Hispanopedia WikiLa simorfosis es la regulación de unidades biológicas para producir un resultado óptimo. [ 1 ] La simorfosis es cuando hay una correspondencia cuantitativa entre el diseño y la función dentro de un organismo definido dentro de un sistema funcional. [ 2 ] La simorfosis se puede dividir en las tres predicciones que se requieren para que los órganos evolucionen dentro de una especie.
Esto propone que si los órganos se adaptaran estructural y funcionalmente, y se combinaran con la energía y los minerales correctos, el cuerpo crearía un órgano de diseño óptimo. [ 3 ] Algunos ejemplos de esto en el cuerpo humano podrían ser cómo el sistema respiratorio distribuye el oxígeno, cómo los huesos están estructurados para soportar el estrés, cómo los vasos sanguíneos están diseñados para distribuir la sangre por todo el cuerpo sin usar mucha energía, o incluso cómo, a medida que una persona mejora su condición física o realiza más ejercicio cardiovascular, su cuerpo se ha adaptado para mantener mayores demandas de funcionamiento. [ 2 ] El uso de la simorfosis puede permitir que campos de la ciencia trabajen con el campo de la biología evolutiva para comprender mejor la adaptación . [ 4 ]
Requisitos
Para que se produzca la simorfosis, deben existir tres predicciones o directrices que funcionen simultáneamente. Estas tres predicciones trabajan en conjunto para que un órgano o sistema orgánico funcione a pleno rendimiento.
Estructura
Al analizar la teoría de la simorfosis, es necesario considerar si el diseño del organismo está completamente optimizado. [ 3 ] El diseño estructural, en términos de simorfosis, implica que el órgano está diseñado para permitir el pleno desempeño de su función y que puede adaptarse cuando sea necesario. [ 5 ] Este diseño debe contener la cantidad suficiente de material económico para el órgano requerido. En este contexto, el material económico se refiere a la gestión cuidadosa de recursos como los tejidos.
Capacidad
La capacidad funcional se define cuando todas las unidades funcionales trabajan juntas para determinar la capacidad máxima. [ 5 ] La capacidad funcional está determinada en general por el diseño estructural. Una vez que el diseño se optimiza en términos de materiales biológicos, se debe considerar la estructura. La estructura de un órgano determina la capacidad funcional máxima y los ajustes necesarios para que se produzca la morfogénesis, el proceso que hace que un organismo cree su forma. [ 3 ]
Actuación
La tercera predicción establece que si la predicción dos funciona en pasos intermedios para crear una función de un órgano individual, entonces cada paso también ayuda a crear el límite superior de la función. [ 3 ] "Esto significa que si múltiples unidades trabajan juntas en múltiples pasos, funcionan juntas para crear un límite superior (por ejemplo, V o2max) en términos de función o capacidad.
Dentro del sistema respiratorio
Una forma común de probar la simorfosis entre especies de mamíferos es mediante la biología comparada . El primer sistema que utilizó la teoría propuesta para la simorfosis fue la vía de oxígeno en mamíferos. [ 3 ]
El método experimental original para la simorfosis se utilizó para demostrar si el diseño de los órganos era relativo a las demandas estáticas del sistema respiratorio de los mamíferos. El sistema respiratorio es un buen ejemplo para estudiar porque tiene una función principal, una función con un límite medible, un límite variable, una secuencia estructural y cada paso de la secuencia tiene parámetros funcionales que no son fijos. [ 2 ] Una vía común dentro del sistema respiratorio es la vía del oxígeno. Esta vía se utiliza porque es una buena representación para los mamíferos en la mayoría de las especies, ya que involucra varios órganos que se conectan entre sí y la función general tiene un límite superior medible. [ 3 ] En particular, esta prueba ayuda a identificar elementos estructurales que difieren para que puedan transportar la máxima cantidad de oxígeno por todo el cuerpo. [ 1 ]
V o2máx
El límite superior de la vía del oxígeno se denomina VO2máx . El VO2máx es la capacidad máxima de oxígeno que los sistemas pueden captar, transportar y utilizar. [ 3 ] [ 6 ] El VO2máx puede variar entre individuos debido a la variación alométrica (diferencias en la masa corporal), la variación adaptativa (diferencias en los estilos de vida) y la variación inducida (cantidad de ejercicio cardiovascular). La variación de cualquiera de estos tres tipos debería llevar a los investigadores a esperar parámetros diferentes. [ 2 ]
La cascada de oxígeno es un sistema con límites claros y puede ayudar a determinar el VO2máx mediante componentes como el suministro de oxígeno a las mitocondrias del músculo esquelético y la demanda de oxígeno por parte de estas mitocondrias. [ 7 ] Si el oxígeno no se transfiere a través de las mitocondrias del músculo esquelético, puede transferirse a través de los capilares musculares. [ 4 ]
Implicaciones evolutivas
La sínfisis puede utilizarse como un avance analítico que ayuda a otros campos de la ciencia —como la bioquímica , la fisiología y la astronomía— a trabajar con campos como la biología celular , molecular y evolutiva . [ 4 ] La combinación de estos campos ayuda a los investigadores a comprender mejor las adaptaciones biológicas del pasado.
En la evolución, la selección natural puede obstaculizar el diseño al considerar las pautas para la simorfosis. La selección natural puede alterar el fenotipo para aumentar la aptitud de una especie. Al hacerlo, la selección natural puede causar adaptaciones que pueden cambiar la estructura óptima. [ 1 ] Cuando cambia el diseño estructural óptimo, cambia la cantidad de material económico que debe usarse, lo que cambia las predicciones.
Críticas
Un problema de la simorfosis es la dificultad de lograr un diseño óptimo para un órgano si este cumple múltiples funciones. [ 1 ] Un órgano que realiza múltiples funciones debe sacrificar el rendimiento óptimo de una función para que otra funcione de manera óptima. Estos componentes complejos, sumados, reducen drásticamente la probabilidad de que todo funcione de forma óptima. [ 1 ] Un ejemplo de esto en los mamíferos son los pulmones. Los investigadores afirman ahora que los pulmones constituyen una excepción, ya que, por lo general, solo se ajustan parcialmente a la capacidad máxima de oxígeno en términos de variación adaptativa y alométrica, lo que provoca fluctuaciones en estos valores. [ 3 ]
En términos de simorfosis, la capacidad de cada paso de la cascada de oxígeno debería coincidir con la demanda de V max. [ 7 ] En la mayoría de los casos, esta teoría se cumple, con la excepción de cuando un individuo excede el V max. Cuando se excede el V max , surgen restricciones de desarrollo, así como restricciones de diseño en términos de simorfosis. [ 4 ] Cuando esto ocurre, hay una capacidad no igualada; aunque pueden ser similares, no se alinean con las predicciones de simorfosis. [ 1 ]
Referencias
- 1 2 3 4 5 6 Dudley R, Gans C (mayo de 1991). "Una crítica de los modelos de simorfosis y optimización en fisiología". Physiological Zoology . 64 (3): 627– 637. doi : 10.1086/physzool.64.3.30158197 . S2CID 87265637 .
- 1 2 3 4 Weibel ER, Taylor CR, Hoppeler H (noviembre de 1991). "El concepto de simorfosis: una hipótesis comprobable de la relación estructura-función" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 88 (22): 10357– 61. Bibcode : 1991PNAS...8810357W . doi : 10.1073/pnas.88.22.10357 . PMC 52927. PMID 1946456 .
- 1 2 3 4 5 6 7 8 Canals M, Figueroa D, Sabat P (2010). "Simmorfosis en la vía proximal para el oxígeno en el ratón de orejas de hoja Phyllotis darwini" . Biological Research . 43 (1): 75– 81. doi : 10.4067/S0716-97602010000100009 . hdl : 10533/138971 . PMID 21157634 .
- 1 2 3 4 Diamond JM (enero de 1992). "Fisiología evolutiva. La bandera roja de la optimización". Nature . 355 (6357): 204– 6. doi : 10.1038/355204a0 . PMID 1731214. S2CID 9871448 .
- 1 2 Webel ER, Weibel ER, Taylor CR, Bolis L, eds. (febrero de 1998). Principios del diseño animal: el debate sobre la optimización y la simorfosis . Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-58667-2.
- ↑ Smirmaul BP, Bertucci DR, Teixeira IP (2013). "¿Es realmente máximo el VO2máx que medimos?" . Frontiers in Physiology . 4 : 203. doi : 10.3389/fphys.2013.00203 . PMC 3733001 . PMID 23935584 .
- 1 2 Gifford JR, Garten RS, Nelson AD, Trinity JD, Layec G, Witman MA, et al. (marzo de 2016). "Simmorfosis y V̇O2 máx del músculo esquelético : las mediciones in vivo e in vitro revelan diferentes limitaciones en el ser humano entrenado y no entrenado" . The Journal of Physiology . 594 (6): 1741– 51. doi : 10.1113/JP271229 . PMC 4799962. PMID 26614395 .
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