THERMORECEPTOREN: BIJ MENSEN, BIJ DIEREN, BIJ PLANTEN - BIOLOGIE - 2026

De thermoreceptoren zijn die receptoren die veel levende organismen bezitten die stimulerende termen waarnemen. Ze zijn niet alleen typerend voor dieren, omdat planten ook de omgevingscondities om hen heen moeten registreren.

De detectie of perceptie van temperatuur is een van de belangrijkste sensorische functies en is vaak essentieel voor het voortbestaan ​​van soorten, omdat het hen in staat stelt te reageren op de thermische veranderingen die kenmerkend zijn voor de omgeving waarin ze zich ontwikkelen.

Crotalus willardi, met een van de twee kenmerkende craniale putjes (thermoreceptoren) zichtbaar tussen de neus en het oog. Robert S. Simmons.

Zijn studie omvat een belangrijk deel van de sensorische fysiologie en bij dieren begon het rond het jaar 1882, dankzij experimenten die thermische sensaties konden associëren met lokale stimulatie van gevoelige plaatsen op de menselijke huid.

Bij mensen zijn er thermoreceptoren die vrij specifiek zijn met betrekking tot thermische stimuli, maar er zijn ook andere die reageren op zowel "koude" als "hete" stimuli, evenals op sommige chemicaliën zoals capsaïcine en menthol (die vergelijkbare stimuli produceren). voor warme en koude sensaties).

Bij veel dieren reageren thermoreceptoren ook op mechanische prikkels en sommige soorten gebruiken deze om aan hun voedsel te komen.

Voor planten is de aanwezigheid van eiwitten die bekend staan ​​als fytochromen essentieel voor thermische perceptie en de groeireacties die ermee gepaard gaan.

Thermoreceptoren bij mensen

Mensen hebben, net als andere zoogdieren, een reeks receptoren waardoor ze zich beter kunnen verhouden tot de omgeving door middel van wat de "speciale zintuigen" worden genoemd.

Deze "receptoren" zijn niets meer dan de laatste delen van dendrieten die verantwoordelijk zijn voor het waarnemen van de verschillende omgevingsstimuli en het verzenden van dergelijke sensorische informatie naar het centrale zenuwstelsel ("vrije" delen van sensorische zenuwen).

4 modellen voor de structuur van het sensorische systeem bij mensen (Bron: Shigeru23 via Wikimedia Commons)

Deze receptoren worden, afhankelijk van de bron van de stimulus, geclassificeerd als exteroceptoren, proprioceptoren en interoceptoren.

De exteroceptoren zijn dichter bij het oppervlak van het lichaam en "voelen" de omgeving. Er zijn verschillende soorten: die bijvoorbeeld temperatuur, aanraking, druk, pijn, licht en geluid, smaak en geur waarnemen.

Proprioceptoren zijn gespecialiseerd in de overdracht van stimuli gerelateerd aan ruimte en beweging naar het centrale zenuwstelsel, terwijl de interoceptoren verantwoordelijk zijn voor het verzenden van sensorische signalen die worden gegenereerd in de lichaamsorganen.

Exteroceptoren

In deze groep zijn er drie soorten speciale receptoren bekend als mechanoreceptoren, thermoreceptoren en nociceptoren, die respectievelijk kunnen reageren op aanraking, temperatuur en pijn.

Bij mensen hebben thermoreceptoren het vermogen om te reageren op temperatuurverschillen van 2 ° C en worden ze onderverdeeld in warmtereceptoren, koude receptoren en temperatuurgevoelige nociceptoren.

- Warmtereceptoren zijn niet goed geïdentificeerd, maar men denkt dat ze overeenkomen met "naakte" zenuwvezeluiteinden (niet gemyeliniseerd) die kunnen reageren op verhoogde temperatuur.

- Koude thermoreceptoren komen voort uit gemyeliniseerde zenuwuiteinden die zich vertakken en worden voornamelijk in de epidermis aangetroffen.

- Nociceptoren zijn gespecialiseerd in het reageren op pijn als gevolg van mechanische, thermische en chemische belasting; Dit zijn gemyeliniseerde zenuwvezeluiteinden die in de epidermis vertakt zijn.

Thermoreceptoren bij dieren

Dieren, net als mensen, zijn ook afhankelijk van verschillende soorten receptoren om de omgeving om hen heen waar te nemen. Het verschil tussen de thermoreceptoren van mensen in vergelijking met die van sommige dieren is dat dieren vaak receptoren hebben die reageren op zowel thermische als mechanische stimuli.

Dat is het geval met sommige receptoren op de huid van vissen en amfibieën, van sommige katachtigen en apen, die zowel op mechanische als thermische stimulatie kunnen reageren (door hoge of lage temperaturen).

Bij ongewervelde dieren is het mogelijke bestaan ​​van thermische receptoren ook experimenteel aangetoond, maar het is niet altijd gemakkelijk om een ​​eenvoudige fysiologische reactie op een thermisch effect te scheiden van de reactie die wordt gegenereerd door een specifieke receptor.

In het bijzonder geeft het "bewijs" aan dat veel insecten en sommige kreeftachtigen thermische variaties in hun omgeving waarnemen. Bloedzuigers hebben ook speciale mechanismen om de aanwezigheid van warmbloedige gastheren te detecteren en zijn de enige niet-geleedpotige ongewervelde dieren waar dit is aangetoond.

Evenzo wijzen verschillende auteurs op de mogelijkheid dat sommige ectoparasieten van warmbloedige dieren de aanwezigheid van hun gastheren in de buurt kunnen detecteren, hoewel dit niet veel is bestudeerd.

Bij gewervelde dieren zoals sommige soorten slangen en bepaalde bloedzuigende vleermuizen (die zich voeden met bloed) zijn er infraroodreceptoren die kunnen reageren op de "infrarode" thermische stimuli die worden uitgezonden door hun warmbloedige prooi.

Foto van een bloedzuigende ("vampier") vleermuis (Bron: Ltshears via Wikimedia Commons)

De 'vampier'-vleermuizen hebben ze op hun gezicht en helpen hen de aanwezigheid van hoefdieren te bepalen die als voedsel dienen, terwijl de' primitieve 'boa's en sommige soorten giftige crotalines ze op hun huid hebben en dit zijn vrije zenuwuiteinden die ze vertakken zich.

Hoe werken ze?

Thermoreceptoren werken bij alle dieren op min of meer dezelfde manier en ze doen het in wezen om het organisme waarvan ze deel uitmaken te vertellen wat de omgevingstemperatuur is.

Zoals besproken, zijn deze receptoren eigenlijk zenuwuiteinden (de uiteinden van neuronen die zijn verbonden met het zenuwstelsel). De elektrische signalen die daarbij worden gegenereerd, duren slechts enkele milliseconden en hun frequentie is sterk afhankelijk van de omgevingstemperatuur en blootstelling aan plotselinge temperatuurveranderingen.

Onder constante temperatuuromstandigheden zijn de thermoreceptoren van de huid constant actief en sturen ze signalen naar de hersenen om de nodige fysiologische reacties te genereren. Wanneer een nieuwe stimulus wordt ontvangen, wordt een nieuw signaal gegenereerd, dat al dan niet kan duren, afhankelijk van de duur ervan.

Warmtegevoelige ionenkanalen

Thermische waarneming begint met de activering van thermoreceptoren in de zenuwuiteinden van perifere zenuwen in de huid van zoogdieren. De thermische stimulus activeert temperatuurafhankelijke ionenkanalen in de axon-terminals, wat essentieel is voor de waarneming en overdracht van de stimulus.

Deze ionenkanalen zijn proteïnen die behoren tot een familie van kanalen die bekend staan ​​als "warmtegevoelige ionenkanalen" en hun ontdekking heeft het mogelijk gemaakt dat het mechanisme van thermische perceptie dieper kan worden opgehelderd.

Moleculaire identiteit van zenuwen die reageren op kou of hitte, afhankelijk van de expressie van warmtegevoelige ionenkanalen (Bron: David D. McKemy via Wikimedia Commons)

Het is zijn taak om de stroom van ionen zoals calcium, natrium en kalium naar en van thermische receptoren te reguleren, wat leidt tot de vorming van een actiepotentiaal dat resulteert in een zenuwimpuls naar de hersenen.

Thermoreceptoren in planten

Voor planten is het ook essentieel om elke thermische verandering in de omgeving te kunnen detecteren en een reactie te geven.

Enig onderzoek naar thermische perceptie in planten heeft aangetoond dat het vaak afhangt van eiwitten die fytochromen worden genoemd en die ook deelnemen aan de controle van meerdere fysiologische processen in hogere planten, waaronder kieming en ontwikkeling van zaailingen, bloei, etc.

Fytochromen spelen een belangrijke rol bij het bepalen van het type straling waaraan planten worden blootgesteld en zijn in staat om te fungeren als moleculaire 'schakelaars' die worden ingeschakeld onder direct licht (met een hoog aandeel rood en blauw licht), of die uitschakelen in de schaduw (hoog aandeel ‘verrood’ straling).

Schematische weergave van een actieve (Pr) en een inactieve (Pfr) fytochroom (Bron: Bengt A.Lüers - BiGBeN_87_de via Wikimedia Commons)

De activering van sommige fytochromen bevordert de 'compacte' groei en remt de verlenging door te werken als transcriptiefactoren voor de genen die bij deze processen betrokken zijn.

Het is echter bewezen dat in sommige gevallen de activering of inactivering van fytochromen onafhankelijk kan zijn van straling (rood of verrood licht), die bekend staat als de 'donkere omkeerreactie', waarvan de snelheid blijkbaar afhangt van temperatuur.

Hoge temperaturen bevorderen de snelle inactivering van sommige fytochromen, waardoor ze niet meer als transcriptiefactoren werken, waardoor de groei door verlenging wordt bevorderd.

Referenties

1. Brusca, RC en Brusca, GJ (2003). Ongewervelden (nr. QL 362. B78 2003). Basingstoke.
2. Feher, JJ (2017). Kwantitatieve menselijke fysiologie: een inleiding. Academische pers.
3. Hensel, H. (1974). Thermoreceptoren. Jaaroverzicht van fysiologie, 36 (1), 233-249.
4. Kardong, KV (2002). Gewervelde dieren: vergelijkende anatomie, functie, evolutie. New York: McGraw-Hill.
5. M. Legris, C. Klose, ES Burgie, CCR Rojas, M. Neme, A. Hiltbrunner, PA Wigge, E.Schafer, RD Vierstra, JJ Casal. Fytochroom B integreert licht- en temperatuursignalen in Arabidopsis. Wetenschap, 2016; 354 (6314): 897
6. Rogers, K., Craig, A., & Hensel, H. (2018). Encyclopaedia Britannica. Opgehaald op 4 december 2019, op www.britannica.com/science/thermoreception/Properties-of-thermoreceptors
7. Zhang, X. (2015). Moleculaire sensoren en modulatoren van thermoreceptie. Kanalen, 9 (2), 73-81.