą również rejestrować warunki środowiskowe, które je otaczają.

Wykrywanie lub postrzeganie temperatury jest jedną z najważniejszych funkcji sensorycznych i często ma zasadnicze znaczenie dla przetrwania gatunków, ponieważ pozwala im reagować na zmiany termiczne typowe dla środowiska, w którym się rozwijają.

Crotalus willardi, z jednym z dwóch charakterystycznych dołków czaszkowych (termoreceptorów) widocznym między nosem a okiem. Robert S. Simmons.

Jego badania obejmują ważną część fizjologii zmysłów, a na zwierzętach rozpoczęły się około 1882 roku, dzięki eksperymentom, które umożliwiły powiązanie wrażeń termicznych z miejscową stymulacją wrażliwych miejsc na ludzkiej skórze.

U ludzi istnieją termoreceptory, które są dość specyficzne w odniesieniu do bodźców termicznych, ale są też inne, które reagują zarówno na bodźce „zimne”, jak i „gorące”, a także na niektóre substancje chemiczne, takie jak kapsaicyna i mentol (które wytwarzają podobne bodźce). na odczucia gorąca i zimna).

U wielu zwierząt termoreceptory również reagują na bodźce mechaniczne, a niektóre gatunki wykorzystują je do zdobycia pożywienia.

W przypadku roślin obecność białek zwanych fitochromami ma zasadnicze znaczenie dla percepcji termicznej i związanych z nią odpowiedzi wzrostowych.

Termoreceptory u ludzi

Istoty ludzkie, podobnie jak inne ssaki, posiadają szereg receptorów, które pozwalają im lepiej odnosić się do środowiska poprzez tak zwane „specjalne zmysły”.

Te „receptory” są niczym innym jak końcowymi częściami dendrytów odpowiedzialnymi za postrzeganie różnych bodźców środowiskowych i przekazywanie takich informacji czuciowych do ośrodkowego układu nerwowego („wolne” części nerwów czuciowych).

4 Modele struktury układu sensorycznego u ludzi (źródło: Shigeru23 za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Receptory te są klasyfikowane w zależności od źródła bodźca jako eksteroceptorów, proprioceptorów i interoceptorów.

Exteroceptory znajdują się bliżej powierzchni ciała i „wyczuwają” otaczające środowisko. Istnieje kilka typów: na przykład te, które odczuwają temperaturę, dotyk, nacisk, ból, światło i dźwięk, smak i zapach.

Proprioceptory specjalizują się w przekazywaniu bodźców związanych z przestrzenią i ruchem w kierunku ośrodkowego układu nerwowego, podczas gdy interoceptory są odpowiedzialne za wysyłanie sygnałów sensorycznych, które są generowane wewnątrz narządów ciała.

Exteroceptory

W tej grupie znajdują się trzy typy specjalnych receptorów, zwanych mechanoreceptorami, termoreceptorami i nocyceptorami, zdolnymi odpowiednio reagować na dotyk, temperaturę i ból.

U ludzi termoreceptory mają zdolność reagowania na różnice temperatur wynoszące 2 ° C i są podzielone na receptory ciepła, receptory zimna i nocyceptory wrażliwe na temperaturę.

- Receptory ciepła nie zostały właściwie zidentyfikowane, ale uważa się, że odpowiadają one „nagim” zakończeniom włókien nerwowych (niezmielinizowanych), zdolnym do reagowania na podwyższoną temperaturę.

- Zimne termoreceptory powstają z mielinowych zakończeń nerwowych, które rozgałęziają się i znajdują się głównie w naskórku.

- Nocyceptory specjalizują się w reagowaniu na ból spowodowany stresem mechanicznym, termicznym i chemicznym; Są to mielinizowane zakończenia włókien nerwowych rozgałęzionych w naskórku.

Termoreceptory u zwierząt

Zwierzęta, podobnie jak ludzie, są również zależne od różnych typów receptorów, aby postrzegać otaczające ich środowisko. Różnica między ludzkimi termoreceptorami a niektórymi zwierzętami polega na tym, że zwierzęta często mają receptory, które reagują zarówno na bodźce termiczne, jak i mechaniczne.

Tak jest w przypadku niektórych receptorów na skórze ryb i płazów, niektórych kotów i małp, które są zdolne zarówno do reakcji na stymulację mechaniczną, jak i termiczną (z powodu wysokich lub niskich temperatur).

U zwierząt bezkręgowych możliwe istnienie receptorów termicznych zostało również wykazane eksperymentalnie, jednak oddzielenie prostej fizjologicznej odpowiedzi na efekt termiczny od odpowiedzi generowanej przez określony receptor nie zawsze jest łatwe.

W szczególności „dowody” wskazują, że wiele owadów i niektóre skorupiaki dostrzegają zmiany termiczne w swoim środowisku. Pijawki mają również specjalne mechanizmy wykrywania obecności żywicieli stałocieplnych i są jedynymi bezkręgowcami niebędącymi stawonogami, u których zostało to wykazane.

Podobnie, kilku autorów zwraca uwagę na możliwość, że niektóre pasożyty zewnętrzne zwierząt stałocieplnych mogą wykryć obecność swoich żywicieli w pobliżu, chociaż nie zostało to zbytnio zbadane.

U kręgowców, takich jak niektóre gatunki węży i ​​niektóre nietoperze ssące krew (żywiące się krwią) istnieją receptory podczerwieni zdolne do reagowania na bodźce termiczne „podczerwieni” emitowane przez ich stałocieplną ofiarę.

Zdjęcie nietoperza wysysającego krew („wampira”) (źródło: Ltshears za Wikimedia Commons)

„Wampirze” nietoperze mają je na twarzach i pomagają im określić obecność kopytnych, które służą jako pożywienie, podczas gdy „prymitywne” boa i niektóre gatunki trujących krotalin mają je na skórze i są to wolne zakończenia nerwowe, które rozgałęziają się.

Jak oni pracują?

Termoreceptory działają mniej więcej w ten sam sposób u wszystkich zwierząt i robią to głównie po to, aby powiedzieć organizmowi, którego są częścią, jaka jest temperatura otoczenia.

Jak omówiono, receptory te są w rzeczywistości zakończeniami nerwowymi (końcami neuronów połączonych z układem nerwowym). Generowane w nich sygnały elektryczne trwają zaledwie kilka milisekund, a ich częstotliwość w dużym stopniu zależy od temperatury otoczenia i narażenia na nagłe zmiany temperatury.

W warunkach stałej temperatury termoreceptory skóry są stale aktywne, wysyłając sygnały do ​​mózgu, aby wygenerować niezbędne reakcje fizjologiczne. Po odebraniu nowego bodźca generowany jest nowy sygnał, który może trwać lub nie, w zależności od czasu jego trwania.

Kanały jonowe wrażliwe na ciepło

Percepcja termiczna zaczyna się od aktywacji termoreceptorów w zakończeniach nerwowych nerwów obwodowych skóry ssaków. Bodziec termiczny aktywuje zależne od temperatury kanały jonowe w zakończeniach aksonu, co jest niezbędne do percepcji i transmisji bodźca.

Te kanały jonowe to białka należące do rodziny kanałów znanych jako „wrażliwe na ciepło kanały jonowe”, a ich odkrycie pozwoliło na dokładniejsze wyjaśnienie mechanizmu percepcji termicznej.

Tożsamość molekularna nerwów, które reagują na zimno lub ciepło w zależności od ekspresji wrażliwych na ciepło kanałów jonowych (źródło: David D. McKemy za Wikimedia Commons)

Jego zadaniem jest regulowanie przepływu jonów, takich jak wapń, sód i potas, do iz receptorów termicznych, prowadząc do powstania potencjału czynnościowego, który powoduje impuls nerwowy do mózgu.

Termoreceptory u roślin

W przypadku roślin ważna jest również zdolność wykrywania wszelkich zmian termicznych zachodzących w środowisku i reagowania.

Niektóre badania nad percepcją termiczną u roślin ujawniły, że często zależy ona od białek zwanych fitochromami, które również uczestniczą w kontroli wielu procesów fizjologicznych u roślin wyższych, wśród których znajduje się kiełkowanie i rozwój sadzonek, kwitnienie itp.

Fitochromy odgrywają ważną rolę w określaniu rodzaju promieniowania, na jakie rośliny są narażone, i są w stanie działać jako „przełączniki” molekularne, które włączają się pod bezpośrednim światłem (z dużym udziałem światła czerwonego i niebieskiego) lub wyłączają w cieniu (duży udział promieniowania „dalekiej czerwieni”).

Schematyczne przedstawienie aktywnego (Pr) i nieaktywnego (Pfr) fitochromu (źródło: Bengt A. Lüers - BiGBeN_87_de via Wikimedia Commons)

Aktywacja niektórych fitochromów sprzyja „zbitemu” wzrostowi i hamuje elongację, działając jako czynniki transkrypcyjne dla genów zaangażowanych w te procesy.

Udowodniono jednak, że w niektórych przypadkach aktywacja lub inaktywacja fitochromów może być niezależna od promieniowania (światła czerwonego lub dalekiego czerwonego), znanego jako „reakcja powrotu do ciemności”, której prędkość najwyraźniej zależy od temperatura.

Wysokie temperatury sprzyjają szybkiej inaktywacji niektórych fitochromów, powodując, że przestają one działać jako czynniki transkrypcyjne, sprzyjając wzrostowi przez wydłużenie.

Bibliografia

1. Brusca, RC, & Brusca, GJ (2003). Bezkręgowce (nr QL 362. B78 2003). Basingstoke.
2. Feher, JJ (2017). Ilościowa fizjologia człowieka: wprowadzenie. Prasa akademicka.
3. Hensel, H. (1974). Termoreceptory. Annual review of physiology, 36 (1), 233-249.
4. Kardong, KV (2002). Kręgowce: anatomia porównawcza, funkcja, ewolucja. Nowy Jork: McGraw-Hill.
5. M. Legris, C. Klose, ES Burgie, CCR Rojas, M. Neme, A. Hiltbrunner, PA Wigge, E. Schafer, RD Vierstra, JJ Casal. Fitochrom B integruje sygnały świetlne i temperaturowe w Arabidopsis. Science, 2016; 354 (6314): 897
6. Rogers, K., Craig, A. i Hensel, H. (2018). Encyclopaedia Britannica. Pobrano 4 grudnia 2019 r. Z www.britannica.com/science/thermoreception/Properties-of-thermoreceptors
7. Zhang, X. (2015). Czujniki molekularne i modulatory termorecepcji. Kanały, 9 (2), 73-81.