ตัวรับความร้อน: ในมนุษย์ในสัตว์ในพืช - ชีววิทยา

ตัวรับความร้อนเป็นตัวรับที่มีสิ่งมีชีวิตจำนวนมากที่รับรู้เงื่อนไขสิ่งเร้ารอบ ๆ พวกมันไม่เพียง แต่เป็นสัตว์ทั่วไปเท่านั้นเพราะพืชจำเป็นต้องลงทะเบียนสภาพแวดล้อมที่อยู่รอบตัวพวกมันด้วย

การตรวจจับหรือการรับรู้อุณหภูมิเป็นหนึ่งในฟังก์ชั่นทางประสาทสัมผัสที่สำคัญที่สุดและมักจำเป็นต่อการอยู่รอดของสิ่งมีชีวิตเนื่องจากช่วยให้พวกมันตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงทางความร้อนซึ่งเป็นเรื่องปกติของสภาพแวดล้อมที่พวกมันพัฒนาขึ้น

Crotalus willardi ซึ่งมีหนึ่งในสองหลุมกะโหลกที่โดดเด่น (ตัวรับความร้อน) ที่มองเห็นได้ระหว่างจมูกและตา โรเบิร์ตเอส. ซิมมอนส์

การศึกษาของเขารวมถึงส่วนสำคัญของสรีรวิทยาทางประสาทสัมผัสและในสัตว์เริ่มตั้งแต่ปี พ.ศ. 2425 เนื่องจากการทดลองที่สามารถเชื่อมโยงความรู้สึกทางความร้อนกับการกระตุ้นเฉพาะจุดของบริเวณที่บอบบางบนผิวหนังของมนุษย์

ในมนุษย์มีตัวรับความร้อนที่ค่อนข้างเฉพาะเจาะจงเมื่อเทียบกับสิ่งเร้าความร้อน แต่ก็มีอีกกลุ่มที่ตอบสนองต่อสิ่งเร้าทั้ง“ เย็น” และ“ ร้อน” รวมถึงสารเคมีบางชนิดเช่นแคปไซซินและเมนทอล (ซึ่งก่อให้เกิดสิ่งเร้าที่คล้ายคลึงกัน) ถึงความรู้สึกร้อนและเย็น)

ในสัตว์หลายชนิดตัวรับความร้อนยังตอบสนองต่อสิ่งเร้าทางกลและบางชนิดใช้สิ่งเหล่านี้เพื่อรับอาหาร

สำหรับพืชการมีอยู่ของโปรตีนที่เรียกว่าไฟโตโครเมสเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการรับรู้ความร้อนและการตอบสนองการเจริญเติบโตที่เกี่ยวข้อง

ตัวรับความร้อนในมนุษย์

มนุษย์ก็เช่นเดียวกับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่น ๆ มีตัวรับหลายตัวที่ช่วยให้พวกมันมีความสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมได้ดีขึ้นผ่านสิ่งที่เรียกว่า "ประสาทสัมผัสพิเศษ"

"ตัวรับ" เหล่านี้ไม่มีอะไรมากไปกว่าส่วนสุดท้ายของเดนไดรต์ที่รับผิดชอบในการรับรู้สิ่งเร้าจากสิ่งแวดล้อมที่แตกต่างกันและส่งข้อมูลทางประสาทสัมผัสดังกล่าวไปยังระบบประสาทส่วนกลาง (ส่วนที่ "ฟรี" ของเส้นประสาทรับความรู้สึก)

4 แบบจำลองสำหรับโครงสร้างของระบบประสาทสัมผัสในมนุษย์ (ที่มา: Shigeru23 จาก Wikimedia Commons)

ตัวรับเหล่านี้ถูกจัดประเภทขึ้นอยู่กับแหล่งที่มาของสิ่งกระตุ้นเช่นตัวรับภายนอกตัวรับสัญญาณและตัวสกัดกั้น

Exteroceptors อยู่ใกล้กับพื้นผิวของร่างกายมากขึ้นและ "รับรู้" สภาพแวดล้อมโดยรอบ มีหลายประเภทเช่นอุณหภูมิการสัมผัสความกดดันความเจ็บปวดแสงและเสียงรสและกลิ่นเป็นต้น

Proprioceptors มีความเชี่ยวชาญในการส่งผ่านสิ่งเร้าที่เกี่ยวข้องกับอวกาศและการเคลื่อนไหวไปยังระบบประสาทส่วนกลางในขณะที่ interoceptors มีหน้าที่ในการส่งสัญญาณประสาทสัมผัสที่สร้างขึ้นภายในอวัยวะของร่างกาย

Exteroceptors

ในกลุ่มนี้มีตัวรับพิเศษสามประเภทที่เรียกว่า mechanoreceptors, thermoreceptors และ nociceptors ซึ่งสามารถตอบสนองต่อการสัมผัสอุณหภูมิและความเจ็บปวดตามลำดับ

ในมนุษย์เทอร์มอรีเซปเตอร์มีความสามารถในการตอบสนองต่อความแตกต่างของอุณหภูมิที่ 2 ° C และแบ่งประเภทย่อยเป็นตัวรับความร้อนตัวรับความเย็นและโนซิเซ็ปเตอร์ที่ไวต่ออุณหภูมิ

- ตัวรับความร้อนไม่ได้รับการระบุอย่างถูกต้อง แต่คิดว่าสอดคล้องกับปลายใยประสาทที่ "เปลือย" (ไม่ใช่ myelinated) ที่สามารถตอบสนองต่ออุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

- ตัวรับความร้อนเย็นเกิดจากปลายประสาท myelinated ที่แตกแขนงและส่วนใหญ่พบในหนังกำพร้า

- โนซิเซ็ปเตอร์มีความเชี่ยวชาญในการตอบสนองต่อความเจ็บปวดเนื่องจากความเครียดทางกลความร้อนและสารเคมี สิ่งเหล่านี้คือปลายเส้นใยประสาทที่มีเส้นใยที่แตกแขนงในหนังกำพร้า

ตัวรับความร้อนในสัตว์

สัตว์เช่นเดียวกับมนุษย์ก็ขึ้นอยู่กับตัวรับประเภทต่างๆเพื่อรับรู้สิ่งแวดล้อมรอบตัว ความแตกต่างระหว่างตัวรับความร้อนของมนุษย์ที่เกี่ยวข้องกับสัตว์บางชนิดคือสัตว์มักมีตัวรับที่ตอบสนองต่อสิ่งเร้าทั้งทางความร้อนและทางกล

นี่เป็นกรณีของตัวรับบางตัวบนผิวหนังของปลาและสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำของสัตว์จำพวกแมวและลิงบางชนิดซึ่งสามารถตอบสนองต่อการกระตุ้นทางกลและความร้อนได้เหมือนกัน (เนื่องจากอุณหภูมิสูงหรือต่ำ)

ในสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังการมีอยู่ของตัวรับความร้อนที่เป็นไปได้ยังได้รับการทดลองอย่างไรก็ตามการแยกการตอบสนองทางสรีรวิทยาอย่างง่ายต่อผลกระทบทางความร้อนจากการตอบสนองที่สร้างขึ้นโดยตัวรับเฉพาะนั้นไม่ใช่เรื่องง่ายเสมอไป

โดยเฉพาะ "หลักฐาน" บ่งชี้ว่าแมลงหลายชนิดและกุ้งบางชนิดรับรู้ถึงความแปรปรวนทางความร้อนในสภาพแวดล้อมของพวกมัน ปลิงยังมีกลไกพิเศษในการตรวจจับการมีอยู่ของโฮสต์เลือดอุ่นและเป็นสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังที่ไม่ใช่สัตว์ขาปล้องเพียงชนิดเดียวที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว

ในทำนองเดียวกันผู้เขียนหลายคนชี้ให้เห็นถึงความเป็นไปได้ที่สัตว์เลือดอุ่น ectoparasites บางตัวสามารถตรวจพบโฮสต์ของพวกมันในบริเวณใกล้เคียงแม้ว่าจะยังไม่ได้รับการศึกษามากนัก

ในสัตว์มีกระดูกสันหลังเช่นงูบางชนิดและค้างคาวดูดเลือดบางชนิด (ซึ่งกินเลือด) มีตัวรับอินฟราเรดที่สามารถตอบสนองต่อสิ่งเร้าความร้อน "อินฟราเรด" ที่ปล่อยออกมาจากเหยื่อเลือดอุ่น

ภาพถ่ายค้างคาวดูดเลือด ("แวมไพร์") (ที่มา: Ltshears via Wikimedia Commons)

ค้างคาว "แวมไพร์" มีพวกมันอยู่บนใบหน้าและช่วยตรวจสอบการมีอยู่ของกีบเท้าที่ทำหน้าที่เป็นอาหารในขณะที่งูเหลือม "ดึกดำบรรพ์" และโครตาลินที่มีพิษบางชนิดมีอยู่บนผิวหนังและเป็นปลายประสาทที่ไม่เสียค่าใช้จ่าย พวกเขาแตกแขนงออกไป

พวกเขาทำงานอย่างไร?

เทอร์มอรีเซพเตอร์ทำงานในลักษณะเดียวกันกับสัตว์ทุกชนิดไม่มากก็น้อยและโดยพื้นฐานแล้วมันทำเพื่อบอกสิ่งมีชีวิตที่พวกมันเป็นส่วนหนึ่งของอุณหภูมิโดยรอบ

ตามที่กล่าวไปแล้วตัวรับเหล่านี้เป็นขั้วประสาท (ส่วนปลายของเซลล์ประสาทที่เชื่อมต่อกับระบบประสาท) สัญญาณไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในช่วงไม่กี่มิลลิวินาทีสุดท้ายและความถี่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิแวดล้อมและการสัมผัสกับอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหัน

ภายใต้สภาวะอุณหภูมิคงที่ตัวรับความร้อนของผิวหนังจะทำงานอย่างต่อเนื่องส่งสัญญาณไปยังสมองเพื่อสร้างการตอบสนองทางสรีรวิทยาที่จำเป็น เมื่อได้รับสิ่งกระตุ้นใหม่สัญญาณใหม่จะถูกสร้างขึ้นซึ่งอาจจะอยู่หรือไม่อยู่ก็ได้ขึ้นอยู่กับระยะเวลาของมัน

ช่องไอออนที่ไวต่อความร้อน

การรับรู้ความร้อนเริ่มต้นด้วยการกระตุ้นของตัวรับความร้อนที่ปลายประสาทของเส้นประสาทส่วนปลายในผิวหนังของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ตัวกระตุ้นด้วยความร้อนจะเปิดใช้งานช่องไอออนที่ขึ้นกับอุณหภูมิในขั้วแอกซอนซึ่งจำเป็นสำหรับการรับรู้และการส่งผ่านสิ่งกระตุ้น

ช่องไอออนเหล่านี้เป็นโปรตีนที่อยู่ในตระกูลของช่องที่เรียกว่า "ช่องไอออนที่ไวต่อความร้อน" และการค้นพบนี้ทำให้กลไกของการรับรู้ความร้อนสามารถอธิบายได้ในเชิงลึกมากขึ้น

เอกลักษณ์ทางโมเลกุลของเส้นประสาทที่ตอบสนองต่อความเย็นหรือความร้อนขึ้นอยู่กับการแสดงออกของช่องไอออนที่ไวต่อความร้อน (ที่มา: David D. McKemy จาก Wikimedia Commons)

หน้าที่ของมันคือควบคุมการไหลของไอออนเช่นแคลเซียมโซเดียมและโพแทสเซียมไปยังและจากตัวรับความร้อนซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของศักยภาพในการกระทำที่ส่งผลให้เกิดกระแสประสาทไปยังสมอง

ตัวรับความร้อนในพืช

สำหรับพืชนั้นจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงทางความร้อนที่เกิดขึ้นในสิ่งแวดล้อมและตอบสนองได้

งานวิจัยบางชิ้นเกี่ยวกับการรับรู้ความร้อนในพืชพบว่ามักขึ้นอยู่กับโปรตีนที่เรียกว่าไฟโตโครเมสซึ่งมีส่วนร่วมในการควบคุมกระบวนการทางสรีรวิทยาหลายอย่างในพืชชั้นสูงซึ่ง ได้แก่ การงอกและการพัฒนาของต้นกล้า ออกดอก ฯลฯ

ไฟโตโครเมสมีบทบาทสำคัญในการกำหนดชนิดของพืชรังสีที่อยู่ภายใต้และสามารถทำหน้าที่เป็น "สวิตช์" ระดับโมเลกุลที่เปิดภายใต้แสงโดยตรง (โดยมีแสงสีแดงและสีน้ำเงินในสัดส่วนที่สูง) หรือปิด ในที่ร่ม (สัดส่วนของรังสี“ แดงไกล” สูง)

การแสดงแผนผังของไฟโตโครมที่ใช้งานอยู่ (Pr) และไม่ใช้งาน (Pfr) (ที่มา: Bengt A.Lüers - BiGBeN_87_de ผ่าน Wikimedia Commons)

การกระตุ้นของไฟโตโครเมสบางชนิดช่วยส่งเสริมการเจริญเติบโตที่“ กระชับ” และยับยั้งการยืดตัวโดยทำหน้าที่เป็นปัจจัยการถอดความของยีนที่เกี่ยวข้องในกระบวนการเหล่านี้

อย่างไรก็ตามได้รับการพิสูจน์แล้วว่าในบางกรณีการกระตุ้นหรือปิดใช้งานไฟโตโครเมสอาจเป็นอิสระจากรังสี (แสงสีแดงหรือแสงสีแดงไกล) ซึ่งเรียกว่า“ ปฏิกิริยาการกลับด้านมืด” ซึ่งเห็นได้ชัดว่าความเร็วขึ้นอยู่กับ อุณหภูมิ.

อุณหภูมิที่สูงจะทำให้ไฟโตโครมบางชนิดหยุดทำงานอย่างรวดเร็วทำให้หยุดทำงานเป็นปัจจัยการถอดความส่งเสริมการเจริญเติบโตโดยการยืดตัว

อ้างอิง

Brusca, RC, และ Brusca, GJ (2003) สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง (เลขที่ QL 362. B78 2546). Basingstoke
Feher, JJ (2017). สรีรวิทยาของมนุษย์เชิงปริมาณ: บทนำ ข่าววิชาการ.
เฮนเซล, H. (1974). ตัวรับความร้อน การทบทวนสรีรวิทยาประจำปี, 36 (1), 233-249.
การ์ดอง, KV (2002). สัตว์มีกระดูกสันหลัง: กายวิภาคเปรียบเทียบฟังก์ชันวิวัฒนาการ นิวยอร์ก: McGraw-Hill
M. Legris, C. Klose, ES Burgie, CCR Rojas, M.Neme, A.Hiltbrunner, PA Wigge, E.Schafer, RD Vierstra, JJ Casal Phytochrome B รวมสัญญาณแสงและอุณหภูมิใน Arabidopsis วิทยาศาสตร์ 2559; 354 (6314): 897
Rogers, K. , Craig, A. , & Hensel, H. (2018). สารานุกรมบริแทนนิกา. สืบค้นเมื่อวันที่ 4 ธันวาคม 2019 ที่ www.britannica.com/science/thermoreception/Properties-of-thermoreceptors
จาง, X. (2015). เซนเซอร์โมเลกุลและโมดูเลเตอร์ของการรับรู้อุณหภูมิ ช่อง, 9 (2), 73-81.

ตัวรับความร้อน: ในมนุษย์ในสัตว์ในพืช - ชีววิทยา - 2026