Skip to main content
Download PDF

Die ökologischen Beziehungen stoffwechselnder Systeme vom Standpunkt der Regelungstheorie

The ecological relations of metabolizing systems from the view point of cybernetics

Helgoländer wissenschaftliche Meeresuntersuchungen volume 9, pages 356–370 (1964)Cite this article

Abstract

An attempt has been made to classify the patterns of change that occur in metabolizing biological systems under the influence of environmental changes. It was found useful to distinguish between three types of changes: a) control: the system responds to environmental changes by analogous changes of one or several of its variables. b) homoeostasis: the system responds to environmental changes by activation of compensating mechanisms which tend to minimize the deviation of the system from a given state. c) “switching” phenomena: the system responds to environmental changes by the activation of new processes which cause the system to move from one state into another state. — It is emphasized that the presently known mechanisms of cellular regulation (regulation of gene activity, end-product inhibition, enzymatic regulation) in combination with nervous and hormonal factors suffice to suggest a few, albeit crude, models for the explanation of adaptive phenomena in organisms. To improve these models the interactions between components of living systems as well as the transmission and integration of information on the cellular level will have to be studied in more detail.

Zusammenfassung

1. Es wurde ein Versuch gemacht, die Veränderungen, die sich in stoffwechselnden Systemen unter dem Einfluß von Umweltänderungen abspielen, zu klassifizieren. Dabei erwies sich als günstig, zwischen drei Formen der Veränderung zu unterscheiden, nämlich: a) Steuerung: das System reagiert auf Umweltsänderungen mit analogen Veränderungen einer oder mehrerer seiner Variablen; b) Regelung: das System reagiert auf Umweltsänderungen mit der Aktivierung kompensierender Mechanismen, die die Abweichung des Systems von einem Sollzustand so gering wie möglich zu halten trachten; c) Umschaltung: das System reagiert auf Umweltsänderungen mit der Aktivierung neuer Prozesse, die die Überführung des Systems von einem Zustand in den nächsten bewirken.

2. Die bisher bekannt gewordenen Mechanismen zellulärer Regulation erlauben in Verbindung mit nervösen und hormonalen Faktoren die Formulierung einiger Modelle zur Erklärung von Anpassungserscheinungen bei Organismen.

3. Eine Verbesserung dieser Modelle bedarf eines genaueren Studiums der Verknüpfungsweisen der Bauelemente lebendiger Systeme sowie der Übertragung und Verarbeitung von Information auf zellulärer Ebene.

Zitierte literatur

  • Ashby, R., 1960. Design for a Brain. 2nd ed. John Wiley & Co., New York, 286 pp.

    Google Scholar 

  • Baldwin, E., 1952. Dynamic Aspects of Biochemistry. Cambridge Univ. Press, 544 pp.

  • Barnes, H., 1957. Processes of restoration and synchronization in marine ecology.Ann. biol., Paris, 3. ser.33, 67–85.

    Google Scholar 

  • Barron, G. E. S., 1958. The regulatory mechanisms of cellular respiration.In: Perspectives in marine biology (edited by A. A. Buzzati-Traverso). Univ. of California Press, pp. 211–232.

  • Bullock, T. H., 1955. Compensation for temperature in the metabolism and activity of poikilotherms.Biol. Rev. 30, 311–342.

    Google Scholar 

  • Bünning, E., 1963. Die physiologische Uhr. 2. Aufl. Springer, Berlin-Göttingen-Heidelberg, 153 pp.

    Google Scholar 

  • Chance, B., 1961. Control characteristics of enzyme systems.Cold Spr. Harb. Symp. quant. Biol. 26, 289–299.

    Google Scholar 

  • Clever, U. &Karlson, P., 1960. Induktion von Puff-Veränderungen in den Speicheldrüsenchromosomen vonChironomus tentans durch Ecdyson.Exp. Cell Res. 20, 623–626.

    Google Scholar 

  • Davis, B. D., 1961. The teleonomic significance of biosynthetic control mechanisms.Cold Spr. Harb. Symp. quant. Biol. 26, 1–10.

    Google Scholar 

  • Dehnel, P. A., 1955. Rates of growth of gastropods as a function of latitude.Physiol. Zoöl. 28, 115–144.

    Google Scholar 

  • Dunbar, M. J., 1962. The life cycle ofSagitta elegans in arctic and subarctic seas.J. Mar. Res. 20, 76–91.

    Google Scholar 

  • Giese, A. C., 1959. Comparative physiology: annual reproductive cycles of marine invertebrates.Annu. Rev. Physiol. 21, 547–576.

    Google Scholar 

  • Goldman, S., 1960. Cybernetic aspects of Homeostasis.In: Mineral Metabolism. (edited by C. L. Comar & F. Bronner). vol. I, Part A, Academic Press, New York and London, pp. 61–100.

    Google Scholar 

  • Gorini, L., 1958. Regulation en retour (feedback control) de la synthése de l'arginine chezEscherichia coli. Bull. Soc. Chim. biol., Paris40, 1939–1952.

    Google Scholar 

  • Grainger, J. N. R., 1958. First stages in the adaptation of poikilotherms to temperature change.In: Physiological adaptation (edited by C. L. Prosser) Am. Physiol. Soc. Washington, D. C., pp. 79–91.

    Google Scholar 

  • Hassenstein, B., 1960. Die bisherige Rolle der Kybernetik in der biologischen Forschung.Naturw. Rdsch. Jg. 13, Heft 9–11, 1–24.

  • Hensel, H., 1955. Mensch und warmblütige Tiere.In: Temperatur und Leben. Springer, Berlin, Göttingen, Heidelberg, pp. 329–466.

    Google Scholar 

  • Holzer, H., 1961. Wirkungsmechanismus der Zytostatika.Dtsch. med. J. 12, 312–317.

    Google Scholar 

  • —— 1963. Intrazelluläre Regulation des Stoffwechsels.Naturwissenschaften. Jg. 50, 260–270.

    Google Scholar 

  • Jacob, F. &Monod, J., 1961. On the regulation of gene activity.Cold Spr. Harb. Symp. quant. Biol. 26, 193–212.

    Google Scholar 

  • Jungstand, W., 1962. Untersuchungen über die Neurosekretion und deren Abhängigkeit von verschiedenen Außenfaktoren bei der LungenschneckeHelix pomatia L.Zool. Jb. allgem. Zool. 70, 1–23.

    Google Scholar 

  • Korringa, P., 1957. Water temperature and breeding throughout the geographical range ofOstrea edulis.Ann. biol., Paris, 3. ser.33, 1–17.

    Google Scholar 

  • Lasiewski, R. C., 1963. Oxygen consumption of torpid, resting, active and flying humming birds.Physiol. Zoöl. 36, 122–140.

    Google Scholar 

  • Loosanoff, V. L. &Davis, H. C., 1952. Repeated semiannual spawning of northern oysters.Science 115, 675–676.

    Google Scholar 

  • Lynen, F., Hartmann, G., Netter, K. F. &Schuegraf, A., 1959. Phosphate turnover and Pasteur effect. Ciba Foundation Symp. Regulation of Cell Metabolism. J. & A. Churchill, London, pp. 256–273.

    Google Scholar 

  • McLean, F. C., 1960. Introduction: Homeostasis in Mineral Metabolism.In: Mineral Metabolism (edited by C. L. Comar & F. Bronner), vol. I, Part A, Academic Press, New York and London, pp. 1–10.

    Google Scholar 

  • Mittelstaedt, H., 1954. Regelung in der Biologie.Regelungstech. 2, 177–181.

    Google Scholar 

  • —— 1961. Die Regelungstheorie als methodisches Werkzeug der Verhaltensanalyse.Naturwissenschaften 48, 246–254.

    Google Scholar 

  • Monod, J., 1956. Remarks on the mechanism of enzyme induction.In: Units of Biological Structure and Function. Academic Press, New York and London, pp. 7–28.

    Google Scholar 

  • Morgan, A. H. &Fales, C. H., 1942. Seasonal conditions and effects of low temperatures in the thyroid glands of amphibians.J. Morph. 71, 357–387.

    Google Scholar 

  • Munday, K. A. &Thompson, B. D., 1962. The effect of osmotic pressure on the activity ofCarcinus maenas mitochondria.Comp. Biochem. Physiol. 6, 277–288.

    Google Scholar 

  • Orton, J. H., 1920. Sea-temperature, breeding and distribution in marine animals.J. Mar. biol. Ass. U. K. 12, 339–366.

    Google Scholar 

  • Peiss, C. N. &Field, J., 1950. The respiratory metabolism of excised tissues of warm- and cold-adapted fishes.Biol. Bull., Woods Hole 99, 213–224.

    Google Scholar 

  • Precht, H., 1951. Der Einfluß der Temperatur auf die Atmung und einige Fermente beim Aal (Anguilla vulgaris L.).Biol. Zbl. 70, 71–85.

    Google Scholar 

  • —— 1955. Wechselwarme Tiere und Pflanzen.In: Temperatur und Leben. Springer, Berlin, Göttingen, Heidelberg, pp. 1–177.

    Google Scholar 

  • Prosser, L. C., Editor, 1950. Comparative Animal Physiology. W. B. Saunders Co. Philadelphia and London, 888 pp.

    Google Scholar 

  • Ranke, O. F. &Keidel, W. D., 1960. Physiologie des Zentralnervensystems vom Standpunkt der Regelungslehre. Urban & Schwarzenberg, München-Berlin, 133 pp.

    Google Scholar 

  • Roberts, J. L., 1961. The influence of photoperiod upon thermal acclimation by the crucian carp,Carassius carassius L.Zool. Anz. 24 (Suppl.), 73–77.

    Google Scholar 

  • Roots, B. I. &Prosser, C. L., 1962. Temperature acclimation and the nervous system in fish.J. exp. Biol. 39, 617–630.

    Google Scholar 

  • Rosenblueth, A., Wiener, N. &Bigelow, J., 1943. Behaviour, Purpose and Teleology.Philosoph. Sci. 10.

  • Schlieper, C., 1952. Versuch einer physiologischen Analyse der besonderen Eigenschaften einiger eurythermer Wassertiere.Biol. Zbl. 71, 449–461.

    Google Scholar 

  • Scholander, P. F., Flagg, W., Walters, V. &Irving, L., 1953. Climatic adaptation in arctic and tropical poikilotherms.Physiol. Zoöl. 26, 67–92.

    Google Scholar 

  • Smith, R. E., 1956. Quantitative relations between liver mitochondria metabolism and total body weight in mammals.Ann. N. Y. Acad. Sci. 62, 403–422.

    Google Scholar 

  • Strangways-Dixon, J., 1961. The relationship between nutrition, hormones and reproduction in the blowflyCalliphora erythrocephala (Meig.). I.J. exp. Biol. 38, 225–235.

    Google Scholar 

  • Umbarger, H. E., 1956. Evidence for a negative-feedback mechanism in the biosynthesis of isoleucine.Science 123, 848.

    Google Scholar 

  • Valèn, E., 1958. Oxygen consumption in relation to temperature in some poikilotherms.Acta physiol. scand. 42, 358–362.

    Google Scholar 

  • Wiener, N., 1948. Cybernetics. The Mass. Inst. Technol. Press, 165 pp.

  • Wieser, W., 1963a. Parameter des Sauerstoffverbrauches. II.Z. vergl. Physiol. 47, 1–16.

    Google Scholar 

  • —— 1963b. Die Organisation der Lebewesen als technisches Problem.Mathematik, Technik, Wirtschaft, Wien, Jg. 10, 17–22.

    Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

  1. II. Zoologisches Institut der Universität Wien, Österreich

    Wolfgang Wieser

Authors
  1. Wolfgang Wieser
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Rights and permissions

Reprints and Permissions

About this article

Cite this article

Wieser, W. Die ökologischen Beziehungen stoffwechselnder Systeme vom Standpunkt der Regelungstheorie. Helgolander Wiss. Meeresunters 9, 356–370 (1964). https://doi.org/10.1007/BF01610049

Download citation

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/BF01610049

Helgoland Marine Research

ISSN: 1438-3888

Contact us