A.Soosaar ¤¤ Märkmeid füsioloogiast 2022–
Füsioloogia (õpetamise) põhimõisted
Kui mõned aastad tagasi naasin tagasi füsioloogia õpetamise juurde, siis selgus aine õpetamise kohta käiva kirjandusega tutvumisel, et nii kümmekond aastat tagasi tuldi USAs mõttele, et füsioloogia õpetamise põhiteljeks võiks olla ala kõige olulisemate ehk põhimõistete (core concepts, big ideas) formuleerimine ja nende mitmekülgne lõimimine füsioloogia õpetamisse. Küsitlustesse kaasati füsioloogia õppejõud erinevat tüüpi haridusasutustest ning tulemused on 15 tuumpõhimõttena näha lingitud tööst pärit loetelus.
Põhimõiste/koht mõjukuse reas/selgitus
¤ Homeostasis/1/The internal environment of the organism is actively maintained constant
by the function of cells, tissues, and organs organized in negative feedback systems
¤ Cell membrane/1/Plasma membranes are complex structures that determine what substances
enter or leave the cell. They are essential for cell signaling, transport, and other processes.
¤ Cell-cell communications/3/The function of the organism requires that cells pass information
to one another to coordinate their activities. These processes include endocrine and neural signaling.
¤ Interdependence/4/Cells, tissues, organs, and organ systems interact with one another (are
dependent on the function of one another) to sustain life.
¤ Flow down gradients/5/The transport of “stuff” (ions, molecules, blood, and air) is a central process
at all levels of the organization of the organism, and this transport is described by a simple model.
¤ Energy/6/The life of the organism requires the constant expenditure of energy. The acquisition,
transformation, and transportation of energy is a crucial function of the body.
¤ Structure/function/7/The function of a cell, tissue, or organ is determined by its form. Structure and function
(from the molecular level to the organ system level) are intrinsically related to each other.
¤ Scientific reasoning/8/Physiology is a science. Our understanding of the functions of the body arises
from the application of the scientific method; thus, our understanding is always tentative.
¤ Cell theory/9/All cells making up the organism have the same DNA. Cells have many common functions
but also many specialized functions that are required by the organism.
¤ Physics/chemistry/10/The functions of living organisms are explainable by the application of the laws of
physics and chemistry.
¤ Genes to proteins/11/The genes (DNA) of every organism code for the synthesis of proteins
(including enzymes). The functions of every cell are determined by the genes that are expressed.
¤ Levels of organization/12/Understanding physiological functions requires understanding the behavior
at every level of organization from the molecular to the social.
¤ Mass balance/13/The contents of any system or compartment in a system is determined by the inputs to
and the outputs from that system or compartment.
¤ Causality/14/Living organisms are causal mechanisms (machines) whose functions are explainable
by a description of the cause-and-effect relationships that are present.
¤ Evolution/15/The mechanisms of evolution act at many levels of organization and result in adaptive
changes that have produced the extant relationships between structure and function.
Esimene pilk põhimõistetele tekitab kõhkleva mulje, mis tingitud nende arvukusest ja olemuslikust mitmekesisusest, sest mõned neist on üpris filosoofilised või ontoloogilised, teised üldbioloogia suured alalõigud, kolmandad osutavad loodusteaduste alusmõistetele ja lõpuks leiab nende seast ka homöostaasi, mis küllap ainsana pärit ala enda ajaloost. Kui algul mõjus selline eklektilisus isegi ehmatavalt, siis mõningase kaalutlemise järel tulebki tõdeda, et elusa organismi mitmekesist toimimist ei olegi võimalik täpsemalt hoomata üksnes mõne lihtsa põhimõiste jõuga. Esitatutest näikse evolutsioon (vähemasti makro tasemel) füsioloogia õpetamisel õige teisejärguline olema ning pakututud kirjelduste abil võiks selle küll dünaamilisse struktuuri-funktsiooni olemusliku seose mõiste koosseisu arvata. Muidugi ei ole võimalik ignoreerida talitluste adaptiivset loomust, kuid see paistab olema midagi universaalsemat kui evolutsiooni üheks aspektiks olemine. Samas on bioloogia filosoofias evolutsiooni ja talitluse sümbioos see, mida arvatakse elusast tervikliku teaduslikku pilti pakkuvat. Kindlasti on elusa reduktsionitlik seletamine füüsika ja keemia kaudu olnud väga produktiivne ning produkti teeb veel paremaks kahele eelmisele infotöötlusele osutava reduktsiooni lisamine. Michael ja McFarlane püüavad sotsiaalteadusliku meetodiga saadud 15 põhimõistest ekstraheerida ülejäänutest veel omakorda tähtsamaid mõistet ja selle tulemusena selgub 5 Ameerika tuumkontsepti, milleks on
¤ rakumembraan
¤ homöostaas
¤ rakkudevaheline kommunikatsioon
¤ vastastikune sõltuvus
¤ liikumine päri gradiente
Neid kasutatakse tõepoolest elusa toimimise seletamisel üpris sageli, aga tasemeline organisatsioon, struktuuri-funktsiooni seos ja massi jäävus töötavad füsioloogias samuti päris universaalselt. Küllap on tänapäeva füsioloogias tähtis ka tõhusa infovahetuse põhimõte, kuid veel kümme aastat tagasigi eelistasid füsioloogid tõhusale infovahetusele endale üldistustes rõhuasetust infovahetuse toimumise kohale (rakumembraan) ja sõnumite levikuteele (rakkudevaheline kommunikatsioon).
¤ Cell-Cell Communication — The function of the organism requires that cells pass information to one another to coordinate their activities.
¤ Cell Membrane — Cell membranes determine what substances enter or leave the cell and its organelles. They are essential for cell signaling, transport, and other cellular functions.
¤ Movement of Substances — The movement of substances (ions, molecules, fluids, and gases) is a central process at all levels of organization in the organism.
¤ Homeostasis — The internal environment of the organism is actively regulated by the responses of cells, tissues, and organs through feedback systems.
¤ Structure and Function — Structure and function are intrinsically related at all levels of the organism.
¤ Interaction — Cells, tissues, organs, and organ systems interact to create and sustain life.
¤ Physiological Adaptation — Organisms adjust and adapt to acute and chronic changes in the internal and external environments across the life span.
Tuumkontseptide võrdlemisel saab kiiresti selgeks, et Ameerika tšempionid leiduvad ka Austraalia tabelis, vaid vastastikune sõltuvus on viimases integratsiooniks nimetatud. Neile lisanduvad Austraalia tabelis veel struktuuri-funktsiooni olemuslik seos ja kohastumine, mis tõesti töötavad universaalselt füsioloogiliste seletuste loomisel. Tunnistagem, et Austraalia füsioloogide põhimõistete rida organiseerib päris hästi seda elusate süsteemide toimimise kohta käivate teadmiste valdkonda, mida on juba mõnda aega füsioloogiaks kutsutud.
Vahvaks küsimuseks on, kas füsioloogia õpetamise põhimõisted langevad kokku uue füsioloogia teadmise hankimise ehk siis füsioloogiateaduse tegemise põhimõtetega. Füsioloogia ühtsuse vaatepunktist võiks see ju nii olla, aga kindlasti on teaduses tähtsad nii relatsioonide otsimine ja mõtestamine, kui jätkuvalt ka organismis toimuvate protsesside tuvastamine ja monitooring. Seega eri paista füsioloogia õpetamise ja uurimistöö tuumkontseptid päris samad olema. Ja praeguse aja füsioloogiateadus toimetab eeskätt just molekulide tasemel toimuva täpsema tuvastamise ja uute avastatud asjaolude klapitamisega olemasolevatesse skeemidesse, mis kirjeldavad ja seletavad neid nö kõrgemate organisatsioonitasemete protsesse, mis juba varasemalt on kindlaks tehtud. Järjest rohkem panustatakse ka olemasoleva info alusel elussüsteemides toimuva modelleerimisse, kus on tehisintellektil suur võimalus saada füsioloogidele oluliseks partneriks. Aga sel koostööl põhinevate tehisorganismide loomiseni on veel pikalt vaja koos minna, sest praegu ollakse pigem info talletamise ja selle lihtsamate interaktsioonide imiteerimise järgus. Ja ikka ei ole veel täit selgust funktsiooni mõiste määratlemisel ja selle empiiriliste tegevustega sidumisel. Nii et füsiooloogia kontseptualistidel jätkub mõlemal rindel veel pusimist, et elusa toimimine kindlalt suure kindlusega töötavatesse mõttelistesse skeemidesse paigutada.
- september 2023