TERMORECEPTORJI: PRI LJUDEH, ŽIVALIH, RASTLINAH - BIOLOGIJA - 2025

V thermoreceptors so ti receptorji, ki posedujejo veliko živih organizmov zaznavanja dražljajev pogoje okoli. Niso značilni samo za živali, saj morajo rastline registrirati tudi okoljske pogoje, ki jih obdajajo.

Zaznavanje ali zaznavanje temperature je ena najpomembnejših senzoričnih funkcij in je pogosto ključnega pomena za preživetje vrst, saj jim omogoča, da se odzovejo na toplotne spremembe, značilne za okolje, kjer se razvijejo.

Crotalus willardi, z enim od dveh značilnih lobanjskih jam (termoreceptorjev), vidnih med nosom in očesom. Robert S. Simmons.

Njegova študija vključuje pomemben del senzorične fiziologije, pri živalih pa se je začela okoli leta 1882, zahvaljujoč poskusom, ki so lahko povezali toplotne občutke z lokalizirano stimulacijo občutljivih mest na človeški koži.

Pri ljudeh obstajajo termoreceptorji, ki so glede toplotnih dražljajev precej specifični, obstajajo pa tudi drugi, ki se odzivajo tako na "hladne" kot "vroče" dražljaje, kot tudi na nekatere kemikalije, kot sta kapsaicin in mentol (ki proizvajajo podobne dražljaje). do vročih in hladnih občutkov).

Pri mnogih živalih se termoreceptorji odzivajo tudi na mehanske dražljaje in nekatere vrste jih uporabljajo za pridobivanje hrane.

Za rastline je prisotnost beljakovin, znanih kot fitohromi, ključnega pomena za toplotno zaznavanje in rastne odzive, povezane z njim.

Termoreceptorji pri ljudeh

Ljudje, tako kot druge sesalske živali, imajo vrsto receptorjev, ki jim omogočajo, da se bolje povežejo z okoljem, kar imenujemo "posebna čutila".

Ti "receptorji" niso nič drugega kot končni deli dendriti, ki so odgovorni za zaznavanje različnih dražljajev iz okolja in za prenos takšnih senzoričnih informacij v centralni živčni sistem ("prosti" deli senzornih živcev).

4 Modeli strukture čutnega sistema pri ljudeh (Vir: Shigeru23 prek Wikimedia Commons)

Ti receptorji so glede na vir dražljaja razvrščeni med ekstroceptorje, proprioceptorje in interoceptorje.

Ekstroceptorji so bližje površini telesa in "občutijo" okolico. Obstaja več vrst: tiste, ki na primer zaznavajo temperaturo, dotik, pritisk, bolečino, svetlobo in zvok, okus in vonj.

Proprioceptorji so specializirani za prenos dražljajev, povezanih s prostorom in gibanjem proti centralnemu živčnemu sistemu, medtem ko so interoceptorji zadolženi za pošiljanje senzoričnih signalov, ki nastajajo v telesnih organih.

Ekstroceptorji

V tej skupini so tri vrste posebnih receptorjev, znanih kot mehanoreceptorji, termoreceptorji in nociceptorji, ki lahko reagirajo na dotik, temperaturo in bolečino.

Pri ljudeh imajo termoreceptorji sposobnost odzivanja na temperaturne razlike 2 ° C in so razvrščeni v toplotne receptorje, hladne receptorje in temperaturno občutljive nociceptorje.

- Toplotni receptorji niso bili pravilno identificirani, vendar se domneva, da ustrezajo končnicam "golih" živčnih vlaken (ne mieliniranim), ki bi se lahko odzvale na povišano temperaturo.

- Hladni termoreceptorji nastanejo zaradi mieliniranih živčnih končičev, ki se vejajo in jih najdemo predvsem v povrhnjici.

- nociceptorji so specializirani za odzivanje na bolečino zaradi mehanskih, toplotnih in kemičnih obremenitev; To so konci mieliniranih živčnih vlaken, ki so razvejani v povrhnjici.

Termoreceptorji pri živalih

Tudi živali, pa tudi ljudje so odvisni od različnih vrst receptorjev, da dojemajo okolje okoli sebe. Razlika med termoreceptorji ljudi glede na nekatere živali je, da imajo živali pogosto receptorje, ki se odzivajo tako na termične kot mehanske dražljaje.

Takšen je primer nekaterih receptorjev na koži rib in dvoživk, nekaterih mačk in opic, ki se lahko odzivajo na mehansko in toplotno stimulacijo (zaradi visokih ali nizkih temperatur).

Pri nevretenčarjih je bil eksperimentalno prikazan tudi možen obstoj toplotnih receptorjev, vendar ločitev preprostega fiziološkega odziva na toplotni učinek od odziva, ki ga ustvari določen receptor, ni vedno enostavna.

Konkretno "dokazi" kažejo, da številne žuželke in nekateri raki v svojem okolju zaznavajo toplotne spremembe. Tudi pijavci imajo posebne mehanizme za zaznavanje prisotnosti toplokrvnih gostiteljev in so edini nečrebrni nevretenčarji, kjer je to dokazano.

Prav tako več avtorjev opozarja na možnost, da lahko nekateri ektoparaziti toplokrvnih živali zaznajo prisotnost svojih gostiteljev v bližini, čeprav to ni bilo veliko raziskano.

V vretenčarjih, kot so nekatere vrste kač in določenih netopirskih netopirjih (ki se prehranjujejo s krvjo), obstajajo infrardeči receptorji, ki se lahko odzovejo na "infrardeče" toplotne dražljaje, ki jih oddaja njihov toplokrvni plen.

Fotografija krvoslednega ("vampirskega") netopirja (Vir: Ltshears via Wikimedia Commons)

Netopirji "vampirski" netopirji jih imajo na obrazu in jim pomagajo določiti prisotnost kopitarjev, ki služijo kot hrana, medtem ko jih "primitivni" boi in nekatere vrste strupenega krotalina imajo na svoji koži in to so prosti živčni končiči, se odcepijo.

Kako delujejo?

Termoreceptorji delujejo na več ali manj enak način pri vseh živalih in v bistvu to počnejo, da organizmu povedo, v katerem sestavnem delu je, kakšna je temperatura v okolici.

Kot smo razpravljali, so ti receptorji pravzaprav živčni terminali (konci nevronov, ki so povezani z živčnim sistemom). Električni signali, ustvarjeni v teh zadnjih le nekaj milisekundah, in njihova frekvenca je močno odvisna od temperature okolice in izpostavljenosti nenadnim temperaturnim spremembam.

V stalnih temperaturnih pogojih so kožni termoreceptorji nenehno aktivni in pošiljajo možganom signale, da ustvarijo potrebne fiziološke odzive. Ko prejmete nov dražljaj, se ustvari nov signal, ki lahko traja ali ne bo trajal, odvisno od njegovega trajanja.

Toplo občutljivi ionski kanali

Toplotna percepcija se začne z aktiviranjem termoreceptorjev v živčnih koncih perifernih živcev v koži sesalcev. Termični dražljaj aktivira ionske kanale, ki so odvisni od temperature v aksonskih terminalih, kar je bistveno za zaznavanje in prenos dražljaja.

Ti ionski kanali so beljakovine, ki spadajo v družino kanalov, znanih kot "toplotno občutljivi ionski kanali", njihovo odkritje pa je omogočilo podrobnejšo razjasnitev mehanizma toplotnega zaznavanja.

Molekularna identiteta živcev, ki se odzivajo na mraz ali vročino, odvisno od izražanja toplotno občutljivih ionskih kanalov (Vir: David D. McKemy prek Wikimedia Commons)

Njegova naloga je uravnavanje pretoka ionov, kot so kalcij, natrij in kalij, v termalne receptorje in iz njih, kar vodi v nastanek akcijskega potenciala, ki povzroči živčni impulz v možgane.

Termoreceptorji v rastlinah

Za rastline je bistvenega pomena tudi, da lahko zaznajo kakršne koli toplotne spremembe, ki se pojavijo v okolju, in odzovejo.

Nekatere raziskave toplotne zaznave pri rastlinah so razkrile, da je pogosto odvisna od beljakovin, imenovanih fitohromi, ki sodelujejo tudi pri nadzoru več fizioloških procesov v višjih rastlinah, med katerimi sta tudi kalitev in razvoj sadik oz. cvetenje itd.

Fitohromi igrajo pomembno vlogo pri določanju vrste sevalskih obratov, ki so podvržene in so sposobne delovati kot molekularna „stikala“, ki se vklopijo pod direktno svetlobo (z velikim deležem rdeče in modre svetlobe) ali se izklopijo v senci (visok delež "daleč rdečega" sevanja).

Shematski prikaz aktivnega (Pr) in neaktivnega (Pfr) fitokroma (Vir: Bengt A. Lüers - BiGBeN_87_de prek Wikimedia Commons)

Aktivacija nekaterih fitohromov spodbuja "kompaktno" rast in zavira raztezanje, saj deluje kot transkripcijski faktorji za gene, ki sodelujejo v teh procesih.

Dokazano pa je, da je v nekaterih primerih aktiviranje ali inaktivacija fitohromov lahko neodvisno od sevanja (rdeča ali daleč rdeča svetloba), kar je znano kot "reakcija temne reverzije", katere hitrost je očitno odvisna od temperatura.

Visoke temperature spodbujajo hitro inaktivacijo nekaterih fitohromov, zaradi česar prenehajo delovati kot faktorji prepisovanja in spodbujajo rast z raztezkom.

Reference

1. Brusca, RC, & Brusca, GJ (2003). Vretenčarji (št. QL 362. B78 2003). Basingstoke.
2. Feher, JJ (2017). Kvantitativna človeška fiziologija: uvod. Akademski tisk.
3. Hensel, H. (1974). Termoreceptorji. Letni pregled fiziologije, 36 (1), 233-249.
4. Kardong, KV (2002). Vretenčarji: primerjalna anatomija, funkcija, evolucija. 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. Fitohrom B integrira svetlobne in temperaturne signale pri Arabidopsisu. Znanost, 2016; 354 (6314): 897
6. Rogers, K., Craig, A., in Hensel, H. (2018). Enciklopedija Britannica. Pridobljeno 4. decembra 2019 na spletni strani www.britannica.com/science/thermoreception/Properties-of-thermoreceptors
7. Zhang, X. (2015). Molekularni senzorji in modulatorji termorecepcije. Kanali, 9 (2), 73–81.