CO MNIE FASCYNUJE W BIOLOGII ?

Codziennie każdy z nas wykonuje dziesiątki najróżniejszych czynności. Jedne z nich ma zaplanowane, inne są dziełem przypadku, a są też takie, które wykonuje czysto mechanicznie. Mało kto jednak zdaje sobie sprawę, że wszystkie nasze działania mają podłoże biologiczne i tak naprawdę są złożonymi wieloetapowymi procesami. Dotyczy to nie tylko tego co planujemy, ale także czynności najbardziej podstawowych, do których wykonania zmuszają nas potrzeby naszego organizmu. Właśnie to interesuje mnie w biologii.

W niniejszej pracy postaram się podać przykłady na to jak biologia reguluje najbardziej podstawowe procesy jakie każdy z nas wykonuje codziennie, niezależnie od płci, wieku, poglądów politycznych, wyznawanej religii czy miejsca zamieszkania.

Pierwszym bardzo ciekawym przykładem zastosowania procesów i zasad biologii w codziennym życiu jest proces odżywiania. Nie mam na myśli jednak samego procesu trawienia z uwzględnieniem wszystkich etapów i przemian chemicznych jakie są z nim związane, ale odpowiedzi na podstawowe pytanie : Dlaczego jemy ? Oczywiście każdy z nas wie, że odżywiamy się po to by dostarczyć naszemu organizmowi składników odżywczych pełniących różne funkcje: energetyczną (węglowodany i tłuszcze), budulcową (białka) i wspomagającą procesy zachodzące w organizmie (witaminy i sole mineralne). Zazwyczaj człowiek zjada 3 posiłki dziennie. Można się zastanowić dlaczego nie 8 albo 10 dziennie lub idąc w drugą stronę- 1 na tydzień. Tą kwestię również pomaga nam rozstrzygnąć biologia.

Podstawowym źródłem energii w diecie zdrowo odżywiającego się człowieka są węglowodany Najważniejszym z nich jest glukoza, która decyduje o poziomie energii w organizmie. Produktem trawienia węglowodanów są monosacharydy, czyli cukry proste, które w wątrobie ulegają przekształceniu w glukozę. Poziom glukozy uwarunkowany jest stężeniem dwóch działających przeciwnie do siebie hormonów wydzielanych przez trzustkę: insuliny (obniża poziom glukozy w krwi) i glukagonu (podwyższa poziom glukozy we krwi).

Wszystkie komórki naszego ciała są uzależnione od poziomu glukozy. Dotyczy to zwłaszcza komórek mózgu, które pozbawione glukozy przestają funkcjonować już po kilku minutach. Zawartość glukozy we krwi zdrowego człowieka między posiłkami wynosi około 90 mg/100 ml krwi.

Po posiłku poziom glukozy wzrasta z 90 do 140 mg/100 ml krwi. Wraz z czasem ilość wchłoniętej w pokarmie glukozy spada, co powoduje rozkład znajdującego się w wątrobie glikogenu na glukozę, która ponownie uwalniana jest do krwi. Występujący po kilku godzinach na skutek wyczerpania się rezerw glikogenu spadek poziomu glukozy powoduje, że ośrodek sytości w podwzgórzu wysyła sygnał, co warunkuje odczuwanie przez organizm głodu. Zmusza nas to do jedzenia posiłków co kilka godzin. Niski poziom glukozy we krwi, który występuje w organizmie po przespanej nocy i wyczerpaniu zmagazynowanych zapasów cukru jest przyczyną dla której wszelkie badania krwi robi się na czczo. Gdybyśmy zbadali sobie krew po posiłku to uzyskane wyniki wskazywałyby na rozwój cukrzycy.

Każdy z nas codziennie kilkakrotnie korzysta z toalety. Mało kto jednak wie lub pamięta o tym, że oddawanie moczu- prosta czynność, wykonywana w sposób mechaniczny tak naprawdę jest wieloetapowym, skomplikowanym z punktu widzenia biologii procesem.

Podstawową jednostką budującą nerki jest nefron. W nerce zdrowego człowieka występuje ich około 1 000 000. Każdy z nich składa się z następujących elementów:

• a) torebka Bowmana, zawierająca włosowate naczynia tętnicze (tzw. kłębuszek nerkowy); 
• b) kanalik kręty I rzędu; 
• c) pętla Henlego; 
• d) kanalik kręty II rzędu; 
• e) kanalik zbiorczy 

Pierwszym etapem powstawania moczu jest filtracja substancji między kłębuszkiem nerkowym a ścianką torebki Bowmana. Jest ona możliwa dzięki barierze filtracyjnej, która występuje np.: w wewnętrznej ścianie naczyń włosowatych. Tylko kilka substancji może ją przekraczać (np.: woda, glukoza, mocznik, jony). Gdyby nie było w organizmie bariery filtracyjnej to człowiek natychmiast uległby odwodnieniu. Po prostu oddawalibyśmy wszystkie wchłonięte substancje i cały czas musielibyśmy spędzać w toalecie. Po procesie filtracji mocz pierwotny przepływa przez kanalik kręty I rzędu. Zachodzi w nim resorpcja zwrotna obowiązkowa czyli wchłanianie substancji, których organizm potrzebuje zawsze (glukozy, witamin, jonów). W pętli Henlego następuje proces zagęszczenia moczu. Część zstępująca przepuszcza przez ściany wodę i jony (głównie sodowe). Nabłonek części wstępującej jest nieprzepuszczalny dla wody, czynnie resorbując jony i biernie mocznik. W kanaliku krętym II rzędu i kanaliku zbiorczym odbywa się proces resorpcji zwrotnej nadobowiązkowej, czyli wchłaniania wody oraz substancji, których organizm potrzebuje w danej chwili (głównie jonów). Powstały mocz wtórny kanalikami nerkowymi płynie do miedniczek nerkowych a z nerek na zewnątrz jako mocz ostateczny. Dzięki opisanym procesom filtracji, zagęszczania i resorpcji człowiek wydala dziennie 1,5 litra moczu (96% stanowi woda, 2,5% mocznik i 1,5% sole mineralne i śladowe ilości innych substancji np.: barwników). Ilość wydalanego przez człowieka moczu regulowana jest przez hormon antydiuretyczny (ADH), czyli wazopresynę, która jest wydzielana przez tylny płat przysadki mózgowej. Gdy spożycie płynów jest niewielkie organizm zaczyna się odwadniać, co jest sygnałem do zwiększonego wydzielania ADH, przyśpieszającego wchłanianie pozostałej w organizmie wody. Pobudzony przez odwodnienie ośrodek pragnienia w podwzgórzu wysyła sygnał uzupełnienia płynów. Gdy spożycie płynów jest znaczne poziom wydzielanego ADH jest mniejszy, co zmniejsza wchłanianie wody i powoduje powstawanie większej ilości rozcieńczonego moczu.

Ostatnim przedstawionym w pracy procesem, który wydaje się być dla człowieka niezwykle prosty, a tak naprawdę z punktu widzenia biologii jest niezwykle skomplikowany jest widzenie barw. Ludzkie oko składa się z wielu elementów. Jednym z nich jest siatkówka. Zawiera ona 2 typy receptorów różniące się budową i funkcją: pręciki i czopki. Pręciki reagują na światło, ale nie rozróżniają kolorów i umożliwiają nam widzenie w nocy, ale jednak tylko w czerni i bieli. Czopki mają mniejszą wrażliwość na widzenie nocne, ale za to reagują na widzenie barwne, co umożliwia nam rozpoznawanie podstawowych kolorów oraz ich kombinacji.

W siatkówce występuje około 125 milionów pręcików i 6 milionów czopków. W centrum pola widzenia (tak zwana „plamka żółta”) występują wyłącznie czopki (150 000/mm2). Im bardziej oddalamy się od plamki żółtej tym liczba czopków maleje a wzrasta ilość pręcików, które występują w największej ilości w częściach peryferyjnych oka. Zależność w rozmieszczeniu czopków i pręcików sprawia, że najlepiej widzimy obiekt w świetle dnia bo światło pada wprost na czopki w plamce żółtej. Patrzenie bezpośrednio na słabo oświetlony obiekt w nocy jest nieefektywne bo w plamce żółtej nie ma pręcików odpowiedzialnych za widzenie czerni i bieli.

W  czopkach występują 3 barwniki zwane fotopsynami. Każdy z nich występuje w innym rodzaju czopka i odpowiada za widzenie podstawowej barwy: czerwonej, zielonej i niebieskiej. Genetycznie uwarunkowane zaburzenia czopków polegające na braku jednego z barwników są przyczyną występowania u ludzi daltonizmu. W siatkówce oka występują 3 dodatkowe rodzaje neuronów: komórki zwojowe (przekazują informacje za pomocą nerwu wzrokowego), komórki horyzontalne i akmarynowe, które zapewniają integrację informacji wzrokowej w jedną całość. Na koniec warto wspomnieć o pewnej ciekawostce. Otóż pole widzenia człowieka zarówno prawe jak i lewe obejmuje obraz z obu oczu. Jednak nerwy wzrokowe przekazują informacje wzrokowe do mózgu na zasadzie drogi krzyżowej. Wrażenia wzrokowe z lewej części pola widzenia w każdym oku są przekazywane do prawej strony mózgu. Natomiast wrażenia z prawej części pola widzenia każdego oka transmitowane są do lewej strony mózgu.

Przedstawione powyżej przykłady należą do najbardziej podstawowych czynności w życiu człowieka i są tylko niewielkim przykładem tego, że każde nasze działanie jest w mniejszym lub większym stopniu uwarunkowane biologicznymi aspektami naszego organizmu. Codziennie na świecie dochodzi do odkryć w zakresie biologii, które w mniejszym lub większym wpływają na nasze życie. Proces ten nie ulegnie zatrzymaniu, bo póki istnieje na Ziemi życie to będą wpływać na nie prawa i procesy biologiczne.

Grzegorz Baczewski 
Słuchacz studiów podyplomowych "Nauczanie biologii w gimnazjach i szkołach ponadgimnazjalnych"

BIBLIOGRAFIA

• CAMPBELL NEIL A, REECE. JANE B. Biologia. Wyd. I. Dom Wydawniczy REBIS. Poznań (2013). Rozdział 50. Mechanizmy czucia i ruchu, s. 1101-1104. 
• SOLOMON, BERG, MARTIN, VILLEE. Biologia. Wyd. II poprawione (według wydania III amerykańskiego). Oficyna Wydawnicza MULTICO. Warszawa (2000). Rozdział 45. Trawienie, s. 976-978. 3.
• SOLOMON, BERG, MARTIN, VILLEE. Biologia. Wyd. II poprawione (według wydania III amerykańskiego). Oficyna Wydawnicza MULTICO. Warszawa (2000). Rozdział 46. Osmoregulacja i wydalanie, s. 1000-1007. 
• SOLOMON, BERG, MARTIN, VILLEE. Biologia. Wyd. II poprawione (według wydania III amerykańskiego). Oficyna Wydawnicza MULTICO. Warszawa (2000). Rozdział 47. Hormony zwierzęce, regulacja dokrewna, s. 1027-1028. 5.
• WIŚNIEWSKI HENRYK. Biologia dla klas III Liceum Ogólnokształcącego o profilu podstawowym i biologiczno-chemicznym. Wyd. VI. Wydawnictwo AGMEN. Warszawa (1998). Rozdział. Budowa i działanie układu wydalniczego człowieka, str. 172.