TERMORECEPTORY: U LIDÍ, U ZVÍŘAT, U ROSTLIN - BIOLOGIE - 2025

Tyto thermoreceptors jsou ty receptory, které mají mnoho živé organismy vnímání podnětů podmínky kolem. Nejsou typické pouze pro zvířata, protože rostliny musí také registrovat podmínky prostředí, které je obklopují.

Detekce nebo vnímání teploty je jednou z nejdůležitějších senzorických funkcí a je často nezbytná pro přežití druhů, protože jim umožňuje reagovat na tepelné změny, které jsou typické pro prostředí, ve kterém se vyvíjejí.

Crotalus willardi, s jedním ze dvou výrazných lebečních jám (termoreceptorů) viditelných mezi nosem a okem. Robert S. Simmons.

Jeho studie zahrnuje důležitou součást smyslové fyziologie a u zvířat začala kolem roku 1882, díky experimentům, které dokázaly spojit tepelné pocity s lokalizovanou stimulací citlivých míst na lidské kůži.

U lidí existují termoreceptory, které jsou velmi specifické s ohledem na tepelné podněty, ale existují i ​​jiné, které reagují na „studené“ i „horké“ podněty, jakož i na některé chemikálie, jako je kapsaicin a mentol (které produkují podobné podněty). na horké a studené pocity).

U mnoha zvířat reagují termoreceptory také na mechanické podněty a některé druhy je používají k získání potravy.

Pro rostliny je přítomnost proteinů známých jako fytochromy nezbytná pro tepelné vnímání a růstové reakce s tím spojené.

Termoreceptory u lidí

Lidské bytosti, stejně jako jiná savčí zvířata, mají řadu receptorů, které jim umožňují lépe se vztahovat k životnímu prostředí prostřednictvím tzv. „Zvláštních smyslů“.

Tyto "receptory" nejsou ničím jiným než konečnými částmi dendritů, které mají na starosti vnímání různých environmentálních podnětů a přenos takových senzorických informací do centrálního nervového systému ("volné" části senzorických nervů).

4 Modely struktury senzorického systému u lidí (Zdroj: Shigeru23 via Wikimedia Commons)

Tyto receptory jsou v závislosti na zdroji stimulu klasifikovány jako exteroceptory, proprioceptory a interoceptory.

Exteroceptory jsou blíže k povrchu těla a „vnímají“ okolní prostředí. Existuje několik typů: například ty, které vnímají teplotu, dotek, tlak, bolest, světlo a zvuk, chuť a vůni.

Proprioceptory se specializují na přenos podnětů souvisejících s prostorem a pohybem směrem k centrální nervové soustavě, zatímco interoceptory jsou pověřeny vysíláním senzorických signálů generovaných uvnitř tělních orgánů.

Exteroceptory

V této skupině existují tři typy speciálních receptorů známých jako mechanoreceptory, termoreceptory a nociceptory, schopné reagovat na dotek, teplotu a bolest.

U lidí mají termoreceptory schopnost reagovat na teplotní rozdíly 2 ° C a jsou subklasifikovány na tepelné receptory, studené receptory a nociceptory citlivé na teplotu.

- Tepelné receptory nebyly řádně identifikovány, ale předpokládá se, že odpovídají „nahým“ zakončením nervových vláken (nikoli myelinovaným) schopným reagovat na zvýšenou teplotu.

- Chladné termoreceptory pocházejí z myelinizovaných nervových zakončení, která se větví a nacházejí se hlavně v epidermis.

- Nociceptoři se specializují na reakci na bolest způsobenou mechanickým, tepelným a chemickým stresem; Jedná se o zakončení myelinizovaných nervových vláken, které jsou rozvětveny v epidermis.

Termoreceptory u zvířat

Zvířata, stejně jako lidé, také závisí na různých typech receptorů, aby vnímali prostředí kolem nich. Rozdíl mezi termoreceptory člověka ve srovnání s těmi u některých zvířat spočívá v tom, že zvířata mají často receptory, které reagují na tepelné i mechanické podněty.

To je případ některých receptorů v kůži ryb a obojživelníků, některých kočkovitých šelem a opic, které jsou schopné reagovat na mechanickou i tepelnou stimulaci (v důsledku vysokých nebo nízkých teplot).

U živočichů bezobratlých byla experimentální demonstrace také možná existence tepelných receptorů, avšak oddělení jednoduché fyziologické odpovědi na tepelný účinek od reakce generované specifickým receptorem není vždy snadné.

Konkrétně „důkaz“ naznačuje, že mnoho hmyzu a některých korýšů vnímá tepelné změny ve svém prostředí. Pijavice mají také speciální mechanismy pro detekci přítomnosti teplokrevných hostitelů a jsou jedinými bezobratlými živočichy, u kterých se to prokázalo.

Podobně různí autoři poukazují na možnost, že někteří ektoparaziti teplokrevných zvířat mohou detekovat přítomnost svých hostitelů v okolí, i když to nebylo příliš studováno.

U obratlovců, jako jsou některé druhy hadů a některých netopýrů sajících krev (které se živí krví), existují infračervené receptory schopné reagovat na „infračervené“ tepelné podněty vyzařované jejich teplokrevnou kořistí.

Fotografie netopýra ("upíra") (Zdroj: Ltshears přes Wikimedia Commons)

„Upíří“ netopýři je mají na tvářích a pomáhají jim určit přítomnost kopytníků, kteří slouží jako jídlo, zatímco „primitivní“ boas a některé druhy jedovatých crotalines je mají na kůži a jedná se o volné nervové zakončení, které rozvětvují se.

Jak fungují?

Termoreceptory pracují ve všech zvířatech víceméně stejným způsobem a v zásadě tak informují organismus, jehož jsou součástí, jaká je okolní teplota.

Jak již bylo řečeno, tyto receptory jsou ve skutečnosti nervové terminály (konce neuronů připojených k nervové soustavě). Elektrické signály generované v těchto trvají jen několik milisekund a jejich frekvence je vysoce závislá na okolní teplotě a vystavení náhlým změnám teploty.

Za podmínek konstantní teploty jsou termoreceptory kůže stále aktivní a vysílají signály do mozku, aby generovaly nezbytné fyziologické reakce. Když je přijat nový stimul, je generován nový signál, který může nebo nemusí trvat, v závislosti na jeho trvání.

Tepelně citlivé iontové kanály

Tepelné vnímání začíná aktivací termoreceptorů v nervových zakončeních periferních nervů v kůži savců. Tepelný stimul aktivuje teplotně závislé iontové kanály v axonových terminálech, což je nezbytné pro vnímání a přenos stimulu.

Tyto iontové kanály jsou proteiny, které patří do rodiny kanálů známých jako „iontové kanály citlivé na teplo“, a jejich objev umožnil objasnit mechanismus tepelného vnímání do větší hloubky.

Molekulární identita nervů, které reagují na chlad nebo teplo v závislosti na expresi tepelně citlivých iontových kanálů (Zdroj: David D. McKemy prostřednictvím Wikimedia Commons)

Jeho úkolem je regulovat tok iontů, jako je vápník, sodík a draslík, do a z tepelných receptorů, což vede k vytvoření akčního potenciálu, který vede k nervovému impulzu do mozku.

Termoreceptory v rostlinách

Pro rostliny je také nezbytné být schopen detekovat jakékoli tepelné změny, ke kterým dochází v prostředí, a vydat odpověď.

Nějaký výzkum termického vnímání v rostlinách odhalil, že to často závisí na bílkovinách zvaných fytochromy, které se také podílejí na kontrole více fyziologických procesů ve vyšších rostlinách, mezi něž patří klíčení a vývoj sazenic, kvetení atd.

Fytochromy hrají důležitou roli při určování typu radiačních rostlin, které jsou vystaveny a jsou schopné působit jako molekulární „přepínače“, které se zapínají pod přímým světlem (s vysokým podílem červeného a modrého světla), nebo které vypínají ve stínu (vysoký podíl „příliš červené“ radiace).

Schematické znázornění aktivního (Pr) a neaktivního (Pfr) fytochromu (Zdroj: Bengt A. Lüers - BiGBeN_87_de přes Wikimedia Commons)

Aktivace některých fytochromů podporuje „kompaktní“ růst a inhibuje prodloužení působením jako transkripční faktory pro geny zapojené do těchto procesů.

Ukázalo se však, že v některých případech může být aktivace nebo inaktivace fytochromů nezávislá na záření (červené nebo příliš červené světlo), které je známé jako „reakce reverzace temnoty“, jejíž rychlost zjevně závisí na teplota.

Vysoké teploty podporují rychlou inaktivaci některých fytochromů, což způsobuje, že přestanou fungovat jako transkripční faktory a podporují růst prodloužením.

Reference

1. Brusca, RC, a Brusca, GJ (2003). Bezobratlí (č. QL 362. B78 2003). Basingstoke.
2. Feher, JJ (2017). Kvantitativní fyziologie člověka: úvod. Akademický tisk.
3. Hensel, H. (1974). Termoreceptory. Roční přehled fyziologie, 36 (1), 233-249.
4. Kardong, KV (2002). Obratlovci: srovnávací anatomie, funkce, vývoj. 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. Fytochrom B integruje světelné a teplotní signály do Arabidopsis. Science, 2016; 354 (6314): 897
6. Rogers, K., Craig, A., a Hensel, H. (2018). Encyklopedie Britannica. Citováno 4. prosince 2019, na adrese www.britannica.com/science/thermoreception/Properties-of-thermoreceptors
7. Zhang, X. (2015). Molekulární senzory a modulátory termorecepce. Kanály, 9 (2), 73-81.