Παραδείγματα βρόχου θετικής ανάδρασης

Ένας βρόχος θετικών σχολίων είναι ένα σύστημα όπου μια μεταβλητή αυξάνει την ποιότητα μιας άλλης μεταβλητής η οποία με τη σειρά της αυξάνει την ποσότητα/εμφάνιση της πρώτης μεταβλητής. Οι βρόχοι θετικής ανάδρασης είναι διεργασίες που συμβαίνουν μέσα στους βρόχους ανάδρασης γενικά και το εννοιολογικό αντίθετό τους είναι ένας βρόχος αρνητικής ανάδρασης.

Ο μαθηματικός ορισμός ενός βρόχου θετικής ανάδρασης ορίζεται ως ένα φαινόμενο όπου υπάρχει θετικό κέρδος μέσα σε έναν βρόχο αιτίας και αποτελέσματος. Τα συστήματα θετικής ανάδρασης όπως αυτά είναι εγγενώς ασταθή συστήματα που συνήθως τελειώνουν με κάποιο είδος απόκλισης από την κανονική ισορροπία του συστήματος, πιθανώς με χαοτική συμπεριφορά ή εκθετική ανάπτυξη.

Θετικοί βρόχοι σχολίων έναντι βρόχων αρνητικών σχολίων

Ως πρακτικό παράδειγμα βρόχου θετικής ανάδρασης, εξετάστε τη διαδικασία της πήξης του αίματος, όπου η άφιξη των αιμοπεταλίων σε ένα σημείο απελευθερώνει παράγοντες πήξης που προκαλούν την άφιξη περισσότερων αιμοπεταλίων στο σημείο του τραυματισμού. Εξετάστε επίσης τη διαδικασία του τοκετού, όπου το τέντωμα των τοιχωμάτων της μήτρας οδηγεί σε συσπάσεις και οι συσπάσεις τεντώνουν περαιτέρω τα τοιχώματα της μήτρας σε έναν κύκλο που συνεχίζεται μέχρι να τελειώσει η διαδικασία του τοκετού. Παρατηρήστε ότι και στις δύο περιπτώσεις, η θετική ανάδραση περιλαμβάνει την απόκριση μιας μεταβλητής (απελευθέρωση παραγόντων πήξης, τέντωμα της μήτρας) που ενισχύει ή ενισχύει την ανιχνευόμενη αλλαγή (άφιξη αιμοπεταλίων, συσπάσεις).

Αντιπαραθέστε αυτό με τους βρόχους αρνητικής ανάδρασης, οι οποίοι είναι αποκρίσεις που αντιστρέφουν την αλλαγή που ανιχνεύτηκε. Η λειτουργία των βρόχων αρνητικής ανάδρασης είναι συχνά η μείωση των ανεπιθύμητων επιπτώσεων. Ένα παράδειγμα βρόχου αρνητικής ανάδρασης είναι η θερμορύθμιση του σώματος, όπως η εφίδρωση όταν είστε πολύ ζεστοί. Ο ιδρώτας μειώνει τη θερμοκρασία του σώματος και θα συνεχιστεί μέχρι να επιστρέψετε στην αποδεκτή θερμοκρασία του σώματος.

Η σχέση μεταξύ ομοιόστασης και βρόχων ανατροφοδότησης

Στη βιολογία, η έννοια των βρόχων ανάδρασης εφαρμόζεται παράλληλα με την έννοια της ομοιόστασης, η οποία είναι η χρήση δυναμικών φυσιολογικών διεργασιών από τα κύτταρα ενός οργανισμού για τη διατήρηση ενός εσωτερικού περιβάλλοντος κατάλληλου για κανονική λειτουργία και τη συνεχή ύπαρξη αυτού του οργανισμού. Ο στόχος της ομοιόστασης είναι να διατηρήσει ορισμένες σημαντικές εσωτερικές μεταβλητές όπως η αρτηριακή πίεση και η θερμοκρασία του σώματος μέσα σε ένα εύρος αποδεκτών τιμών.

Όσον αφορά τους βρόχους ανάδρασης, καθώς σχετίζονται με την ομοιόσταση, η λειτουργία ενός βρόχου ανάδρασης είναι να βοηθά το σώμα να διατηρήσει την ομοιόσταση. Οι βρόχοι ανάδρασης ορίζονται ως συστήματα που προσαρμόζουν τα επίπεδα της συγκεκριμένης μεταβλητής όποτε υπάρχουν αναγνωρίσιμοι υποδοχείς, τελεστές, μέθοδοι επικοινωνίας και κέντρα ελέγχου. Θα ήταν χρήσιμο να ορίσετε αυτούς τους όρους:

• Μεταβλητές είναι οποιοσδήποτε αριθμός παραμέτρων ή περιορισμών που παρακολουθούνται ή επηρεάζονται από το σύστημα ανάδρασης του σώματος.
• Οι υποδοχείς είναι υπεύθυνοι για τον εντοπισμό αλλαγών στο επίπεδο των διαφόρων μεταβλητών.
• Τα κέντρα ελέγχου, γνωστά και ως ολοκληρωτές, είναι συστήματα στο σώμα που είναι υπεύθυνα για τη σύγκριση των ανιχνευόμενων επιπέδων της μεταβλητής με τα επίπεδα στόχου της μεταβλητής και για τη δημιουργία απόκρισης εάν οι μετρήσεις και οι στόχοι είναι διαφορετικοί.
• Οι τελεστές είναι συσκευές που πραγματοποιούν τις απαραίτητες αλλαγές για την προσαρμογή των επιπέδων της μεταβλητής και την αποκατάσταση της ομοιόστασης. Είναι επίσης απαραίτητη κάποια μέθοδος επικοινωνίας μεταξύ των διαφόρων συστημάτων και υποσυστημάτων που εμπλέκονται στον βρόχο ανάδρασης, ώστε το σύστημα να γνωρίζει πότε να ξεκινήσει και να τελειώσει τα διάφορα μέρη του βρόχου.

Ένα παράδειγμα των προσπαθειών ενός οργανισμού να διατηρήσει την ομοιόσταση είναι, όπως περιγράφηκε παραπάνω, η θερμορύθμιση. Όταν κάνει πολύ κρύο έξω, το σώμα σας τρέμει και τα θηλαστικά παθαίνουν εξογκώματα που αυξάνουν την απόσταση του αίματος από το εξωτερικό του δέρματος, μειώνοντας την απώλεια θερμότητας. Ένα άλλο παράδειγμα της προσπάθειας του σώματος να διατηρήσει την ομοιόσταση είναι κατά τη διάρκεια της σωματικής δραστηριότητας, όπου όταν το σώμα είναι στρεσαρισμένο για μεγάλα χρονικά διαστήματα αρχίζει να ιδρώνει, γεγονός που του κάνει να χάνει νερό και αλάτι. Το χαμηλό επίπεδο νερού στο σώμα δημιουργεί την απελευθέρωση ορμονών που είναι υπεύθυνες για το αίσθημα της δίψας. Πολλές ιατρικές καταστάσεις προκύπτουν από την αδυναμία του σώματος να διατηρήσει κάποιο είδος ομοιόστασης.

Μια πιο προσεκτική ματιά στους βρόχους θετικών σχολίων

Οι βρόχοι θετικής ανάδρασης είναι συστήματα όπου μια αλλαγή σε μια πτυχή του συστήματος θα προκαλέσει περισσότερες αλλαγές σε αυτήν την πτυχή του συστήματος. Επειδή μια αλλαγή στο επίπεδο μιας μεταβλητής προκαλεί αποκρίσεις που αυξάνουν περαιτέρω το επίπεδο αυτής της μεταβλητής, ένας βρόχος θετικής ανάδρασης μπορεί να αναπτυχθεί γρήγορα και ασταθής, οδηγώντας σε μια κατάσταση φυγής. Οι βρόχοι θετικής ανάδρασης μπορεί συχνά να είναι επιβλαβείς λόγω αυτής της τάσης να γίνονται ασταθείς, αν και σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως η προαναφερθείσα πήξη του αίματος, μπορεί να είναι ευεργετικές. Στην περίπτωση της πήξης του αίματος, ένα ένζυμο που ονομάζεται θρομβίνη ενεργοποιεί πρωτεΐνες που προκαλούν το κλιμακωτό αποτέλεσμα, αλλά υπάρχουν και άλλες πτυχές του συστήματος πήξης του αίματος που το κρατούν υπό έλεγχο και δεν επιτρέπουν στα επίπεδα της θρομβίνης να αυξηθούν πέρα ​​από τα αποδεκτά επίπεδα.

Ας δούμε ένα ακόμη παράδειγμα βρόχων θετικής ανάδρασης που βρίσκονται μέσα στο σώμα. Μετά τη γέννηση ενός παιδιού, η μητέρα παράγει γάλα για τους απογόνους της, μια διαδικασία γνωστή ως γαλουχία. Κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης τα επίπεδα της ορμόνης που είναι γνωστή ως προλακτίνη αυξάνονται και η προλακτίνη είναι τυπικά υπεύθυνη για την τόνωση της παραγωγής γάλακτος. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης, τα επίπεδα προγεστερόνης αναστέλλουν την παραγωγή γάλακτος. Μετά τη γέννηση του παιδιού τα επίπεδα της προγεστερόνης πέφτουν και καθώς το παιδί πίνει γάλα, προωθείται η απελευθέρωση περαιτέρω προλακτίνης, η οποία οδηγεί στην παραγωγή περισσότερου γάλακτος και περισσότερης προλακτίνης. Αυτός ο βρόχος θετικής ανάδρασης είναι απαραίτητος για να βεβαιωθείτε ότι το παιδί έχει αρκετό γάλα κατά τη διάρκεια του χρόνου που θηλάζει. Όταν το μωρό αρχίζει να απογαλακτίζεται από το γάλα, τα επίπεδα προλακτίνης στο σώμα της μητέρας επανέρχονται στα φυσιολογικά τους επίπεδα.

Παραδείγματα βρόχων θετικών σχολίων έξω από το σώμα

Ένα παράδειγμα ενός βρόχου θετικής ανάδρασης στη φύση έξω από το σώμα είναι η ξηρασία. Οι ξηρασίες γίνονται πιο έντονες λόγω του βρόχου θετικής ανάδρασης. Όταν δεν υπάρχει αρκετή βροχή, τα φυτά πεθαίνουν, γεγονός που περιορίζει την ποσότητα υδρατμών που προστίθεται στον αέρα από την επιφάνεια του πλανήτη. Ξηρή σκόνη προστίθεται επίσης στην ατμόσφαιρα που καταλήγει να απορροφά νερό και να κάνει τον αέρα ακόμη πιο στεγνό. Η χαμηλότερη ποσότητα υδρατμών στον αέρα σημαίνει ότι οι μέρες γίνονται πιο ζεστές και ξηρότερες, γεγονός που μειώνει την πιθανότητα να σχηματιστούν σύννεφα, γεγονός που μειώνει την πιθανότητα να βρέξει – επιδεινώνοντας την ξηρασία.