معلومة

36.4 د: التوازن وتحديد التوازن - علم الأحياء

36.4 د: التوازن وتحديد التوازن - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

مع وجود خلايا شعر في الأذن الداخلية تستشعر الحركة الخطية والدورانية ، يحدد الجهاز الدهليزي حالات التوازن والتوازن.

أهداف التعلم

  • وصف التشريح الذي يتيح التوازن والتوازن

النقاط الرئيسية

  • تمتد الخلايا الشعرية في الحويصلة وكيس الأذن الداخلية إلى غبار الأذن ، وهي مادة لزجة كثيفة مع بلورات كربونات الكالسيوم.
  • ينزلق غبار الأذن فوق البقعة ، وهو نسيج يدعم خلايا الشعر ، في اتجاه الجاذبية عندما يتحرك الرأس بسبب قصوره الذاتي الأكبر ، مما يتسبب في نمط من إزالة استقطاب خلايا الشعر الذي يفسره الدماغ على أنه إمالة.
  • القنوات نصف الدائرية للأذن الداخلية عبارة عن هياكل شبيهة بالحلقة مع حلقة واحدة موجهة في المستوى الأفقي والحلقتين الأخريين موجهتين عند 45 درجة تقريبًا بالنسبة للمستوى السهمي.
  • تحتوي الأمبولة ، الموجودة في قاعدة كل قناة نصف دائرية ، على خلايا شعر تمتد إلى الغشاء الذي يتصل بأعلى الأمبولة بمنطقة تسمى القبة.
  • يؤدي دوران الرأس إلى تحريك السائل في القناة نصف الدائرية ، ولكن مع تأخر ينتج عنه انحراف للقبيبة في الاتجاه المعاكس لدوران الرأس مما يؤدي بدوره إلى إزالة استقطاب خلايا الشعر.
  • باستخدام معلومات إزالة استقطاب خلايا الشعر من الأمبولات الثلاثة ، يمكن للنظام الدهليزي اكتشاف اتجاه وسرعة حركات الرأس في جميع الأبعاد الثلاثة.

الشروط الاساسية

  • الستريوسيليوم: أي من العديد من الهياكل الخلوية غير المتحركة التي تشبه الميكروفيلي الطويل ؛ تلك الموجودة في الأذن الداخلية هي المسؤولة عن التنبيغ السمعي
  • حالة توازن: حالة نظام تكون فيه المؤثرات المتنافسة متوازنة ، ولا ينتج عنها تغيير صاف
  • غبار: جسيم صغير ، يتكون أساسًا من كربونات الكالسيوم ، يوجد في الأذن الداخلية للفقاريات ، وهو جزء من حاسة التوازن

حالة توازن

إلى جانب الاختبار ، فإن الأذن الداخلية مسؤولة عن ترميز المعلومات حول التوازن أو الإحساس بالتوازن. هناك مستقبل ميكانيكي مشابه - خلية شعر بها استريوسيليا - يستشعر موضع الرأس وحركة الرأس وما إذا كانت أجسامنا في حالة حركة أم لا. تقع هذه الخلايا داخل دهليز الأذن الداخلية. يتم استشعار موضع الرأس بواسطة القفص الصدري والكيس ، في حين يتم استشعار حركة الرأس بواسطة القنوات نصف الدائرية. تنتقل الإشارات العصبية المتولدة في العقدة الدهليزية عبر العصب الدهليزي القوقعي إلى جذع الدماغ والمخيخ. تشكل هذه المكونات معًا الجهاز الدهليزي.

تسارع خطي

يتكون كل من utricle و saccule إلى حد كبير من نسيج البقعة (جمع = البقعة). تتكون البقعة من خلايا شعر محاطة بخلايا داعمة. تمتد الأهداب المجسمة لخلايا الشعر إلى هلام لزج يسمى غبار الأذن. يحتوي غبار الأذن على بلورات كربونات الكالسيوم ، مما يجعله أكثر كثافة ويمنحه خمولاً أكبر من البقعة. لذلك ، ستؤدي الجاذبية إلى تحرك غبار الأذن بشكل منفصل عن البقعة استجابةً لحركات الرأس. يؤدي إمالة الرأس إلى انزلاق غبار الأذن فوق البقعة في اتجاه الجاذبية. طبقة غبار الأذن المتحركة ، بدورها ، تنحني الستيروسيليا لتتسبب في إزالة استقطاب بعض خلايا الشعر بينما يفرط البعض الآخر في الاستقطاب. يفسر الدماغ الميل الدقيق للرأس على أساس نمط إزالة استقطاب خلايا الشعر.

حركة دورانية

القنوات نصف الدائرية هي ثلاثة امتدادات تشبه الحلقة من الدهليز. أحدهما موجه في المستوى الأفقي ، بينما الآخران موجهان في المستوى الرأسي. يتم توجيه القنوات الرأسية الأمامية والخلفية عند 45 درجة تقريبًا بالنسبة للمستوى السهمي. قاعدة كل قناة نصف دائرية ، حيث تلتقي مع الدهليز ، تتصل بمنطقة متضخمة تعرف باسم الأمبولة. تحتوي الأمبولة على خلايا الشعر التي تستجيب للحركة الدورانية ، مثل تحويل رأسك من جانب إلى آخر عند قول "لا". تمتد الأهداب الفراغية لخلايا الشعر هذه إلى القبة ، وهو غشاء متصل بأعلى الأمبولة. عندما يدور الرأس في مستوى موازٍ للقناة نصف الدائرية ، يتأخر السائل ، مما يؤدي إلى انحراف القبة في الاتجاه المعاكس لحركة الرأس. تحتوي القنوات نصف الدائرية على عدة أمبولات ، بعضها موجه أفقيًا والبعض الآخر موجهًا عموديًا. من خلال مقارنة الحركات النسبية لكل من الأمبولات الأفقية والرأسية ، يمكن للنظام الدهليزي اكتشاف اتجاه معظم حركات الرأس ضمن مساحة ثلاثية الأبعاد (3-D).


36.4 د: التوازن وتحديد التوازن - علم الأحياء

حساب ثوابت التوازن

  • المعادلة المتوازنة لنظام التفاعل ، بما في ذلك الحالات الفيزيائية لكل نوع. من هذا تعبير التوازن لحساب K.ج أو K.ص مشتق.
  • تركيزات التوازن أو الضغوط لكل نوع التي تحدث في تعبير التوازن ، أو معلومات كافية لتحديدها. يتم استبدال هذه القيم في تعبير التوازن ثم يتم حساب قيمة ثابت التوازن.
  • حساب K من كميات التوازن المعروفة
  • حساب K من المبالغ الأولية ومبلغ التوازن المعروف
  • حساب K من المبالغ الأولية المعروفة والتغيير المعروف في مقدار أحد الأنواع
  • اكتب تعبير التوازن للتفاعل.
  • تحديد التركيزات المولية أو الضغوط الجزئية لكل الأنواع المعنية.
  • عوّض في تعبير التوازن وحل من أجل K.

[CO2] = 0.1908 مول CO2/2.00 لتر = 0.0954 م
[H2] = 0.0454 م
[أول أكسيد الكربون] = 0.0046 م
[H2O] = 0.0046 م


التوازن صعب ويعتمد على الكثير من الأشياء ، بما في ذلك ، إلى حد ما ، بصرك. يتم تحقيق التوازن والحفاظ عليه من خلال مجموعة معقدة من أنظمة التحكم الحسية التي تشمل المدخلات الحسية من الرؤية (البصر)، واستقبال الحس العميق (اللمس) ، والجهاز الدهليزي (الحركة ، والتوازن ، والتوجه المكاني) تكامل تلك المدخلات الحسية والمخرجات الحركية للعين وعضلات الجسم. تساعدك رؤيتك على معرفة مكان وجود رأسك وجسمك في العلاقة بالعالم من حولك وعلى الشعور بالحركة بينك وبين بيئتك.

ببساطة شديدة ، إن تعصيب عين شخص ما هو إخراج مساهمة الرؤية في التوازن. لذلك ، إذا كانت الأنظمة الأخرى المشاركة في التوازن معطلة قليلاً ، فإن تعصيب العينين سيتدخل في قدرته على الحفاظ على توازنه ، حتى على قدمين ، ناهيك عن واحدة.

فيما يلي هذه الأنظمة بمزيد من التفصيل.

استقبال الحس العميق. في مفاصلك ، وعضلاتك ، وأوتارك ، وجلدك ، ومناطق أخرى ، لديك مستقبلات تحضيرية تخبر دماغك بمكان أجزاء الجسم (الذراعين ، والساقين ، وما إلى ذلك) بالنسبة للذات في الفضاء. لأننا نعيش على كوكب به جاذبية ، حتى لو كنا معصوبي الأعين ، وإذا كنا نقف بشكل صحيح ، فإن أقدامنا سترسل إشارات دماغنا والتي بدورها ستسمح للدماغ بالحكم على موقعنا في الفضاء فيما يتعلق بالجاذبية وسوف نحافظ على منطقتنا. أقدام مزروعة بإحكام على الأرض بطريقة ستبقينا منتصبين في وضع منظم باستمرار (إذا شعرنا بضغط أقل من أسفل إصبع القدم الأيمن الكبير ، فسنتكيف مع الانحناء إلى الأمام وإلى اليمين قليلاً حتى الخروج = r يقول الدماغ ، "حسنًا ، هناك!" هذا يحدث من كل الجلد والمفاصل تستجيب في نفس الوقت. لاحظ أنه بمجرد أن يتم حظر الرؤية ، تصبح أجسامنا نسبيًا لا تزال نركز على توازننا. نتحرك مبدئيًا.

مع تقدم الناس في العمر ، يفقدون بعضًا من قدراتهم الاستباقية. هذا هو أحد أسباب السقوط في كبار السن.

الأذن الداخلية. في أذننا الداخلية توجد قنوات نصف دائرية ، ثلاثة على كل جانب ، وهي موجهة نحو

90 درجة لبعضنا البعض لذلك نحن نغطي 3 أبعاد. يوجد في هذه القنوات سائل يتدحرج عندما نحرك رؤوسنا ، ونغير الاتجاهات ، وننحني ، وما إلى ذلك. استريوسيليا - مثل الموجة التي ستكتشفها ساقك في مياه المحيط الضحلة. تساعدنا هذه القنوات نصف الدائرية على البقاء متجهين نحو الفضاء. الآن ، يتم ربط القنوات نصف الدائرية أيضًا أجهزة غبار الأذن - غرفتان معنيتان بالجاذبية. لديهم بلورات دقيقة - تسمى otoconia - والتي تتحرك وفقًا لموضع رأسنا مع العلاقة بـ "لأسفل" أو الجاذبية.

إذا وقفنا ساكنين تمامًا (ربما لا يكون ذلك ممكنًا بدون دعم) ، فسيتم قراءة كل شيء بواسطة الجهاز الدهليزي (القنوات نصف الدائرية والأعضاء الحجرية) كالمعتاد ، ونبقى منتصبين (هناك اتصال مستمر بين نظامنا الدهليزي ودماغنا) . لذلك ، عند تعصيب أعيننا ، يمكننا أن نبقى منتصبين حتى لو هزنا رؤوسنا ، أو ثنيها للأمام أو للخلف ، وما إلى ذلك (في حدود المعقول). مع تقدمنا ​​في العمر ، يمكن أن تتدهور الأشياء في هذا الجهاز الدهليزي ، مما يؤثر على توازننا ، ويؤدي إلى المزيد من السقوط لدى كبار السن. (الأمراض التي تصيب الصغار يمكن أن تؤثر على ذلك أيضًا).

رد الفعل الدهليزي العيني. نظام معقد ينسق بشكل انعكاسي المدخلات من جهازك الدهليزي ورؤيتك في حركة الرأس. إذا أدار شخص ما رأسك فجأة ، فستتحرك عيناك بطريقة متساوية ومعاكسة ، أي ، ستظل عيناك مركزة على الشيء الذي ركزوا عليه قبل تحريك رأسك مباشرة. هذا النظام هو ما يسمح لك بالاستمرار في قراءة شيء ما بسهولة أثناء هز رأسك من جانب إلى آخر (ليس هذا هو الحال إذا قمت بتحريك جانب الطباعة إلى جانب).


تحويل الصوت

عندما تصل الموجات الصوتية إلى الأذن ، تقوم الأذن بتحويل هذا التحفيز الميكانيكي (الضغط) إلى نبضة عصبية (إشارة كهربائية) يراها الدماغ على أنها صوت.

أهداف التعلم

وصف نقل الصوت وتشريح الأذن ذي الصلة

الماخذ الرئيسية

النقاط الرئيسية

  • تحتوي الأذن البشرية على ثلاث مناطق وظيفية متميزة: الأذن الخارجية ، التي تجمع الموجات الصوتية ، والأذن الوسطى ، والتي تمثل الموجات الصوتية كضغط ، والأذن الداخلية التي تحول إشارات الضغط هذه إلى إشارات كهربائية يراها الدماغ على أنها صوت.
  • تتضمن الأذن الخارجية الصيوان (الهيكل الخارجي على شكل صدفة على السطح الخارجي للرأس) ، والذي يساعد في جمع الموجات الصوتية والصماخ (القناة الخارجية) والغشاء الطبلي ، المعروف أيضًا باسم طبلة الأذن.
  • تتواجد الأذن الوسطى بين طبلة الأذن والنافذة البيضاوية (الحدود الخارجية مع الأذن الداخلية) وتتكون من ثلاث عظام منفصلة: المطرقة والسندان والركاب.
  • بينما يمتلئ تجويف الأذن الوسطى بالهواء ، تمتلئ الأذن الداخلية بالسوائل.
  • توجد الأذن الداخلية على الجانب الآخر من النافذة البيضاوية من الأذن الوسطى ، بجوار معبد رأس الإنسان ، وتتكون من ثلاثة أجزاء: القنوات نصف الدائرية ، والدهليز ، والقوقعة.
  • داخل القوقعة ، تعتبر خلايا الشعر الداخلية أكثر أهمية لنقل المعلومات السمعية إلى الدماغ.

الشروط الاساسية

  • عظيم: عظم صغير (أو هيكل عظمي) ، خاصةً أحد العظام الثلاثة في الأذن الوسطى
  • قوقعة: التجويف المعقد والملفوف حلزونيًا والمستدق للأذن الداخلية حيث تتحول الاهتزازات الصوتية إلى نبضات عصبية
  • تحول: لتحويل الطاقة من شكل إلى آخر

تخلق الأشياء المهتزة ، مثل الحبال الصوتية ، موجات صوتية أو موجات ضغط في الهواء. عندما تصل موجات الضغط هذه إلى الأذن ، تقوم الأذن بتحويل هذا التحفيز الميكانيكي (موجة الضغط) إلى نبضة عصبية (إشارة كهربائية) يراها الدماغ على أنها صوت. تضرب موجات الضغط الطبلة ، مما يجعلها تهتز. تنقل الطاقة الميكانيكية من طبلة الأذن المتحركة الاهتزازات إلى عظام الأذن الوسطى الثلاثة. تنقل الرُكَّاب الاهتزازات إلى غشاء رقيق يسمى النافذة البيضاوية ، وهي الهيكل الأبعد للأذن الداخلية.

رسم تخطيطي للأذن الوسطى: توجد الأذن الوسطى بين الغشاء الطبلي (الحدود مع الأذن الخارجية) والنافذة البيضاوية (حدود الأذن الداخلية) وتتكون من ثلاثة عظام: المطرقة (المطرقة) والسندان (بمعنى السندان) و الركاب (بمعنى الرِّكَاب).

تم العثور على هياكل الأذن الداخلية في المتاهة ، وهي هيكل عظمي مجوف يمثل الجزء الداخلي من الأذن. هنا ، يتم نقل الطاقة من الموجة الصوتية من الركاب عبر النافذة البيضاوية المرنة إلى سائل القوقعة. تخلق اهتزازات النافذة البيضاوية موجات ضغط في السائل (perilymph) داخل القوقعة. القوقعة عبارة عن بنية خافتة ، مثل قوقعة الحلزون ، وتحتوي على مستقبلات لتحويل الموجة الميكانيكية إلى إشارة كهربائية. داخل القوقعة ، الغشاء القاعدي عبارة عن محلل ميكانيكي يعمل على طول القوقعة ، ملتفًا باتجاه مركز القوقعة.

الأذن الداخلية: يمكن تقسيم الأذن الداخلية إلى ثلاثة أجزاء: القنوات نصف الدائرية ، والدهليز ، والقوقعة ، وكلها تقع في العظم الصدغي.

تتغير الخصائص الميكانيكية للغشاء القاعدي على طول طوله ، بحيث يكون أكثر سمكًا ، ومشدودًا ، وأضيق في الجزء الخارجي من الدودة (حيث تكون القوقعة أكبر) ، وأرق ، وأكثر مرونة ، وأوسع باتجاه القمة ، أو المركز ، من الزهرة (حيث تكون القوقعة هي الأصغر). تهتز مناطق مختلفة من الغشاء القاعدي وفقًا لتردد الموجة الصوتية التي يتم إجراؤها عبر السائل في القوقعة. لهذه الأسباب ، تكتشف القوقعة المملوءة بسائل ترددات موجية مختلفة (نغمات) في مناطق مختلفة من الغشاء. عندما تلامس الموجات الصوتية في سائل القوقعة الغشاء القاعدي ، تنثني للخلف وللأمام بطريقة تشبه الموجة. يوجد فوق الغشاء القاعدي الغشاء القمعي.

التوضيح: في الأذن البشرية ، تتسبب الموجات الصوتية في ضغط الركاب على النافذة البيضاوية. تنتقل الاهتزازات إلى الجزء الداخلي المملوء بسائل من القوقعة. يصبح الغشاء القاعدي الذي يبطن القوقعة أرق باستمرار باتجاه قمة القوقعة. تهتز سماكات مختلفة من الغشاء استجابة للترددات الصوتية المختلفة. ثم تخرج الموجات الصوتية من النافذة المستديرة. في المقطع العرضي للقوقعة (الشكل العلوي الأيمن) ، لاحظ أنه بالإضافة إلى القناة العلوية والقناة السفلية ، تحتوي القوقعة أيضًا على قناة وسطى. عضو كورتي (الصورة السفلية) هو موقع نقل الصوت. ينتج عن حركة الستريوسيليا على خلايا الشعر قدرة فعلية تنتقل على طول العصب السمعي.

يقع موقع التنبيغ في عضو كورتي (العضو الحلزوني). وهي تتألف من خلايا شعر مثبتة في مكانها فوق الغشاء القاعدي مثل الزهور البارزة من التربة ، مع وجود مجسمات شعرية قصيرة مكشوفة تشبه الشعر أو مغروسة في الغشاء العلوي فوقها. خلايا الشعر الداخلية هي المستقبلات السمعية الأولية وتوجد في صف واحد ، ويبلغ عددها حوالي 3500. تمتد الأهداب الفراغية من خلايا الشعر الداخلية إلى دمامل صغيرة على السطح السفلي للغشاء الصدري. يتم ترتيب خلايا الشعر الخارجية في ثلاثة أو أربعة صفوف. يبلغ عددهم حوالي 12000 ، ويعملون على ضبط الموجات الصوتية الواردة. تعلق الأهداب الطويلة التي تظهر من خلايا الشعر الخارجية في الواقع بالغشاء الصدري. جميع الأذرع الفراغية هي مستقبلات ميكانيكية ، وعندما تنحني بالاهتزازات فإنها تستجيب بفتح قناة أيونية مسوّرة (راجع [رابط]). نتيجة لذلك ، يتم إزالة الاستقطاب في غشاء خلية الشعر ، ويتم إرسال إشارة إلى العصب المنتفخ. يتم تحديد شدة (حجم) الصوت من خلال عدد خلايا الشعر التي يتم تحفيزها في مكان معين.

يتم ترتيب خلايا الشعر على الغشاء القاعدي بطريقة منظمة. يهتز الغشاء القاعدي في مناطق مختلفة حسب تردد الموجات الصوتية التي تصطدم به. وبالمثل ، فإن خلايا الشعر الموجودة فوقها تكون أكثر حساسية لتردد معين من الموجات الصوتية. يمكن لخلايا الشعر أن تستجيب لنطاق صغير من الترددات المتشابهة ، ولكنها تتطلب تحفيزًا بقوة أكبر لإطلاقها على ترددات خارج نطاقها الأمثل. الفرق في معدل الاستجابة بين خلايا الشعر الداخلية المجاورة حوالي 0.2 بالمائة. قارن ذلك بأوتار البيانو المجاورة ، والتي تختلف بنحو ستة بالمائة. تنص نظرية المكان ، وهي نموذج لكيفية اعتقاد علماء الأحياء أن اكتشاف النغمة يعمل في الأذن البشرية ، تنص على أن الأصوات عالية التردد تهتز بشكل انتقائي الغشاء القاعدي للأذن الداخلية بالقرب من منفذ المدخل (النافذة البيضاوية). تنتقل الترددات المنخفضة لمسافة أبعد على طول الغشاء قبل أن تسبب إثارة ملحوظة للغشاء. تعتمد آلية تحديد درجة الصوت الأساسية على الموقع على طول الغشاء حيث يتم تحفيز خلايا الشعر. نظرية المكان هي الخطوة الأولى نحو فهم تصور الملعب. بالنظر إلى حساسية الملعب القصوى للأذن البشرية ، يُعتقد أنه يجب أن يكون هناك بعض آلية "شحذ" السمع لتحسين دقة الملعب.

عندما تنتج الموجات الصوتية موجات سائلة داخل القوقعة ، ينثني الغشاء القاعدي ، مما يؤدي إلى ثني الأهداب المجسمة التي ترتبط بالغشاء الصدري. ينتج عن انحنائها إمكانات العمل في خلايا الشعر ، وتنتقل المعلومات السمعية على طول النهايات العصبية للخلايا العصبية ثنائية القطب لخلايا الشعر (مجتمعة ، العصب السمعي) إلى الدماغ. عندما ينثني الشعر ، يطلقون ناقلًا عصبيًا مثيرًا عند مشابك عصبية مع عصبون حسي ، والذي ينقل بعد ذلك إمكانات العمل إلى الجهاز العصبي المركزي. يرسل الفرع القوقعي للعصب القحفي الدهليزي معلومات عن السمع. النظام السمعي دقيق للغاية ، وهناك بعض التعديل أو "الشحذ" المدمج فيه. يمكن للدماغ إرسال إشارات مرة أخرى إلى القوقعة ، مما يؤدي إلى تغيير في الطول في خلايا الشعر الخارجية ، مما يؤدي إلى شحذ أو ترطيب استجابة خلايا الشعر تجاه ترددات معينة.

معالجة أعلى

تعتبر خلايا الشعر الداخلية أكثر أهمية في نقل المعلومات السمعية إلى الدماغ. حوالي 90 في المائة من الخلايا العصبية الواردة تحمل معلومات من خلايا الشعر الداخلية ، مع كل خلية شعر متشابكة مع 10 أو نحو ذلك من الخلايا العصبية. تتصل خلايا الشعر الخارجية بـ 10 في المائة فقط من الخلايا العصبية الواردة ، وكل خلية عصبية واردة تعصب العديد من خلايا الشعر. تنتقل الخلايا العصبية ثنائية القطب الواردة التي تنقل المعلومات السمعية من القوقعة إلى النخاع ، عبر الجسر والدماغ المتوسط ​​في جذع الدماغ ، لتصل أخيرًا إلى القشرة السمعية الأولية في الفص الصدغي.


الهجرة والانقراض وتوازن الجزيرة

حالة توازن هو مفهوم مهم يتخلل العديد من التخصصات. في الكيمياء نفكر في النقطة التي يكون فيها معدل رد فعل أمامي يساوي معدل رد فعل متخلف. في علم الاقتصاد نفكر في النقطة حيث إمداد يساوي الطلب. في الفيزياء يمكننا أن نرى كيف جاذبية متوازنة من قبل السرعة الأمامية لخلق أشياء مثل مدارات الكواكب.

بغض النظر عن النظام الذي نفحصه ، تظل الفكرة الأساسية كما هي: التوازن هو حالة تكون فيها القوى المتعارضة متوازنة.

في علم الأحياء ، التوازن مهم جدًا لدرجة أنه يمكن أن يعني الفرق بين الحياة أو الموت للأنواع ، ويمكنه أن يقرر ما إذا كانت ستزدهر أو تنقرض.

في أغنية الدودو ديفيد كوامن يتعمق في كيفية تأثير التوازن على الأنواع & # 8217 على القدرة على البقاء ، وكيف يؤثر على قدرتنا على إنقاذ الحيوانات على شفا الانقراض.

تاريخيًا ، تمت دراسة مفهوم توازن الجزيرة مع التركيز على التفاعل بين التطور (كمادة مضافة) والانقراض (باعتباره مطروحًا). كان يعتقد أن الانتواع ، وهي العملية التي يصبح فيها نوع واحد نوعين أو أكثر ، تسبب أي زيادة في عدد السكان في الجزيرة. من وجهة النظر هذه ، خلقت انعزالية الجزر بُعدًا لا يمكن التغلب عليه إلا من خلال عمليات التطور الطويلة.

ومع ذلك ، روبرت ماك آرثر و E.O. أدرك ويلسون ، المؤلفون المشاركون لنظرية الجغرافيا الحيوية للجزيرة المؤثرة ، أن الموائل ستظهر ميلًا نحو التوازن في وقت أقرب بكثير مما يمكن تفسيره عن طريق الانتواع. لقد جادلوا بأن العمليات الجارية التي أثرت أكثر على هذا التوازن هي الهجرة والانقراض.

نوع الانقراضات التي نشير إليها في هذه الحالة هي الانقراضات المحلية ، خاصة بالجزيرة المعنية. يمكن أن ينقرض أحد الأنواع في جزيرة معينة ومع ذلك فإنه يزدهر في مكان آخر يعتمد على الظروف المحلية.

أما بالنسبة للهجرة ، فهذا هو بالضبط ما تتوقعه & # 8217d: حركة الأنواع من مكان إلى آخر. تصف الهجرة إلى الجزر الطرق المبتكرة العديدة التي تنتقل بها النباتات والحيوانات والحشرات إلى الجزر. على سبيل المثال ، لن تقتصر الحشرات على ركوب الطيور والحطام (من صنع الإنسان أو طبيعي ، فكر في القمامة والعصي / الأعشاب البحرية المقتولة) ، بل ستفعل الحيوانات الشيء نفسه إذا كان الحطام ضخمًا بدرجة كافية.

في هذه الأثناء ، تقوم البذور بالرحلة في براز الطيور ، مما يساعد على إدخال أنواع نباتية جديدة إلى الجزيرة ، في حين أن السباحين ذوي الدوافع العالية (الهاربين من الكوارث الطبيعية / الحيوانات المفترسة / المجاعة) والمتنقلين على متن السفن البشرية (أعتقد الفئران) يتنقلون. بطرقهم غير العادية.

يمكننا أن نخطط لعملية الهجرة والانقراض هذه بيانيا، بطريقة ربما تكون على دراية بها. يوضح Quammen:

لا يتم رسم الانخفاض في معدل الهجرة والزيادة في معدل الانقراض مقابل الوقت المنقضي ولكن مقابل عدد الأنواع الموجودة في جزيرة معينة. عندما تمتلئ الجزيرة بالأنواع ، تتراجع الهجرة ويزداد الانقراض ، حتى تتوازن مع بعضها البعض عند مستوى التوازن. عند هذا المستوى ، يتم إلغاء معدل الهجرة المستمرة فقط بمعدل الانقراض المستمر ، ولا يوجد مكسب أو خسارة صافية للأنواع. تُعرف ظاهرة موازنة الزيادة والنقصان & # 8211 تغيير الهويات في قائمة الأنواع & # 8211 باسم معدل الدوران. يصل نوع واحد من الفراشات ، ويموت نوع آخر من الفراشات ، وفي أعقاب ذلك ، تمتلك الجزيرة نفس عدد أنواع الفراشات كما كان من قبل. التوازن مع الدوران.

لذا في حين أن الأنواع المحددة التي تعيش في الجزيرة ستتغير بمرور الوقت ، فإن الأرقام ستميل إلى التدحرج نحو نقطة متوازنة حيث يتقاطع المنحنيان.

بالطبع ، لن تبدو جميع الرسوم البيانية للتوازن كما هي أعلاه. في الواقع ، كان ماك آرثر وويلسون يأملان في استخدام هذه النظرية ليس فقط لشرح التوازنات ، ولكن أيضًا للمساعدة في التنبؤ بالمشكلات المحتملة.

عندما يكون أي منحنى شديد الانحدار بشكل خاص & # 8211 يعكس حقيقة أن الهجرة تتناقص بشكل حاد بشكل خاص أو يزيد الانقراض بشكل حاد & # 8211 تنحرف نقطة العبور إلى اليسار ، نحو الصفر. يعني التحول أنه في حالة التوازن ، في هذه المجموعة الخاصة من الظروف ، سيكون هناك عدد قليل نسبيًا من الأنواع المقيمة.

بعبارة أخرى ، يؤدي الانقراض الشديد وانخفاض الهجرة إلى نظام بيئي فقير. بالنسبة إليّ ، إنها نقطة في الفضاء الديكارتي ، لكنها تمثل القدر بالنسبة للجزيرة.

هناك فكرتان أساسيتان يمكن أن تساعدنا في فهم نقطة التوازن في جزيرة معينة.

أولاً ، مفهوم علاقة منطقة الأنواع: نرى عددًا أكبر من نوع معين على جزر أكبر وعددًا أقل من نوع معين في جزر أصغر.

ثانيًا ، مفهوم كمية الأنواع في الجزر النائية: الهجرة أكثر صعوبة كلما ابتعدت الجزيرة عن البر الرئيسي أو عن مجموعة من الجزر الأخرى ، مما يعني أن عددًا أقل من الأنواع سيصل إلى هناك.

بعبارة أخرى ، يرتبط الحجم والبُعد ارتباطًا مباشرًا بهشاشة أي نوع معين يسكن الجزيرة.

التوازن ، والهجرة ، والتطور ، والانقراض & # 8211 ، هذه كلها أفكار تتغلغل في العديد من المجالات أكثر من الجغرافيا الحيوية. ماذا يحدث للمجموعات عندما تكون معزولة؟ كان لدى جاريد دياموند بعض الأفكار المثيرة للاهتمام حول ذلك. ماذا يحدث للمنتجات أو الأنشطة التجارية التي لا تواكب التطور المشترك؟ ينقرضون بسبب تأثير الملكة الحمراء. ماذا يحدث لعقلنا وجسمنا عندما نشعر بفقدان التوازن؟ حياتنا فقيرة.

تساعدنا قراءة كتاب مثل The Song of the Dodo على فهم هذه المفاهيم الأساسية بشكل أفضل والتي بدورها تساعدنا على فهم العالم بشكل أساسي.


تسارع خطي

يتكون كل من utricle و saccule إلى حد كبير من نسيج البقعة (جمع = البقعة). تتكون البقعة من خلايا شعر محاطة بخلايا داعمة. تمتد الأهداب المجسمة لخلايا الشعر إلى هلام لزج يسمى غبار الأذن. يحتوي غبار الأذن على بلورات كربونات الكالسيوم ، مما يجعله أكثر كثافة ويمنحه خمولاً أكبر من البقعة. لذلك ، ستؤدي الجاذبية إلى تحرك غبار الأذن بشكل منفصل عن البقعة استجابةً لحركات الرأس. يؤدي إمالة الرأس إلى انزلاق غبار الأذن فوق البقعة في اتجاه الجاذبية. طبقة غبار الأذن المتحركة ، بدورها ، تنحني الستيروسيليا لتتسبب في إزالة استقطاب بعض خلايا الشعر بينما يفرط البعض الآخر في الاستقطاب. يفسر الدماغ الميل الدقيق للرأس على أساس نمط إزالة استقطاب خلايا الشعر.


آشبي ، دبليو آر (1961): مقدمة في علم التحكم الآلي. - لندن.

داي ، جي إم (1953): الهندي كعامل بيئي. - علم البيئة ، دورهام ، 34: 329-346.

Dyne، G. M. van [محرر] (1969): مفهوم النظام الإيكولوجي في إدارة الموارد الطبيعية - نيويورك ولندن.

إلينبيرج ، هـ. (1956): Grundlagen der Vegetationsgliederung. I. Teil: Aufgaben und Methoden der Vegetationskunde. - شتوتغارت.

كيلبورن ، بي دي (1966): تحليل علاقة مساحة الأنواع. - علم البيئة ، دورهام ، 47: 831-843.

Leeuwen، C.G van (1966): نهج نظري متعلق بالنمط والعملية في الغطاء النباتي - وينتيا ، أمستردام ، 15: 25-46.

Maarel، E. van der. (1966): أكثر من بنية نباتية ، -Relaties en-systemen.-Ph. دكتوراه أطروحة ، جامعة أوترخت.

Major، J. (1969): التطور التاريخي لمفهوم النظام الإيكولوجي. - In: van Dyne، G. M. [ed.]: مفهوم النظام الإيكولوجي في إدارة الموارد الطبيعية ، ص. 9-22.

Odum، E. P. (1953): Fundamentals of ecology. - Philadelphia.

ت. أودوم (1971): البيئة ، والسلطة ، والمجتمع. - نيويورك.

Odum، H. T. (1972): لغة دائرة الطاقة للأنظمة البيئية والاجتماعية: أساسها المادي. - In: Patten، B. C. [محرر]: تحليل النظم والمحاكاة في علم البيئة ، المجلد الثاني: 139-211. - نيويورك.

باتن ، ب. سي (1971): كتاب تمهيدي للنمذجة والمحاكاة البيئية باستخدام أجهزة الكمبيوتر التناظرية والرقمية. - In: Patten، B. C. [محرر]: تحليل النظم والمحاكاة في علم البيئة ، المجلد الأول: 3-123 ، - نيويورك.

بريستون ، ف. دبليو (1948): شيوع الأنواع وندرتها. - علم البيئة ، دورهام ، 29: 254 إلى 283.

بريستون ، إف دبليو (1962 أ): التوزيع القانوني للشيوع والندرة: الجزء الأول - علم البيئة ، دورهام ، 43: 185-215.

بريستون ، إف دبليو (1962 ب): التوزيع القانوني للشيوع والندرة. الجزء الثاني: علم البيئة ، دورهام ، 43: 410-432.

سوكاتشيف ، ف.ن. (1944): مبادئ التصنيف الجيني في علم الأحياء. - رحلة. بيول ، موسكو 5: 213-277.

تانسلي ، إيه جي (1935): استخدام وإساءة استخدام المفاهيم والمصطلحات النباتية. - علم البيئة ، دورهام ، 16: 284-307.


كيف تعمل المخازن المؤقتة: عرض كمي

تعمل الكلى والرئتان معًا للمساعدة في الحفاظ على درجة حموضة الدم عند 7.4 من خلال التأثير على مكونات المحاليل في الدم. لذلك ، لفهم كيف تساعد هذه الأعضاء في التحكم في درجة الحموضة في الدم ، يجب علينا أولاً مناقشة كيفية عمل المحاليل في المحلول.

مخازن حمض القاعدة تمنح مقاومة لتغيير في الرقم الهيدروجيني لمحلول عند إضافة أو إزالة أيونات الهيدروجين (البروتونات) أو أيونات الهيدروكسيد. يتكون المخزن المؤقت الحمضي القاعدي عادةً من أ حمض ضعيفو له القاعدة المترافقة (ملح) (انظر المعادلات 2-4 في المربع الأزرق أدناه). تعمل المحاليل لأن تراكيز الحمض الضعيف وملحها كبيرة مقارنة بكمية البروتونات أو أيونات الهيدروكسيد المضافة أو المزالة. عند إضافة البروتونات إلى المحلول من مصدر خارجي ، يتم تحويل بعض المكون الأساسي للمخزن المؤقت إلى المكون الحمضي الضعيف (وبالتالي يتم استخدام معظم البروتونات المضافة) عند إضافة أيونات الهيدروكسيد إلى المحلول (أو بشكل مكافئ ، تتم إزالة البروتونات من المحلول ، انظر المعادلات 8-9 في المربع الأزرق أدناه) ، يتم فصل البروتونات عن بعض جزيئات الحمض الضعيف في المخزن المؤقت ، وتحويلها إلى قاعدة المخزن المؤقت (وبالتالي تجديد معظم إزالة البروتونات). ومع ذلك ، فإن التغيير في تركيزات الحمض والقاعدة ضئيل بالنسبة لكميات هذه الأنواع الموجودة في المحلول. ومن ثم ، فإن نسبة من الحمض إلى القاعدة يتغير بشكل طفيف فقط. وبالتالي ، فإن التأثير على الرقم الهيدروجيني للمحلول صغير ، ضمن قيود معينة على كمية H + أو OH - المضافة أو المزالة.

المخزن المؤقت لحمض الكربونيك وبيكربونات في الدم

إلى حد بعيد أهم عازلة للحفاظ على التوازن الحمضي القاعدي في الدم هو المخزن المؤقت لحمض الكربونيك وبيكربونات. تفاعلات التوازن المتزامنة ذات الأهمية

نحن مهتمون بالتغير في الرقم الهيدروجيني للدم ، لذلك نريد تعبيرًا عن تركيز H + بدلالة ثابت التوازن (انظر المربع الأزرق أدناه) وتركيزات الأنواع الأخرى في التفاعل (HCO3 - ، ح2كو3، وشارك2).

خلاصة المفاهيم الأساسية الحمضية

ان حامض هو نوع كيميائي يمكنه التبرع بالبروتون (H +) و a يتمركز هو نوع يمكنه قبول (اكتساب) بروتون ، وفقًا لتعريف Br & # 248 nstead-Lowry المشترك. (مجموعة فرعية من تعريف Br & # 248 nstead-Lowry للمحاليل المائية هو تعريف Arrhenius ، الذي يعرّف الحمض كمنتج بروتون وقاعدة كمنتج هيدروكسيد (OH).) ومن ثم ، فإن القاعدة المترافقة للحمض هي الأنواع التي تشكلت بعد أن يفقد الحمض بروتونًا ، يمكن للقاعدة أن تكتسب بروتونًا آخر لتعود إلى الحمض. في المحلول ، يوجد هذان النوعان (الحمض وقاعدته المترافقة) في حالة توازن.

تذكر من هذا والتجارب السابقة في كيم 151 و 152 تعريف الأس الهيدروجيني:

حيث [H +] هو التركيز المولي للبروتونات في محلول مائي. عند وضع حمض في الماء ، تتولد البروتونات الحرة وفقًا للتفاعل العام الموضح في المعادلة 3. ملحوظة: HA و A - هما رمزان عامان للحمض وشكله المنقول ، القاعدة المترافقة.

المعادلة 3 مفيدة لأنها توضح بوضوح أن HA هو حمض Br & # 248 nstead-Lowry (التخلي عن البروتون ليصبح A -) ويعمل الماء كقاعدة (يقبل البروتون الذي يطلقه HA). ومع ذلك ، فإن التسمية H3O + مضلل إلى حد ما ، لأن البروتون يذوب بالفعل بواسطة العديد من جزيئات الماء. ومن ثم ، غالبًا ما تتم كتابة التوازن بالمعادلة 4 ، حيث H2يا هي القاعدة:

قانون العمل الجماهيري وثوابت التوازن

استخدام قانون الجماهير والذى يقول ذلك لمعادلة كيميائية متوازنة من النوع

حيث A و B و C و D هي أنواع كيميائية و a و b و c و d هي معاملاتها المتكافئة ، وهي كمية ثابتة ، تُعرف باسم توازن ثابت (ك) ، يمكن العثور عليها من التعبير:

حيث تشير الأقواس إلى تركيزات الأنواع A و B و C و D في التوازن.

ثابت التوازن للتفاعل الحمضي القاعدي

باستخدام قانون التأثير الجماعي ، يمكننا أيضًا تحديد ثابت التوازن لتفاعل توازن تفكك الحمض في المعادلة 4. ثابت التوازن هذا ، المعروف باسم Kأ، يتم تعريفه بواسطة المعادلة 7:

ثابت التوازن لتفكك الماء

أحد أبسط تطبيقات قانون العمل الجماعي هو تفكك الماء إلى H + و OH - (المعادلة 8).

ثابت التوازن لتفاعل التفكك هذا ، المعروف باسم Kث، اعطي من قبل

2لم يتم تضمين O في تعبير ثابت التوازن لأنه سائل نقي.) ومن ثم ، يمكننا أن نرى أن زيادة تركيز OH في محلول مائي له تأثير تقليل تركيز H + ، لأن ناتج هذين التركيزين يجب أن تظل ثابتة عند درجة حرارة معينة. Thus, in water, the equilibrium in Equation 8 underlies the equivalency of the Lowry definition of a base (an H + acceptor) and the Arrhenius definition of a base (an OH - producer).

To more clearly show the two equilibrium reactions in the carbonic-acid-bicarbonate buffer, Equation 1 is rewritten to show the direct involvement of water:

The equilibrium on the left is an acid-base reaction that is written in the reverse format from Equation 3. Carbonic acid (H2كو3) is the acid and water is the base. The conjugate base for H2كو3 is HCO3 - (bicarbonate ion). (ملحوظة: To view the three-dimensional structure of HCO3 - , consult the Table of Common Ions in the Periodic Properties tutorial from Chem 151.) Carbonic acid also dissociates rapidly to produce water and carbon dioxide, as shown in the equilibrium on the right of Equation 10. This second process is not an acid-base reaction, but it is important to the blood's buffering capacity, as we can see from Equation 11, below.

The derivation for this equation is shown in the yellow box, below. Notice that Equation 11 is in a similar form to the Henderson-Hasselbach equation presented in the introduction to the Experiment (Equation 16 in the lab manual). Equation 11 does not meet the strict definition of a Henderson-Hasselbach equation, because this equation takes into account a non-acid-base reaction (i.e., the dissociation of carbonic acid to carbon dioxide and water), and the ratio in parentheses is not the concentration ratio of the acid to the conjugate base. However, the relationship shown in Equation 11 is frequently referred to as the Henderson-Hasselbach equation for the buffer in physiological applications.

In Equation 11, pK is equal to the negative log of the equilibrium constant, K, for the buffer (Equation 12).

This quantity provides an indication of the degree to which HCO3 - reacts with H + (or with H3O + as written in Equation 10) to form H2كو3, and subsequently to form CO2 و ح2O. In the case of the carbonic-acid-bicarbonate buffer, pK=6.1 at normal body temperature.

Derivation of the pH Equation for the Carbonic-Acid-Bicarbonate Buffer

We may begin by defining the equilibrium constant, K1, for the left-hand reaction in Equation 10, using the Law of Mass Action:

كأ (see Equation 9, above) is the equilibrium constant for the acid-base reaction that is the reverse of the left-hand reaction in Equation 10. It follows that the formula for Kأ يكون

The equilibrium constant, K2, for the right-hand reaction in Equation 10 is also defined by the Law of Mass Action:

Because the two equilibrium reactions in Equation 10 occur simultaneously, Equations 14 and 15 can be treated as two simultaneous equations. Solving for the equilibrium concentration of carbonic acid gives

Rearranging Equation 16 allows us to solve for the equilibrium proton concentration in terms of the two equilibrium constants and the concentrations of the other species:

Because we are interested in the pH of the blood, we take the negative log of both sides of Equation 17:

Recalling the definitions of pH and pK (Equations 2 and 12, above), Equation 18 can be rewritten using more conventional notation, to give the relation shown in Equation 11, which is reproduced below:

As shown in Equation 11, the pH of the buffered solution (i.e., the blood) is dependent only on the ratio of the amount of كو2 present in the blood to the amount of HCO3 - (bicarbonate ion) present in the blood (at a given temperature, so that pK remains constant). This ratio remains relatively constant, because the concentrations of both buffer components (HCO3 - and CO2) are very large, compared to the amount of H + added to the blood during normal activities and moderate exercise. When H + is added to the blood as a result of metabolic processes, the amount of HCO3 - (relative to the amount of CO2) decreases however, the amount of the change is tiny compared to the amount of HCO3 - present in the blood. This optimal buffering occurs when the pH is within approximately 1 pH unit from the pK value for the buffering system, i.e., when the pH is between 5.1 and 7.1.

However, the normal blood pH of 7.4 is outside the optimal buffering range therefore, the addition of protons to the blood due to strenuous exercise may be too great for the buffer alone to effectively control the pH of the blood. When this happens, other organs must help control the amounts of CO2 and HCO3 - in the blood. The lungs remove excess CO2 from the blood (helping to raise the pH via shifts in the equilibria in Equation 10), and the kidneys remove excess HCO3 - from the body (helping to lower the pH). The lungs' removal of CO2 from the blood is somewhat impeded during exercise when the heart rate is very rapid the blood is pumped through the capillaries very quickly, and so there is little time in the lungs for carbon dioxide to be exchanged for oxygen. The ways in which these three organs help to control the blood pH through the bicarbonate buffer system are highlighted in Figure 3, below.

الشكل 3

This figure shows the major organs that help control the blood concentrations of CO2 and HCO3 - , and thus help control the pH of the blood.

Removing CO2 from the blood helps increase the pH.
Removing HCO3 - from the blood helps lower the pH.

Why the Optimal Buffering Capacity Is at pH=pK

Why is the buffering capacity of the carbonic-acid-bicarbonate buffer highest when the pH is close to the pK value, but lower at normal blood pH? The answer to this question lies in the shape of the titration curve for the buffer, which is shown in Figure 4, below.

Titration Curve for the Bicarbonate-Buffer System

It is possible to plot a titration curve for this buffer system, just as you did for your solution in the acid-base-equilibria experiment. In this plot, the vertical axis shows the pH of the buffered solution (in this case, the blood). The horizontal axis shows the composition of the buffer: on the left-hand side of the plot, most of the buffer is in the form of carbonic acid or carbon dioxide, and on the right-hand side of the plot, most of the buffer is in the form of bicarbonate ion. Note that as acid is added, the pH decreases and the buffer shifts toward greater H2كو3 وشارك2 تركيز. Conversely, as base is added, the pH increases and the buffer shifts toward greater HCO3 - concentration (Equation 10).

الشكل 4

This is the titration curve for the carbonic-acid-bicarbonate buffer. Note that the pH of the blood (7.4) lies outside the region of greatest buffering capacity (green).

ملحوظة: The percent buffer in the form of HCO3 - is given by the formula:

The slope of the curve is flattest where the pH is equal to the pK value (6.1) for the buffer. Here, the buffering capacity is greatest because a shift in the relative concentrations of bicarbonate and carbon dioxide produces only a small change in the pH of the solution. However, at pH values higher than 7.1, the slope of the curve is much higher. Here, a shift in the relative concentrations of bicarbonate and carbon dioxide produces a large change in the pH of the solution. Hence, at the physiological blood pH of 7.4, other organs must help to control the amounts of HCO3 - and CO2 in the blood to keep the pH relatively constant, as described above.

Other pH-Buffer Systems in the Blood

Other buffers perform a more minor role than the carbonic-acid-bicarbonate buffer in regulating the pH of the blood. The phosphate buffer consists of phosphoric acid (H3ص4) in equilibrium with dihydrogen phosphate ion (H2ص4 - ) and H + . The pK for the phosphate buffer is 6.8, which allows this buffer to function within its optimal buffering range at physiological pH. The phosphate buffer only plays a minor role in the blood, however, because H3ص4 و ح2ص4 - are found in very low concentration in the blood. Hemoglobin also acts as a pH buffer in the blood. Recall from the "Hemoglobin" tutorial from Chem 151 that hemoglobin protein can reversibly bind either H + (to the protein) or O2 (to the Fe of the heme group), but that when one of these substances is bound, the other is released (as explained by the Bohr effect). During exercise, hemoglobin helps to control the pH of the blood by binding some of the excess protons that are generated in the muscles. At the same time, molecular oxygen is released for use by the muscles.

Questions on How Buffers Work: A Quantitative View

  • If blood had a normal pH of 6.1 instead of 7.2, would you expect exercise to result in heavy breathing? Justify your answer.
  • How would a graph like that found in Figure 4 differ for the phosphate buffer system?

Defining Factors

Homeostasis is the term used to describe the internal stability needed for survival of an organism, including humans and animals. This is a narrow scope of conditions within the living creature, such as temperature and pH balance, and it is separate from the external environment. If the homeostasis conditions needed for a certain organism are not met, disease or death may occur. If homeostasis refers to the entire internal environment, equilibrium is narrowed to specific mechanisms. Equilibrium references a state of balance within a system, such as sweating to cool off and return to 98.6 Fahrenheit after your body’s temperature increases from exercising. Equilibrium can also be used to discuss other topics, such as finding balance of an object’s weight or supply and demand.


Examples of Equilibrium

A system in equilibrium requires no energy to maintain its condition. A simple example is a tank of water with a membrane across the middle. If you add dye to one side that is able to diffuse across the membrane, over time the concentration of dye molecules will become the same on both sides of the membrane. At this point, it won’t change and the system will be in equilibrium. The pH of natural systems is an example of equilibrium in a biological system. Without inputs like acid rain carrying in additional H+ ions, a pond or lake will remain at a constant pH because it will be in the state of lowest entropy.


شاهد الفيديو: كيف يعمل نظام موازنة الأذن الداخلية - متاهات القنوات نصف دائري (كانون الثاني 2023).