المستقبلات الحرارية: في البشر ، في الحيوانات ، في النباتات - مادة الاحياء - 2026

و thermoreceptors هي تلك المستقبلات التي تمتلك العديد من الكائنات الحية إدراك حيث المحفزات حولها. إنها ليست فقط نموذجية للحيوانات ، لأن النباتات تحتاج أيضًا إلى تسجيل الظروف البيئية المحيطة بها.

يعد اكتشاف درجة الحرارة أو إدراكها أحد أهم الوظائف الحسية وغالبًا ما يكون ضروريًا لبقاء الأنواع ، حيث يسمح لها بالاستجابة للتغيرات الحرارية النموذجية للبيئة التي تتطور فيها.

Crotalus willardi ، مع إحدى الحفرتين المميزتين في الجمجمة (المستقبلات الحرارية) المرئية بين الأنف والعين. روبرت س. سيمونز.

تتضمن دراسته جزءًا مهمًا من علم وظائف الأعضاء الحسي ، وفي الحيوانات ، بدأت في حوالي عام 1882 ، بفضل التجارب التي تمكنت من ربط الأحاسيس الحرارية بالتحفيز الموضعي للمواقع الحساسة على جلد الإنسان.

يوجد لدى البشر مستقبلات حرارية محددة تمامًا فيما يتعلق بالمنبهات الحرارية ، ولكن هناك أيضًا مستقبلات أخرى تستجيب لكل من المنبهات "الباردة" و "الساخنة" ، وكذلك لبعض المواد الكيميائية مثل الكابسيسين والمنثول (التي تنتج منبهات مماثلة). للأحاسيس الساخنة والباردة).

في العديد من الحيوانات ، تستجيب المستقبلات الحرارية أيضًا للمنبهات الميكانيكية وتستخدم بعض الأنواع هذه المنبهات للحصول على طعامها.

بالنسبة للنباتات ، يعد وجود البروتينات المعروفة باسم phytochromes ضروريًا للإدراك الحراري واستجابات النمو المرتبطة به.

المستقبلات الحرارية في البشر

يمتلك البشر ، مثل حيوانات الثدييات الأخرى ، سلسلة من المستقبلات التي تسمح لهم بالتواصل بشكل أفضل مع البيئة من خلال ما يُطلق عليه "الحواس الخاصة".

هذه "المستقبلات" ليست أكثر من الأجزاء النهائية من التشعبات المسؤولة عن إدراك المحفزات البيئية المختلفة ونقل هذه المعلومات الحسية إلى الجهاز العصبي المركزي (الأجزاء "الحرة" من الأعصاب الحسية).

4 نماذج لهيكل النظام الحسي في البشر (المصدر: Shigeru23 عبر ويكيميديا ​​كومنز)

يتم تصنيف هذه المستقبلات ، اعتمادًا على مصدر المنبه ، كمستقبلات خارجية ومستقبلات أساسية ومستقبلات داخلية.

المستقبلات الخارجية هي أقرب إلى سطح الجسم و "تستشعر" البيئة المحيطة. هناك عدة أنواع: تلك التي تدرك درجة الحرارة واللمس والضغط والألم والضوء والصوت والذوق والشم على سبيل المثال.

تتخصص المستقبِلات في نقل المحفزات المتعلقة بالفضاء والحركة باتجاه الجهاز العصبي المركزي ، بينما تكون المستقبلات البينية مسؤولة عن إرسال الإشارات الحسية التي يتم إنشاؤها داخل أعضاء الجسم.

المستقبلات الخارجية

يوجد في هذه المجموعة ثلاثة أنواع من المستقبلات الخاصة المعروفة باسم المستقبلات الميكانيكية والمستقبلات الحرارية ومستقبلات الألم ، القادرة على التفاعل مع اللمس ودرجة الحرارة والألم على التوالي.

في البشر ، تتمتع المستقبلات الحرارية بالقدرة على الاستجابة لاختلافات درجة الحرارة البالغة 2 درجة مئوية ويتم تصنيفها إلى مستقبلات الحرارة ومستقبلات البرودة ومستقبلات الألم الحساسة لدرجة الحرارة.

- لم يتم تحديد مستقبلات الحرارة بشكل صحيح ، ولكن يُعتقد أنها تتوافق مع نهايات الألياف العصبية "العارية" (غير الماييلية) القادرة على الاستجابة لزيادة درجة الحرارة.

- تنشأ المستقبلات الحرارية الباردة من النهايات العصبية النخاعية التي تتفرع وتوجد بشكل رئيسي في البشرة.

- Nociceptors متخصصة في الاستجابة للألم بسبب الإجهاد الميكانيكي والحراري والكيميائي ؛ هذه هي نهايات الألياف العصبية النخاعية المتفرعة في البشرة.

المستقبلات الحرارية في الحيوانات

تعتمد الحيوانات ، وكذلك البشر ، أيضًا على أنواع مختلفة من المستقبلات لإدراك البيئة من حولهم. الفرق بين المستقبلات الحرارية للإنسان بالنسبة لبعض الحيوانات هو أن الحيوانات غالبًا ما يكون لها مستقبلات تستجيب لكل من المنبهات الحرارية والميكانيكية.

هذا هو الحال بالنسبة لبعض المستقبلات الموجودة على جلد الأسماك والبرمائيات ، وبعض السلالات والقرود ، القادرة على الاستجابة للتحفيز الميكانيكي والحراري على حد سواء (بسبب درجات الحرارة المرتفعة أو المنخفضة).

في الحيوانات اللافقارية ، تم أيضًا إثبات الوجود المحتمل للمستقبلات الحرارية بشكل تجريبي ، ومع ذلك ، فإن فصل الاستجابة الفسيولوجية البسيطة للتأثير الحراري عن الاستجابة الناتجة عن مستقبل معين ليس بالأمر السهل دائمًا.

على وجه التحديد ، تشير "الأدلة" إلى أن العديد من الحشرات وبعض القشريات تدرك التغيرات الحرارية في بيئتها. تمتلك العلقات أيضًا آليات خاصة للكشف عن وجود مضيفات ذوات الدم الحار وهي اللافقاريات الوحيدة غير المفصلية حيث تم إثبات ذلك.

وبالمثل ، يشير العديد من المؤلفين إلى إمكانية أن بعض الطفيليات الخارجية للحيوانات ذوات الدم الحار يمكن أن تكتشف وجود مضيفيها في المنطقة المجاورة ، على الرغم من أن هذا لم يدرس كثيرًا.

في الفقاريات مثل بعض أنواع الثعابين وبعض الخفافيش الماصة للدم (التي تتغذى على الدم) توجد مستقبلات الأشعة تحت الحمراء قادرة على الاستجابة للمنبهات الحرارية "تحت الحمراء" المنبعثة من فريستها ذوات الدم الحار.

صورة لمضرب ماص للدم ("مصاص دماء") (المصدر: Ltshears عبر ويكيميديا ​​كومنز)

تضعها الخفافيش "مصاصة الدماء" على وجوهها وتساعدها على تحديد وجود ذوات الحوافر التي تعمل كغذاء ، في حين أن البواء "البدائية" وبعض أنواع الكروتالين السامة تضعها على جلدها وهذه نهايات عصبية حرة يتفرعون.

كيف يعملون؟

تعمل المستقبلات الحرارية بنفس الطريقة تقريبًا في جميع الحيوانات وتقوم بذلك بشكل أساسي لإخبار الكائن الحي الذي يمثل جزءًا منه درجة الحرارة المحيطة.

كما تمت مناقشته ، فإن هذه المستقبلات هي في الواقع أطراف عصبية (نهايات الخلايا العصبية المتصلة بالجهاز العصبي). لا تدوم الإشارات الكهربائية المتولدة في هذه سوى بضعة أجزاء من الثانية ويعتمد ترددها بشكل كبير على درجة الحرارة المحيطة والتعرض للتغيرات المفاجئة في درجة الحرارة.

في ظل ظروف درجة حرارة ثابتة ، تكون المستقبلات الحرارية للجلد نشطة باستمرار ، وترسل إشارات إلى الدماغ لتوليد الاستجابات الفسيولوجية اللازمة. عند تلقي حافز جديد ، يتم إنشاء إشارة جديدة ، والتي قد تستمر أو لا تدوم ، حسب مدتها.

القنوات الأيونية الحساسة للحرارة

يبدأ الإدراك الحراري بتنشيط المستقبلات الحرارية في النهايات العصبية للأعصاب المحيطية في جلد الثدييات. ينشط التحفيز الحراري القنوات الأيونية المعتمدة على درجة الحرارة في أطراف المحوار ، وهو أمر ضروري لإدراك الحافز ونقله.

هذه القنوات الأيونية عبارة عن بروتينات تنتمي إلى عائلة من القنوات المعروفة باسم "القنوات الأيونية الحساسة للحرارة" وقد سمح اكتشافها بتوضيح آلية الإدراك الحراري بعمق أكبر.

الهوية الجزيئية للأعصاب التي تستجيب للبرودة أو الحرارة اعتمادًا على التعبير عن القنوات الأيونية الحساسة للحرارة (المصدر: David D. McKemy عبر Wikimedia Commons)

وتتمثل مهمتها في تنظيم تدفق الأيونات مثل الكالسيوم والصوديوم والبوتاسيوم من وإلى المستقبلات الحرارية ، مما يؤدي إلى تكوين جهد فعل ينتج عنه اندفاع عصبي إلى الدماغ.

المستقبلات الحرارية في النباتات

بالنسبة للنباتات ، من الضروري أيضًا أن تكون قادرًا على اكتشاف أي تغير حراري يحدث في البيئة وإصدار استجابة.

كشفت بعض الأبحاث حول الإدراك الحراري في النباتات أنه غالبًا ما يعتمد على بروتينات تسمى phytochromes ، والتي تشارك أيضًا في التحكم في العمليات الفسيولوجية المتعددة في النباتات العليا ، من بينها إنبات وتنمية الشتلات ، المزهرة ، إلخ.

تلعب Phytochromes دورًا مهمًا في تحديد نوع النباتات الإشعاعية التي تتعرض لها وتكون قادرة على العمل كـ "مفاتيح" جزيئية تعمل تحت الضوء المباشر (مع نسبة عالية من الضوء الأحمر والأزرق) ، أو التي تنطفئ في الظل (نسبة عالية من الإشعاع "الأحمر البعيد").

تمثيل تخطيطي لفيتوكروم نشط (Pr) وغير نشط (Pfr) (المصدر: Bengt A. Lüers - BiGBeN_87_de عبر ويكيميديا ​​كومنز)

يعزز تنشيط بعض الكروموزومات النباتية النمو "المضغوط" ويمنع الاستطالة من خلال العمل كعوامل نسخ للجينات المشاركة في هذه العمليات.

ومع ذلك ، فقد ثبت أنه ، في بعض الحالات ، يمكن أن يكون تنشيط أو تعطيل الخلايا النباتية مستقلاً عن الإشعاع (الضوء الأحمر أو الأحمر البعيد) ، والذي يُعرف باسم "تفاعل الارتداد المظلم" ، والذي تعتمد سرعته على ما يبدو على درجة الحرارة.

تعزز درجات الحرارة المرتفعة التعطيل السريع لبعض الخلايا النباتية ، مما يجعلها تتوقف عن العمل كعوامل نسخ ، مما يعزز النمو عن طريق الاستطالة.

المراجع

1. Brusca ، RC ، & Brusca ، GJ (2003). اللافقاريات (رقم QL 362. B78 2003). باسينجستوك.
2. Feher ، JJ (2017). علم وظائف الأعضاء البشري الكمي: مقدمة. الصحافة الأكاديمية.
3. هينسل ، هـ. (1974). المستقبلات الحرارية. المراجعة السنوية لعلم وظائف الأعضاء، 36 (1) ، 233-249.
4. كاردونج ، KV (2002). الفقاريات: التشريح المقارن ، الوظيفة ، التطور. نيويورك: ماكجرو هيل.
5. إم ليجريس ، سي كلوزه ، إس بورجي ، سي سي آر روخاس ، إم نيم ، إيه هيلتبرونر ، بي إيه ويج ، إي شيفر ، آر دي فيرسترا ، جي جي كاسال. يدمج Phytochrome B إشارات الضوء ودرجة الحرارة في Arabidopsis. العلوم ، 2016 ؛ 354 (6314): 897
6. روجرز ، ك. ، كريج ، أ ، وهينسل ، هـ. (2018). موسوعة بريتانيكا. تم الاسترجاع 4 ديسمبر ، 2019 ، على www.britannica.com/science/thermoreception/Properties-of-thermoreceptors
7. تشانغ ، إكس (2015). أجهزة الاستشعار الجزيئية ومعدلات الاستقبال الحراري. القنوات ، 9 (2) ، 73-81.