קולטנים תרמיים: בבני אדם, בבעלי חיים, בצמחים - ביולוגיה - 2025

התרמיים הם אלה קולטנים בעלי אורגניזמים חיים רבים לתפוס במונחי גירויים מסביב. הם לא רק אופייניים לבעלי חיים, מכיוון שצמחים צריכים גם לרשום את התנאים הסביבתיים הסובבים אותם.

זיהוי או תפיסת טמפרטורה הם אחד מתפקידי החישה החשובים ביותר ולעיתים קרובות חיוניים להישרדותם של מינים, מכיוון שהוא מאפשר להם להגיב לשינויים התרמיים האופייניים לסביבה בה הם מתפתחים.

קרוטלוס ווילארדי, עם אחד משני בורות הגולגולת המובהקים (קולטני חום) הנראים בין האף לעין. רוברט ס. סימונס.

המחקר שלו כולל חלק חשוב מהפיזיולוגיה החושית, ובעלי חיים הוא החל סביב שנת 1882, הודות לניסויים שהצליחו לקשר בין תחושות תרמיות לגירוי מקומי של אתרים רגישים על עור האדם.

אצל בני אדם ישנם קולטנים תרמיים שהם די ספציפיים ביחס לגירויים תרמיים, אך ישנם גם אחרים המגיבים לגירויים "קרים" וגם "חמים", כמו גם לכימיקלים מסוימים כמו קפסאיצין ומנטול (המייצרים גירויים דומים). לתחושות חמות וקרות).

אצל בעלי חיים רבים, קולטני התרפיה מגיבים גם הם לגירויים מכניים וכמה מינים משתמשים בהם כדי להשיג את מזונם.

עבור צמחים, נוכחותם של חלבונים המכונים פיטוכרומים חיונית לתפיסה תרמית ולתגובות הגידול הקשורות בה.

קולטנים תרמיים בבני אדם

לבני אדם, כמו בעלי חיים אחרים של יונקים, יש סדרה של קולטנים המאפשרים להם להתייחס טוב יותר לסביבה באמצעות מה שכונה "החושים המיוחדים".

"קולטנים" אלה אינם אלא החלקים הסופיים של דנדריטים האחראים על תפיסת הגירויים הסביבתיים השונים והעברת מידע חושי כזה למערכת העצבים המרכזית (חלקים "חופשיים" של עצבים חושיים).

4 מודלים למבנה מערכת החישה בבני אדם (מקור: Shigeru23 דרך Wikimedia Commons)

קולטנים אלו מסווגים, בהתאם למקור הגירוי, כקולטנים-חוץ, קולטרי-קולטנים ומבקרים-פנים.

קולטני החיצון קרובים יותר לפני שטח הגוף ו"מרגישים "את הסביבה שמסביב. ישנם כמה סוגים: כאלה שתופסים טמפרטורה, מגע, לחץ, כאב, אור וצליל, טעם וריח, למשל.

הפרופריוספטורים מתמחים בהעברת גירויים הקשורים לחלל ולתנועה לעבר מערכת העצבים המרכזית, בינתיים האחראים על האינטרופוזיציה על שליחת אותות תחושתיים הנוצרים בתוך אברי הגוף.

קולטני חוץ

בקבוצה זו ישנם שלושה סוגים של קולטנים מיוחדים הידועים כקולטנים מכניים, קולטנים תרמיים ונוציצפטורים, המסוגלים להגיב למגע, טמפרטורה וכאב בהתאמה.

אצל בני אדם, קולטנים תרמיים הם בעלי היכולת להגיב להבדלי טמפרטורה של 2 מעלות צלזיוס והם מחולקים לתת-משנה לקולטני חום, קולטנים קרים ונוקצפטפטורים רגישים לטמפרטורה.

- קולטנים לחום לא זוהו כראוי, אך מעריכים כי הם תואמים קצות סיבי עצב "עירומים" (לא מיובלים) המסוגלים להגיב לטמפרטורה מוגברת.

- קולטנים תרמיים קרים נובעים מקצות עצבים מיאליים המסתעפים ונמצאים בעיקר באפידרמיס.

- Nociceptors מתמחים בתגובה לכאב כתוצאה מלחץ מכני, תרמי וכימי; אלה קצות סיבי עצב מיאליים המסתעפים באפידרמיס.

קולטנים תרמיים בבעלי חיים

בעלי חיים, כמו גם בני אדם, תלויים גם בסוגים שונים של קולטנים לתפיסת הסביבה סביבם. ההבדל בין הקולטנים התרמיים של בני האדם ביחס לאלה של בעלי חיים מסוימים הוא שלבעלי חיים לרוב יש קולטנים המגיבים לגירויים תרמיים ומכניים כאחד.

כזה הוא המקרה של קולטנים מסוימים על עורם של דגים ודו-חיים, של כמה נקבות וקופים, המסוגלים להגיב לגירוי מכני ותרמי כאחד (בגלל טמפרטורות גבוהות או נמוכות).

אצל בעלי חיים חסרי חוליות הוכח קיומם האפשרי של קולטנים תרמיים באופן ניסיוני, עם זאת, הפרדת תגובה פיזיולוגית פשוטה להשפעה תרמית מהתגובה שנוצרת על ידי קולטן ספציפי אינה תמיד קלה.

באופן ספציפי, "הראיות" מצביעות על כך שחרקים רבים וכמה סרטנים תופסים וריאציות תרמיות בסביבתם. לכוכבים קיימים מנגנונים מיוחדים לגילוי נוכחותם של מארחים בדם חמים והם היחידים חסרי חוליות חסרי הרגליים שבהם הוכח זאת.

כמו כן, כמה מחברים מציינים את האפשרות כי כמה רחמים של בעלי חיים בעלי דם חם יכולים לגלות את נוכחותם של מארחיהם בסביבה, אם כי הדבר לא נחקר רבות.

אצל בעלי חוליות כמו מינים מסוימים של נחשים ועטלפים יונקי דם מסוימים (הניזונים מדם), ישנם קולטנים אינפרא אדום המסוגלים להגיב לגירויים התרמיים ה"אינפרא אדום "הנפלטים על ידי הטרף שלהם בדם החם.

תצלום של עטלף מוצץ דם ("ערפד") (מקור: Ltshears באמצעות Wikimedia Commons)

עטלפי ה"ערפד "מונחים על פניהם ועוזרים להם לקבוע את נוכחותם של הצעירים המשמשים כמזון, בינתיים הבוז ה"פרימיטיבי" וכמה מינים של קרוטלינים ארסיים יש אותם על עורם ואלה הם קצות עצבים חופשיים הם מסתעפים.

איך הם עובדים?

קולטנים תרמיים פועלים פחות או יותר באותה צורה אצל כל בעלי החיים והם עושים זאת בעצם כדי לספר לאורגניזם שהוא חלק מהם הטמפרטורה הסובבת אותו.

כפי שנדון, קולטנים אלה הם למעשה מסופי עצב (קצות העצבים המחוברים למערכת העצבים). האותות החשמליים הנוצרים באלף השנייה השנייה בלבד, ותדירותם תלויה מאוד בטמפרטורת הסביבה וחשיפה לשינויים פתאומיים בטמפרטורה.

בתנאי טמפרטורה קבועים, הקולטנים התרמיים של העור פעילים ללא הרף, ושולחים אותות למוח כדי ליצור את התגובות הפיזיולוגיות הנחוצות. כאשר מתקבל גירוי חדש, נוצר אות חדש אשר עשוי להחזיק מעמד או לא להחזיק אותו, תלוי לאורך משך הזמן.

תעלות יון רגישות לחום

תפיסה תרמית מתחילה בהפעלת קולטנים תרמיים בקצות העצבים של עצבים היקפיים בעור יונקים. הגירוי התרמי מפעיל תעלות יון תלויות טמפרטורה במסופי האקסון, החיוניים לתפיסת הגירוי ולהעברתו.

תעלות יונים אלה הינן חלבונים השייכים למשפחת ערוצים המכונים "תעלות יונים רגישות לחום" וגילוים אפשר לאפשר לעומק את מנגנון התפיסה התרמית.

זהות מולקולרית של עצבים המגיבים לקור או לחום בהתאם לביטוי של תעלות יון רגישות לחום (מקור: דייוויד ד. מקמי באמצעות ויקימדיה Commons)

תפקידה הוא לווסת את זרימת היונים כמו סידן, נתרן ואשלגן, אל ומתוך קולטנים תרמיים, מה שמוביל ליצירת פוטנציאל פעולה שמביא לדחף עצבי למוח.

קולטנים תרמיים בצמחים

לצמחים חיוני גם להיות מסוגל לזהות כל שינוי תרמי המתרחש בסביבה ולהוציא תגובה.

מחקר שנערך על תפיסה תרמית בצמחים גילה שלעתים קרובות הוא תלוי בחלבונים הנקראים פיטוכרומים, המשתתפים גם הם בבקרה של תהליכים פיזיולוגיים מרובים בצמחים גבוהים יותר, בהם נביטה ופיתוח שתילים, פריחה וכו '.

פיטוכרומים ממלאים תפקיד חשוב בקביעת סוג צמחי הקרינה הנתונים להם ומסוגלים לפעול כ"מתגים "מולקולריים שנדלקים תחת אור ישיר (עם שיעור גבוה של אור אדום וכחול), או שמכבים בצל (שיעור גבוה של קרינה "אדומה רחוקה").

ייצוג סכמטי של פיטוכרום פעיל (Pr) ופיטוכרום פעיל (מקור: Bengt A. Lüers - BiGBeN_87_de באמצעות Wikimedia Commons)

הפעלת חלק מהפיטוכרומים מקדמת צמיחה "קומפקטית" ומעכבת התארכות בכך שהיא פועלת כגורמי שעתוק לגנים המעורבים בתהליכים אלה.

עם זאת, הוכח כי במקרים מסוימים, הפעלה או הפעלה של פיטוכרומים יכולים להיות בלתי תלויים בקרינה (אור אדום אדום או רחוק), המכונה "תגובת ההיפוך האפל", שמהירותם ככל הנראה תלויה ב טֶמפֶּרָטוּרָה.

טמפרטורות גבוהות מקדמות את ההפעלה המהירה של חלק מהפיטוכרומים, וגורמות להם להפסיק לעבוד כגורמי שעתוק, ומקדמות צמיחה בהארכה.

הפניות

1. Brusca, RC, & Brusca, GJ (2003). חסרי חוליות (מספר QL 362. B78 2003). בייססטוק.
2. פהר, ג'יי ג'יי (2017). פיזיולוגיה אנושית כמותית: מבוא. עיתונות אקדמית.
3. Hensel, H. (1974). קולטני חום. סקירה שנתית של הפיזיולוגיה, 36 (1), 233-249.
4. קרדונג, KV (2002). חוליות חוליות: אנטומיה השוואתית, תפקוד, אבולוציה. ניו יורק: מקגרו היל.
5. M. Legris, C. Klose, ES Burgie, CCR Rojas, M. Neme, A. Hiltbrunner, PA Wigge, E. Schafer, RD Vierstra, JJ Casal. פיטוכרום B משלב אותות אור וטמפרטורה בערבידופסיס. מדע, 2016; 354 (6314): 897
6. רוג'רס, ק., קרייג, א., והנזל, ה. (2018). אנציקלופדיה בריטניקה. הוחזר ב -4 בדצמבר 2019, בכתובת www.britannica.com/science/thermoreception/Properties-of-thermoreceptors
7. ג'אנג, X. (2015). חיישנים מולקולריים ומודולטורים של קליטה תרמית. ערוצים, 9 (2), 73-81.