Nervesystemet, hormoner og homeostase

Alle organismer må kunne kjenne på omverdenen for å overleve. Sensoriske signaler — lys, varme, smerte, sult, blodsukker — fanger informasjon, og kroppen svarer med en passende respons. Hos plantene styres dette av plantehormoner og enkle stress-signaler. Hos dyr har evolusjonen bygget to samkjørte systemer: et raskt og elektrisk nervesystem, og et tregere men kraftfullt hormonsystem. Sammen holder de homeostasen i orden — den indre likevekten som lar oss tenke, bevege oss og leve.

10.1 Hva er reaksjon på stimuli?

Et stimulus er en påvirkning på en celle, et organ eller en organisme. Det kan komme utenfra (lys, varme, lukt, lyd, trykk) eller innenfra (lavt blodsukker, høy CO₂, fylt urinblære). En respons er reaksjonen organismen gir tilbake — alt fra at en spalteåpning lukkes, til at hjertet pumper hardere eller at vi trekker hånden vekk fra en flamme.

Felles for alle responser er at de hjelper organismen å holde fast på homeostasen — det vil si en relativt konstant indre tilstand til tross for at omverdenen endrer seg. Vanninnhold, blodsukker, blodtrykk, temperatur og pH må alle holdes innenfor svært snevre grenser. Dette krever at kroppen registrerer endringer i sanntid og justerer like raskt. Hos mennesker og dyr gjøres dette først og fremst av to systemer som samarbeider tett: nervesystemet og hormonsystemet.

Intuisjon: Homeostase som en termostat

Tenk på homeostase som termostaten i et hus. Du setter temperaturen til 21 °C. Dette er settpunktet. Hvis temperaturen synker til 20 °C (et stimulus), slår en sensor termostaten på, som skrur på varmen (en respons). Varmen fortsetter til rommet når 21 °C, og da skrur systemet seg av. Dette kalles en negativ tilbakekopling, fordi responsen motvirker det opprinnelige stimuluset. Kroppen din gjør det samme, men er uendelig mye mer avansert. Den har tusenvis av "termostater" som kontinuerlig justerer alt fra saltbalansen i blodet til oksygennivået i vevet, alt for å holde det indre miljøet stabilt nok til at livsprosessene kan fortsette uforstyrret.

LK20-kompetansemål

Dette kapittelet dekker to kompetansemål: «utforske sammenhenger mellom anatomi og fysiologi og gjøre greie for prinsippene for livsprosessene i organismer» og «gjøre greie for hvordan utvalgte reguleringsmekanismer styrer homeostase hos mennesket, og undersøke hvordan livsstil kan påvirke disse mekanismene».

10.2 Planter — sansing uten øyne og ører

Planter har ingen synlige sanseorganer, men reagerer likevel på lys, gravitasjon, mekanisk trykk, kjemiske signaler og angrep. De har heller ingen egne hormonkjertler — plantehormonene produseres i eller nær cellene der de skal virke.

Fotoperiodisme — å telle natt og dag

Fotoperiodisme er plantenes tilpasning til antall lyse og mørke timer i et døgn. Hos mange arter er det nattlengden som avgjør når de blomstrer. Langdagsplanter blomstrer når dagene blir lengre enn en grenseverdi (typisk om våren), mens kortdagsplanter venter til dagene blir kortere etter sommersolverv. Daglengden styrer også når flerårige planter danner knopper for neste år, når bladene faller, og når planten går i hvile.

Men hvordan "vet" en plante hvor lang natten er? Svaret ligger i et lysfølsomt pigment kalt fytokrom. Fytokrom finnes i to former som kan omdannes til hverandre: P r (absorberer rødt lys) og P fr (absorberer mørkerødt lys, "far-red"). Rødt lys, som er rikelig i sollys, omdanner P r til P fr . I mørket omdannes P fr sakte tilbake til P r . Det er balansen mellom disse to formene som fungerer som plantens indre klokke. En lang natt gir god tid for P fr å bli til P r . Når mengden P r når en viss terskel, utløses blomstringen hos kortdagsplanter. For langdagsplanter er det motsatt: de trenger en høy konsentrasjon av P fr (altså en kort natt) for å blomstre.

Lys fra siden får plantehormonet auxin til å hope seg opp på skyggesiden. Dette fremmer cellestrekning, slik at planten bøyer seg mot lyskilden.

Reaksjon på mekanisk påvirkning

En plante må være både stiv og bøyelig. Trær som har vokst opp på vindutsatte steder, registrerer bevegelse i stamme og greiner og svarer med å redusere lengdeveksten og øke tykkelsen. De vokser ofte i spiralform for å bli mer fleksible. En løvetann i en eng vokser rett opp; samme art i grøftekanten får en krypende stengel — alt på grunn av mekanisk stress.

Forsvar og varsling

Når et insekt begynner å spise en plante, kjenner planten igjen stoffer i insektets spytt og setter i gang produksjon av forsvarsstoffer. Disse kan være bitre, giftige, vanskelig fordøyelige, eller de kan tiltrekke insektets naturlige fiender. Plantene kan også varsle naboer ved å skille ut signalmolekyler gjennom bladene eller røttene, slik at andre individer rekker å bygge opp forsvar før angrepet kommer. Furutrær har til og med vist seg å kjenne igjen feromoner fra furubarvepsen — slik at de kan lage forsvarsstoffer før larvene har klekket.

Et fascinerende eksempel er villtobakksplanten (*Nicotiana attenuata*). Når den angripes av tobakkssvermerlarver, endrer den ikke bare kjemien i bladene for å gjøre dem mindre smakfulle. Den endrer også tidspunktet på døgnet den åpner blomstene sine – fra natt til dag – og endrer blomsterformen for å tiltrekke seg kolibrier i stedet for nattsvermere som pollinatorer. På denne måten unngår den å tiltrekke flere av skadedyrene.

Faktaboks: Epigenetikk hos reddik

Reddikplanter som har blitt angrepet av sommerfugllarver, øker produksjonen av et bitterstoff. Det interessante er at frøene fra de angrepne plantene også har høyere nivå av samme bitterstoff — egenskapen er overført til neste generasjon uten at DNA-sekvensen er endret. Dette kalles epigenetisk arv og er et av de hete forskningsfeltene i moderne biologi.

De fem plantehormonene

Plantehormonene styrer vekst, celledeling, frøspiring, fruktmodning og bladfelling. Det finnes fem hovedtyper: …