- Stoffwechsel Unter Adaptiven Bedingungen (Ökologie)
- Published:
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)
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.
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.
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.
Bünning, E., 1963. Die physiologische Uhr. 2. Aufl. Springer, Berlin-Göttingen-Heidelberg, 153 pp.
Chance, B., 1961. Control characteristics of enzyme systems.Cold Spr. Harb. Symp. quant. Biol. 26, 289–299.
Clever, U. &Karlson, P., 1960. Induktion von Puff-Veränderungen in den Speicheldrüsenchromosomen vonChironomus tentans durch Ecdyson.Exp. Cell Res. 20, 623–626.
Davis, B. D., 1961. The teleonomic significance of biosynthetic control mechanisms.Cold Spr. Harb. Symp. quant. Biol. 26, 1–10.
Dehnel, P. A., 1955. Rates of growth of gastropods as a function of latitude.Physiol. Zoöl. 28, 115–144.
Dunbar, M. J., 1962. The life cycle ofSagitta elegans in arctic and subarctic seas.J. Mar. Res. 20, 76–91.
Giese, A. C., 1959. Comparative physiology: annual reproductive cycles of marine invertebrates.Annu. Rev. Physiol. 21, 547–576.
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.
Gorini, L., 1958. Regulation en retour (feedback control) de la synthése de l'arginine chezEscherichia coli. Bull. Soc. Chim. biol., Paris40, 1939–1952.
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.
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.
Holzer, H., 1961. Wirkungsmechanismus der Zytostatika.Dtsch. med. J. 12, 312–317.
—— 1963. Intrazelluläre Regulation des Stoffwechsels.Naturwissenschaften. Jg. 50, 260–270.
Jacob, F. &Monod, J., 1961. On the regulation of gene activity.Cold Spr. Harb. Symp. quant. Biol. 26, 193–212.
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.
Korringa, P., 1957. Water temperature and breeding throughout the geographical range ofOstrea edulis.Ann. biol., Paris, 3. ser.33, 1–17.
Lasiewski, R. C., 1963. Oxygen consumption of torpid, resting, active and flying humming birds.Physiol. Zoöl. 36, 122–140.
Loosanoff, V. L. &Davis, H. C., 1952. Repeated semiannual spawning of northern oysters.Science 115, 675–676.
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.
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.
Mittelstaedt, H., 1954. Regelung in der Biologie.Regelungstech. 2, 177–181.
—— 1961. Die Regelungstheorie als methodisches Werkzeug der Verhaltensanalyse.Naturwissenschaften 48, 246–254.
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.
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.
Munday, K. A. &Thompson, B. D., 1962. The effect of osmotic pressure on the activity ofCarcinus maenas mitochondria.Comp. Biochem. Physiol. 6, 277–288.
Orton, J. H., 1920. Sea-temperature, breeding and distribution in marine animals.J. Mar. biol. Ass. U. K. 12, 339–366.
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.
Precht, H., 1951. Der Einfluß der Temperatur auf die Atmung und einige Fermente beim Aal (Anguilla vulgaris L.).Biol. Zbl. 70, 71–85.
—— 1955. Wechselwarme Tiere und Pflanzen.In: Temperatur und Leben. Springer, Berlin, Göttingen, Heidelberg, pp. 1–177.
Prosser, L. C., Editor, 1950. Comparative Animal Physiology. W. B. Saunders Co. Philadelphia and London, 888 pp.
Ranke, O. F. &Keidel, W. D., 1960. Physiologie des Zentralnervensystems vom Standpunkt der Regelungslehre. Urban & Schwarzenberg, München-Berlin, 133 pp.
Roberts, J. L., 1961. The influence of photoperiod upon thermal acclimation by the crucian carp,Carassius carassius L.Zool. Anz. 24 (Suppl.), 73–77.
Roots, B. I. &Prosser, C. L., 1962. Temperature acclimation and the nervous system in fish.J. exp. Biol. 39, 617–630.
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.
Scholander, P. F., Flagg, W., Walters, V. &Irving, L., 1953. Climatic adaptation in arctic and tropical poikilotherms.Physiol. Zoöl. 26, 67–92.
Smith, R. E., 1956. Quantitative relations between liver mitochondria metabolism and total body weight in mammals.Ann. N. Y. Acad. Sci. 62, 403–422.
Strangways-Dixon, J., 1961. The relationship between nutrition, hormones and reproduction in the blowflyCalliphora erythrocephala (Meig.). I.J. exp. Biol. 38, 225–235.
Umbarger, H. E., 1956. Evidence for a negative-feedback mechanism in the biosynthesis of isoleucine.Science 123, 848.
Valèn, E., 1958. Oxygen consumption in relation to temperature in some poikilotherms.Acta physiol. scand. 42, 358–362.
Wiener, N., 1948. Cybernetics. The Mass. Inst. Technol. Press, 165 pp.
Wieser, W., 1963a. Parameter des Sauerstoffverbrauches. II.Z. vergl. Physiol. 47, 1–16.
—— 1963b. Die Organisation der Lebewesen als technisches Problem.Mathematik, Technik, Wirtschaft, Wien, Jg. 10, 17–22.
Author information
Authors and Affiliations
Rights 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
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF01610049