ТЕРМОРЕЦЕПТОРЫ: У ЧЕЛОВЕКА, У ЖИВОТНЫХ, У РАСТЕНИЙ. - БИОЛОГИЯ - 2025

В терморецепторах те рецепторы , которые обладают многими живыми организмами воспринимающих раздражителей условия вокруг. Они типичны не только для животных, потому что растения также должны учитывать условия окружающей среды.

Обнаружение или восприятие температуры является одной из наиболее важных сенсорных функций и часто имеет важное значение для выживания видов, поскольку позволяет им реагировать на тепловые изменения, типичные для среды, в которой они развиваются.

Crotalus willardi с одной из двух характерных черепных ямок (терморецепторов), видимых между носом и глазом. Роберт С. Симмонс.

Его исследование включает в себя важную часть сенсорной физиологии, и на животных оно началось примерно в 1882 году благодаря экспериментам, которые смогли связать тепловые ощущения с локальной стимуляцией чувствительных участков на коже человека.

У людей есть терморецепторы, которые весьма специфичны в отношении тепловых стимулов, но есть и другие, которые реагируют как на «холодные», так и на «горячие» стимулы, а также на некоторые химические вещества, такие как капсаицин и ментол (которые производят аналогичные стимулы). к ощущениям жара и холода).

У многих животных терморецепторы также реагируют на механические раздражители, и некоторые виды используют их для получения пищи.

Для растений присутствие белков, известных как фитохромы, необходимо для теплового восприятия и связанных с ним реакций роста.

Терморецепторы у человека

У людей, как и у других млекопитающих, есть ряд рецепторов, которые позволяют им лучше взаимодействовать с окружающей средой с помощью того, что было названо «особыми чувствами».

Эти «рецепторы» - не что иное, как последние части дендритов, отвечающие за восприятие различных стимулов окружающей среды и передачу такой сенсорной информации в центральную нервную систему («свободные» участки сенсорных нервов).

4 Модели структуры сенсорной системы человека (Источник: Shigeru23 через Wikimedia Commons)

Эти рецепторы классифицируются в зависимости от источника стимула как экстероцепторы, проприорецепторы и интерорецепторы.

Экстероцепторы находятся ближе к поверхности тела и «чувствуют» окружающую среду. Есть несколько типов: те, которые воспринимают температуру, прикосновение, давление, боль, свет и звук, вкус и запах, например.

Проприорецепторы специализируются на передаче стимулов, связанных с пространством и движением к центральной нервной системе, в то время как интерорецепторы отвечают за отправку сенсорных сигналов, которые генерируются внутри органов тела.

Экстероцепторы

В этой группе есть три типа специальных рецепторов, известных как механорецепторы, терморецепторы и ноцицепторы, способные реагировать на прикосновение, температуру и боль соответственно.

У людей терморецепторы обладают способностью реагировать на разницу температур в 2 ° C и подразделяются на рецепторы тепла, рецепторы холода и чувствительные к температуре ноцицепторы.

- Тепловые рецепторы должным образом не идентифицированы, но считается, что они соответствуют «голым» окончаниям нервных волокон (не миелинизированных), способным реагировать на повышенную температуру.

- Терморецепторы холода возникают из разветвляющихся миелинизированных нервных окончаний и находятся в основном в эпидермисе.

- Ноцицепторы специализируются на реагировании на боль из-за механического, термического и химического стресса; Это миелинизированные окончания нервных волокон, разветвленные в эпидермисе.

Терморецепторы у животных

Животные, как и люди, также зависят от различных типов рецепторов, чтобы воспринимать окружающую среду вокруг них. Разница между терморецепторами человека и некоторых животных заключается в том, что у животных часто есть рецепторы, которые реагируют как на тепловые, так и на механические раздражители.

Так обстоит дело с некоторыми рецепторами в коже рыб и земноводных, некоторых кошачьих и обезьян, которые способны одинаково реагировать на механическую и термическую стимуляцию (из-за высоких или низких температур).

У беспозвоночных животных возможность существования тепловых рецепторов также была экспериментально продемонстрирована, однако отделить простой физиологический ответ на тепловой эффект от ответа, генерируемого конкретным рецептором, не всегда легко.

В частности, «свидетельство» указывает на то, что многие насекомые и некоторые ракообразные воспринимают температурные изменения в окружающей их среде. У пиявок также есть специальные механизмы для обнаружения теплокровных хозяев, и они являются единственными беспозвоночными, не являющимися членистоногими, где это было продемонстрировано.

Точно так же несколько авторов указывают на возможность того, что некоторые эктопаразиты теплокровных животных могут обнаруживать присутствие своих хозяев поблизости, хотя это мало изучено.

У позвоночных, таких как некоторые виды змей и некоторые кровососущие летучие мыши (которые питаются кровью), есть инфракрасные рецепторы, способные реагировать на «инфракрасные» тепловые стимулы, испускаемые их теплокровной добычей.

Фотография кровососущей ("вампирской") летучей мыши (Источник: Ltshears через Wikimedia Commons)

Летучие мыши-вампиры наносят их на лицо и помогают им определить присутствие копытных, которые служат пищей, в то время как у «примитивных» удавов и некоторых видов ядовитого кроталина они находятся на коже, и это свободные нервные окончания, которые они разветвляются.

Как они работают?

Терморецепторы работают более или менее одинаково у всех животных, и они делают это, по сути, для того, чтобы сообщить организму, частью которого они являются, о температуре окружающей среды.

Как уже говорилось, эти рецепторы на самом деле являются нервными окончаниями (концы нейронов, подключенных к нервной системе). Электрические сигналы, генерируемые в них, длятся всего несколько миллисекунд, а их частота сильно зависит от температуры окружающей среды и подверженности резким изменениям температуры.

В постоянных температурных условиях терморецепторы кожи постоянно активны, посылая сигналы в мозг, чтобы вызвать необходимые физиологические реакции. При получении нового стимула генерируется новый сигнал, который может длиться или не длиться, в зависимости от его продолжительности.

Термочувствительные ионные каналы

Тепловое восприятие начинается с активации терморецепторов в нервных окончаниях периферических нервов кожи млекопитающих. Тепловой стимул активирует зависимые от температуры ионные каналы в окончаниях аксона, что важно для восприятия и передачи стимула.

Эти ионные каналы представляют собой белки, которые принадлежат к семейству каналов, известных как «термочувствительные ионные каналы», и их открытие позволило более глубоко выяснить механизм теплового восприятия.

Молекулярная идентичность нервов, которые реагируют на холод или тепло, в зависимости от экспрессии термочувствительных ионных каналов (Источник: Дэвид Д. МакКеми через Wikimedia Commons)

Его задача - регулировать поток ионов, таких как кальций, натрий и калий, к тепловым рецепторам и от них, что приводит к формированию потенциала действия, который приводит к нервному импульсу к мозгу.

Терморецепторы в растениях

Для растений также важно уметь обнаруживать любые температурные изменения, происходящие в окружающей среде, и реагировать на них.

Некоторые исследования теплового восприятия у растений показали, что оно часто зависит от белков, называемых фитохромами, которые также участвуют в контроле множества физиологических процессов у высших растений, среди которых прорастание и развитие проростков, цветение и др.

Фитохромы играют важную роль в определении типа радиации, которой подвергаются растения, и могут действовать как молекулярные «переключатели», которые включаются под прямым светом (с высокой долей красного и синего света) или выключаются. в тени (высокая доля «дальнего красного» излучения).

Схематическое изображение активного (Pr) и неактивного (Pfr) фитохрома (Источник: Bengt A. Lüers - BiGBeN_87_de через Wikimedia Commons)

Активация некоторых фитохромов способствует «компактному» росту и подавляет удлинение, действуя как факторы транскрипции для генов, участвующих в этих процессах.

Однако было доказано, что в некоторых случаях активация или инактивация фитохромов может происходить независимо от излучения (красный или дальний красный свет), что известно как «реакция темнового возврата», скорость которой, очевидно, зависит от температура.

Высокие температуры способствуют быстрой инактивации некоторых фитохромов, в результате чего они перестают работать как факторы транскрипции, способствуя росту за счет удлинения.

Ссылки

1. Бруска, Р.С., и Бруска, Г.Дж. (2003). Беспозвоночные (№ QL 362. B78 2003). Бейзингстоук.
2. Фехер, Дж. Дж. (2017). Количественная физиология человека: введение. Академическая пресса.
3. Хенсель, Х. (1974). Терморецепторы. Ежегодный обзор физиологии, 36 (1), 233-249.
4. Кардонг, К.В. (2002). Позвоночные животные: сравнительная анатомия, функции, эволюция. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл.
5. М. Легрис, К. Клозе, Э. С. Берги, CCR Рохас, М. Неме, А. Хилтбруннер, П. А. Вигге, Э. Шафер, Р. Д. Виерстра, Дж. Дж. Казал. Фитохром B объединяет световые и температурные сигналы арабидопсиса. Наука, 2016; 354 (6314): 897
6. Роджерс К., Крейг А. и Хенсель Х. (2018). Британская энциклопедия. Получено 4 декабря 2019 г. на сайте www.britannica.com/science/thermoreception/Properties-of-thermoreceptors.
7. Чжан, X. (2015). Молекулярные сенсоры и модуляторы терморецепции. Каналы, 9 (2), 73-81.