ホメオスタシスは、外部の世界の変化にもかかわらず持続する比較的安定した内部状態を維持する能力です。植物から子犬、そして人間まで、すべての生物は、エネルギーを処理し、最終的には生き残るために、その内部環境を調整する必要があります。たとえば、血圧が急上昇したり、体温が急激に落ち込んだりした場合、臓器システムがその機能を発揮するのに苦労し、最終的には機能しなくなる可能性があります。
ホメオスタシスが重要な理由
生理学者ウォルターキャノンは、1920年代に「恒常性」という用語を作り、後期生理学者のクロードバーナードによる以前の研究をさらに発展させました。 1870年代に、バーナードは複雑な生物が内部環境でどのようにバランスを維持しなければならないか、または「環境問題」を説明しました,「向こうの世界で「自由で独立した生活」を送るため。キャノンはその概念を研ぎ澄まし、彼の著書「身体の知恵」（ブリティッシュメディカルジャーナル、1932年）を通じて人気の観衆にホメオスタシスを導入しました。
生理学の主要な信条として称賛されたキャノンのホメオスタシスの基本的な定義は、今日でも使用されています。この用語はギリシャ語のルーツに由来し、「類似」および「安定状態」を意味します。接頭辞「ホメオ」は、ホメオスタシスが車のサーモスタットやクルーズコントロールのように機能せず、1つの正確な温度または速度に固定されていることを強調しています。代わりに、ジャーナルAppetiteのレビューによると、ホメオスタシスは、値の許容範囲内で重要な生理学的要因を保持しています。
たとえば、人体は、細胞が正常な機能に依存している荷電粒子である水素、カルシウム、カリウム、ナトリウムの内部濃度を調節しています。 2015年のAdvances in Physiology Educationのレビューによれば、恒常性維持プロセスは、水、酸素、pH、血糖値、および中心体温も維持します。
Scientific Americanによると、健康な生物では、恒常的なプロセスが常に自動的に展開されます。多くの場合、複数のシステムが連携して動作し、体温などの単一の生理学的要素を安定させます。これらの対策が行き詰まったり失敗したりすると、生物は病気や死に至る可能性があります。
ホメオスタシスの維持方法
多くの恒常性維持システムは、主要な変数が適切な範囲から外れるときを知るために、身体からの苦痛信号を待ち受けます。神経系はこれらの逸脱を検出し、多くの場合脳に基づいてコントロールセンターにレポートを返します。次に、コントロールセンターは、筋肉、臓器、腺に障害を修正するように指示します。オンラインの教科書「Anatomy and Physiology」によると、妨害と調整の継続的なループは「負のフィードバック」として知られています。
たとえば、人体は華氏約98.6度（摂氏37度）の中核温度を維持しています。過熱すると、皮膚と脳の温度センサーがアラームを鳴らし、身体を発汗させて洗い流す連鎖反応を開始します。体が冷えると、体は震え、皮膚への血液循環を低下させます。同様に、2つのNIHの資金提供による研究によれば、ナトリウムレベルが急上昇すると、体は腎臓に信号を送り、水分を節約し、濃縮された尿から余分な塩を排出します。
動物はまた、否定的なフィードバックに応じて行動を調整します。たとえば、過熱すると、衣服を脱いだり、日陰に移動したり、冷たいコップ1杯の水を飲んだりすることがあります。
ホメオスタシスの現代モデル
否定的なフィードバックの概念は、1920年代のキャノンのホメオスタシスの説明にさかのぼり、ホメオスタシスがどのように機能するかについての最初の説明でした。しかし、ここ数十年の間に、多くの科学者は、生物は、事後に反応するだけでなく、恒常性の潜在的な混乱を予測することができると主張しています。
Psychological Reviewの2015年の記事によると、アロステーシスとして知られているこのホメオスタシスの代替モデルは、特定の変数の理想的な設定値が一時的な環境変化に応じて変化する可能性があることを意味しています。概日リズム、月経周期、または体温の毎日の変動の影響下で、ポイントがシフトする場合があります。 Advances in Physiology Educationの2015年のレビューによると、発熱などの生理学的現象に応じて、または同時に発生する複数の恒常性プロセスを補正するために、設定値も変化する可能性があります。
「設定値自体は固定されていませんが、適応可塑性を示す可能性があります」と、モンタナ大学ミズーラ校の生物学者であるArt Woods氏は述べています。 「このモデルは、ポイントを設定するための今後の潜在的な障害への予測的な応答を可能にします。」
たとえば、食欲の2007年のレビューによると、食事を見越して、体は余分なインスリン、グレリン、およびその他のホルモンを分泌します。この先制措置は、その影響で血糖値とエネルギー貯蔵を制御するために取り組むのではなく、カロリーの到来する洪水の準備を整えます。
設定点をシフトする機能により、動物は短期的なストレス要因に適応できますが、気候変動などの長期的な課題に直面しても失敗する可能性があります。
「恒常性反応システムを活性化することは、短期間では問題ない可能性がある」とウッズ氏は述べた。しかし、それらは長持ちするようには設計されていません。 「恒常性のあるシステムは、押し込みすぎると破滅的に失敗する可能性があります。そのため、システムは短期間の新しい気候に対応できるかもしれませんが、長期間にわたる大きな変化には対応できない可能性があります。」
情報の流れを維持する
恒常性維持システムは、主に生物がさまざまな環境や状況で最適な機能を維持できるように進化してきた可能性があります。しかし、ジャーナルTrends in Ecology＆Evolutionの2013年のエッセイによると、ホメオスタシスは主に細胞、組織、および器官が互いに通信するための「静かな背景」を提供すると理論づけている科学者もいます。この理論は、ホメオスタシスにより、生物が環境から重要な情報を抽出しやすくなり、身体の各部の間で信号が行き来することが容易になるとしています。
その進化の目的に関係なく、ホメオスタシスはほぼ1世紀にわたって生命科学の研究を形作ってきました。主に動物生理学の文脈で議論されていますが、恒常性プロセスはまた、植物がエネルギー貯蔵を管理し、細胞に栄養を与え、環境の課題に対応することを可能にします。生物学を超えて、社会科学、サイバネティックス、コンピューターサイエンス、エンジニアリングはすべて、ホメオスタシスをフレームワークとして使用して、混乱が発生しても人と機械が安定性を維持する方法を理解しています。
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