Los seres vivos como sistemas abiertos y la homeostasis
Valentina termina un partido de hockey en Rosario, en pleno verano. Tiene la cara roja, la remera empapada y una sed enorme. Nadie le dio una orden a su cuerpo: se reguló solo. ¿Qué está cuidando exactamente? ¿Y por qué un ser vivo necesita estar siempre intercambiando cosas con el ambiente para mantenerse "igual"? Al final de la página lo resolvemos.
Qué es un sistema
Un sistema es una porción de la realidad que elegimos estudiar, separada del resto por un límite. Lo que queda afuera es el ambiente. Una heladera, una fábrica de pastas, un motor, una célula o un ecosistema pueden analizarse como sistemas.
Para estudiar cualquier sistema usamos el modelo entrada – transformación – salida:
Tomemos como ejemplo una fábrica de pastas. Entran harina, huevos, agua y electricidad. Adentro se amasa, se corta y se empaqueta. Salen fideos, envases vacíos, calor y ruido.
Un sistema puede estar formado por subsistemas que interactúan. Un organismo, por ejemplo, tiene sistemas digestivo, respiratorio, circulatorio y excretor. Cuando trabajan coordinados aparecen propiedades emergentes: cosas que el conjunto hace y ninguna parte hace sola. Un riñón aislado no mantiene al organismo vivo, pero el organismo completo sí.
Un caballo de la pampa come pasto, toma agua, respira, elimina orina y heces y libera calor. Armá una tabla de tres columnas (entradas, transformación, salidas) y ubicá…
Un caballo de la pampa come pasto, toma agua, respira, elimina orina y heces y libera calor. Armá una tabla de tres columnas (entradas, transformación, salidas) y ubicá en ella al menos tres entradas y tres salidas de materia o energía de este animal.
Sistemas abiertos, cerrados y aislados
Según lo que cruza el límite, un sistema puede ser:
| Tipo | Intercambia materia | Intercambia energía | Ejemplo |
|---|---|---|---|
| Abierto | Sí | Sí | Una célula, un caballo, una olla destapada al fuego |
| Cerrado | No | Sí | Una olla con tapa hermética sobre la hornalla |
| Aislado | No | No | Un termo ideal bien cerrado (en la práctica, solo es un modelo) |
Los seres vivos son sistemas abiertos: incorporan materia (alimento, agua, oxígeno), incorporan energía (química del alimento o luz), y eliminan materia (CO₂, orina, heces) y energía (calor).
¿Por qué no podrían ser aislados? Porque un ser vivo está muy organizado, y mantener esa organización cuesta energía. Sin aporte de energía, la organización se va perdiendo: las moléculas se degradan y la temperatura se iguala con la del ambiente. Un sistema aislado tiende al equilibrio con su entorno, y para un ser vivo, equilibrarse del todo con el ambiente es morir. Por eso necesita un flujo constante de energía que lo atraviese.
Explicá con tus palabras qué significa que un ser vivo sea un «sistema abierto». Mencioná qué tipos de intercambio con el ambiente caracterizan a un sistema abierto.
Explicá con tus palabras qué significa que un ser vivo sea un «sistema abierto». Mencioná qué tipos de intercambio con el ambiente caracterizan a un sistema abierto.
Comparás dos sistemas: una célula viva y un frasco cerrado y aislado que contiene agua con un trozo de hielo. Argumentá si cada uno es abierto, cerrado o aislado, y…
Comparás dos sistemas: una célula viva y un frasco cerrado y aislado que contiene agua con un trozo de hielo. Argumentá si cada uno es abierto, cerrado o aislado, y justificá por qué un ser vivo no puede comportarse como un sistema aislado sin perder su organización. Incluí en tu respuesta el papel de la energía.
Seres vivos como sistemas abiertos: ejemplos
Analicemos una planta de poroto con el modelo de sistema.
En el caso del caballo de la pampa: entra pasto, agua y oxígeno; adentro se digiere, se absorben nutrientes y se obtiene energía; salen heces, orina, CO₂, vapor de agua y calor.
En ambos casos, la célula funciona como unidad: a ella tienen que llegar los nutrientes y de ella tienen que salir los desechos. Por ahora la tratamos como una "caja negra": nos importa qué entra y qué sale, no cómo ocurre por dentro.
Una planta de poroto recibe luz, toma agua y sales minerales del suelo y dióxido de carbono del aire, y libera oxígeno y vapor de agua. Analizala como sistema abierto:…
Una planta de poroto recibe luz, toma agua y sales minerales del suelo y dióxido de carbono del aire, y libera oxígeno y vapor de agua. Analizala como sistema abierto: indicá qué entra, qué transformación ocurre y qué sale, y señalá qué forma de energía ingresa y en cuál se transforma.
Homeostasis: mantener el medio interno
Aunque el ambiente cambie, las células de tu cuerpo necesitan condiciones casi constantes: una temperatura de alrededor de 37 °C, cierta concentración de glucosa en sangre, determinada cantidad de agua y sales. La capacidad de mantener estas variables dentro de límites estrechos se llama homeostasis (equilibrio interno).
Un equilibrio no es quietud: es un balance dinámico. Para sostenerlo, el organismo gasta energía y recibe materia, es decir, la homeostasis solo es posible porque somos sistemas abiertos.
Variables que se regulan, por ejemplo:
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Temperatura corporal (alrededor de 37 °C).
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Glucemia (concentración de glucosa en sangre).
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Contenido de agua del cuerpo.
Definí homeostasis y escribí dos ejemplos de variables que el organismo humano mantiene dentro de ciertos límites, como la temperatura corporal.
Definí homeostasis y escribí dos ejemplos de variables que el organismo humano mantiene dentro de ciertos límites, como la temperatura corporal.
Retroalimentación negativa
La mayoría de los mecanismos homeostáticos funcionan por retroalimentación negativa (o feedback negativo): cuando una variable se aleja de su valor normal, el sistema produce una respuesta que la devuelve hacia ese valor.
Pasos de cualquier circuito de regulación: un receptor detecta el cambio, un centro de control lo compara con el valor normal y un efector produce la respuesta que corrige.
Ejemplo 1: la temperatura
Cuando la temperatura sube (calor del verano, ejercicio), el cerebro detecta el cambio y ordena responder: los vasos sanguíneos de la piel se dilatan (la cara se enrojece y se pierde más calor) y las glándulas sudoríparas producen sudor, que al evaporarse enfría. Con el sudor se pierde agua, y eso baja el contenido de agua del cuerpo: aparece la sed, que nos lleva a tomar y reponer lo perdido.
Ejemplo 2: la glucemia
Después de comer fideos, la glucosa pasa de la digestión a la sangre y la glucemia sube. El páncreas detecta el aumento y libera insulina, que favorece que las células tomen glucosa y que el hígado la almacene; la glucemia baja. Si pasan muchas horas sin comer y la glucemia baja, el páncreas libera glucagón, que hace que el hígado libere glucosa a la sangre. Dos hormonas con efectos opuestos mantienen el valor estable.
Valentina juega un partido de hockey en una tarde de verano en Rosario. Al terminar, tiene la cara enrojecida, transpira mucho y siente sed. Explicá qué variable del…
Valentina juega un partido de hockey en una tarde de verano en Rosario. Al terminar, tiene la cara enrojecida, transpira mucho y siente sed. Explicá qué variable del organismo se está regulando, cómo se relacionan la sudoración y el enrojecimiento con esa regulación y por qué la sed forma parte de la respuesta.
En un cuaderno de laboratorio, Thiago anotó que después de comer un plato de fideos su glucemia (concentración de glucosa en sangre) subió y a las pocas horas volvió a…
En un cuaderno de laboratorio, Thiago anotó que después de comer un plato de fideos su glucemia (concentración de glucosa en sangre) subió y a las pocas horas volvió a valores normales. Explicá, usando la idea de retroalimentación negativa, cómo se logra ese retorno y qué órganos o sustancias intervienen en el proceso.
Cuando el ambiente cambia mucho: aclimatación
A veces el cambio del ambiente es grande y sostenido. Camila sube a un refugio del Aconcagua: a mayor altura el aire tiene menos oxígeno disponible. Sus células reciben menos O₂ y eso es una alteración del medio interno.
Respuestas inmediatas: aumentan la frecuencia respiratoria (más aire por minuto) y la frecuencia cardíaca (más sangre circulando). Así llega más oxígeno a las células.
Con los días ocurre la aclimatación: el organismo se ajusta a las nuevas condiciones (por ejemplo, produce más glóbulos rojos que transportan oxígeno) y el esfuerzo respiratorio y cardíaco baja en parte. Es un nuevo ajuste de la regulación, no el fin de la homeostasis.
Si el organismo no logra compensar el cambio (porque es demasiado grande o muy rápido), las variables se salen de sus límites: aparecen enfermedades o incluso la muerte. Por eso la homeostasis tiene límites.
Camila sube hasta un refugio del Aconcagua y en pocas horas su frecuencia respiratoria y cardíaca aumentan. Después de varios días de aclimatación, esos valores…
Camila sube hasta un refugio del Aconcagua y en pocas horas su frecuencia respiratoria y cardíaca aumentan. Después de varios días de aclimatación, esos valores disminuyen en parte. Analizá el caso desde la homeostasis: qué condición del ambiente cambió, qué respuestas inmediatas se pusieron en marcha, por qué la aclimatación permite un nuevo ajuste y qué pasaría si el organismo no lograra compensar el cambio.