ТЕРМОРЕЦЕПТОРИ: У ЛЮДИНИ, У ТВАРИН, У РОСЛИН - БІОЛОГІЯ - 2025

У терморецепторами ті рецептори , які володіють багатьма живими організмами сприймають подразників умови навколо. Вони не тільки характерні для тварин, оскільки рослинам також потрібно реєструвати умови навколишнього середовища, які їх оточують.

Виявлення або сприйняття температури є однією з найважливіших сенсорних функцій і часто має важливе значення для виживання видів, оскільки дозволяє їм реагувати на теплові зміни, характерні для середовища, де вони розвиваються.

Crotalus willardi, з однією з двох відмінних черепних ям (терморецепторів), видимих ​​між носом і оком. Роберт С. Сіммонс.

Його дослідження включає важливу частину сенсорної фізіології, і у тварин воно розпочалося близько 1882 року завдяки експериментам, які змогли пов’язати теплові відчуття з локальною стимуляцією чутливих ділянок на шкірі людини.

У людини є терморецептори, які є досить специфічними щодо теплових подразників, але є й інші, які реагують як на «холодні», так і на «гарячі» подразники, а також на деякі хімічні речовини, такі як капсаїцин та ментол (які виробляють подібні подразники). до гарячих і холодних відчуттів).

У багатьох тварин терморецептори також реагують на механічні подразники, а деякі види використовують їх для отримання їжі.

Для рослин наявність білків, відомих як фітохроми, має важливе значення для теплового сприйняття та пов'язаних з ним реакцій росту.

Терморецептори у людини

Людина, як і інші ссавці, має низку рецепторів, які дозволяють їм краще ставитися до навколишнього середовища завдяки тому, що було названо «особливими відчуттями».

Ці "рецептори" є не що інше, як кінцеві частини дендритів, відповідальних за сприйняття різних подразників навколишнього середовища та передачу такої сенсорної інформації центральній нервовій системі ("вільні" частини сенсорних нервів).

4 Моделі структури сенсорної системи у людини (Джерело: Shigeru23 через Wikimedia Commons)

Ці рецептори класифікуються, залежно від джерела стимулу, як екстероцептори, проприорецептори та інтероцептори.

Енсероцептори знаходяться ближче до поверхні тіла і «відчувають» навколишнє середовище. Існує кілька типів: такі, які сприймають температуру, дотик, тиск, біль, світло і звук, смак і запах, наприклад.

Проприорецептори спеціалізуються на передачі подразників, пов'язаних з простором і рухом до центральної нервової системи, тим часом інтероцептори відповідають за надсилання сенсорних сигналів, які генеруються всередині органів тіла.

Екстероцептори

У цій групі є три типи спеціальних рецепторів, відомих як механорецептори, терморецептори та ноцицептори, здатні реагувати відповідно на дотик, температуру та біль.

У людини терморецептори мають здатність реагувати на перепади температур 2 ° C і підрозділяються на рецептори тепла, холодні рецептори та ноцицептори, чутливі до температури.

- Теплові рецептори не були належним чином визначені, але, як вважається, вони відповідають "голим" закінченням нервових волокон (не мієлінізованим), здатним реагувати на підвищення температури.

- Холодні терморецептори виникають з мієлінізованих нервових закінчень, які розгалужуються і знаходяться в основному в епідермісі.

- Ноцицептори спеціалізуються на реагуванні на біль внаслідок механічного, теплового та хімічного напруження; Це мієлінізовані закінчення нервових волокон, які розгалужуються в епідермісі.

Терморецептори у тварин

Тварини, як і людина, також залежать від різних типів рецепторів для сприйняття навколишнього середовища. Різниця між терморецепторами людини порівняно з тими у деяких тварин полягає в тому, що у тварин часто є рецептори, які реагують як на теплові, так і на механічні подразники.

Це стосується деяких рецепторів на шкірі риб та земноводних, деяких котячих і мавп, які здатні реагувати на механічну та термічну стимуляцію (через високу чи низьку температуру).

У безхребетних тварин також було експериментально продемонстровано можливе існування термічних рецепторів, однак відокремити просту фізіологічну відповідь на тепловий ефект від реакції, що створюється певним рецептором, не завжди легко.

Зокрема, "докази" вказують на те, що багато комах та деякі ракоподібні сприймають теплові зміни в своєму середовищі. Також п'явки мають спеціальні механізми для виявлення присутності теплокровних господарів і є єдиними безхребетних безхребетних, де це було продемонстровано.

Так само різні автори вказують на можливість того, що деякі ектопаразити теплокровних тварин можуть виявити присутність їхніх господарів поблизу, хоча це мало вивчено.

У хребетних, таких як деякі змії та певні кровосисні кажани (які харчуються кров’ю), є інфрачервоні рецептори, здатні реагувати на «інфрачервоні» теплові подразники, що випромінюються їх теплокровною здобиччю.

Фотографія кровососучої кажана ("вампір") (Джерело: Ltshears via Wikimedia Commons)

Кажани "вампір" мають їх на обличчі і допомагають їм визначити присутність копитних, які служать їжею, тим часом "примітивні" удави та деякі види отруйного кроталіну містять їх на своїй шкірі, і це вільні нервові закінчення, які вони розгалужуються.

Як вони працюють?

Терморецептори працюють у більшій чи меншій мірі однаково у всіх тварин, і вони роблять це по суті, щоб сказати організму, до якого вони належать, яка температура навколишнього середовища.

Як обговорювалося, ці рецептори насправді є нервовими терміналами (кінці нейронів, підключених до нервової системи). Електричні сигнали, що генеруються протягом цих останніх лише декількох мілісекунд, і їх частота сильно залежать від температури навколишнього середовища та впливу раптових змін температури.

В умовах постійних температур терморецептори шкіри постійно активні, посилаючи сигнали в мозок, щоб генерувати необхідні фізіологічні реакції. Коли надходить новий стимул, генерується новий сигнал, який може тривати або не тривати, залежно від його тривалості.

Теплочутливі іонні канали

Термічне сприйняття починається з активації терморецепторів в нервових закінченнях периферичних нервів шкіри ссавців. Тепловий подразник активує залежні від температури іонні канали в клемах аксона, що важливо для сприйняття та передачі подразника.

Ці іонні канали є білками, що належать до сімейства каналів, відомих як "іонно-чутливі іонні канали", і їх відкриття дозволило з'ясувати механізм теплового сприйняття на більшій глибині.

Молекулярна ідентичність нервів, які реагують на холод або тепло, залежно від вираженості іонно-чутливих іонних каналів (Джерело: Девід Д. Маккемі через Wikimedia Commons)

Його завдання полягає в регулюванні надходження іонів, таких як кальцій, натрій і калій, до термічних рецепторів і від них, що призводить до формування потенціалу дії, що призводить до нервового імпульсу до мозку.

Терморецептори в рослинах

Для рослин також важливо вміти виявляти будь-які теплові зміни, що відбуваються в навколишньому середовищі, та видавати відповідь.

Деяке дослідження теплового сприйняття у рослин виявило, що воно часто залежить від білків під назвою фітохроми, які також беруть участь у контролі численних фізіологічних процесів у вищих рослинах, серед яких проростання та розвиток саджанців, цвітіння тощо.

Фітохроми відіграють важливу роль у визначенні типу випромінюваних рослин, які піддаються і здатні діяти як молекулярні «вимикачі», які включаються під прямим світлом (з високою часткою червоного та синього світла), або вимикаються у тіні (висока частка «далеко червоного» випромінювання).

Схематичне зображення активного (Pr) та неактивного (Pfr) фітохрому (Джерело: Bengt A. Lüers - BiGBeN_87_de через Wikimedia Commons)

Активація деяких фітохромів сприяє “компактному” зростанню та інгібує подовження, діючи як фактори транскрипції для генів, що беруть участь у цих процесах.

Однак було доведено, що в деяких випадках активація або інактивація фітохромів може бути незалежною від випромінювання (червоне або далеко червоне світло), відоме як "реакція темного реверсії", швидкість руху якої, очевидно, залежить від температура.

Високі температури сприяють швидкій інактивації деяких фітохромів, змушуючи їх перестати працювати як фактори транскрипції, сприяючи зростанню шляхом подовження.

Список літератури

1. Brusca, RC, & Brusca, GJ (2003). Безхребетні (№ QL 362. B78 2003). Basingstoke.
2. Feher, JJ (2017). Кількісна фізіологія людини: вступ. Академічна преса.
3. Гензель, Х. (1974). Терморецептори. Щорічний огляд фізіології, 36 (1), 233-249.
4. Кардон, К. В. (2002). Хребетні: порівняльна анатомія, функція, еволюція. Нью-Йорк: McGraw-Hill.
5. М. Легріс, К. Клозе, Е. С. Бургі, CCR Рохас, М. Неме, А. Хільтбруннер, П. А. Вігге, Е. Шафер, Р.Д. Віерстра, Дж. Дж. Касал. Фітохром B інтегрує світло та температурні сигнали при арабідопсисі. Наука, 2016; 354 (6314): 897
6. Rogers, K., Craig, A., & Hensel, H. (2018). Енциклопедія Британіка. Отримано 4 грудня 2019 року на веб-сайті www.britannica.com/science/thermoreception/Properties-of-thermoreceptors
7. Чжан, X. (2015). Молекулярні датчики та модулятори терморецепції. Каналів, 9 (2), 73-81.