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• 免疫系统的考虑
• 利用免疫系统作为模型来管理入侵物种
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关键词:生物入侵、生态系统、免疫系统、管理、隐喻、可持续性。

发表:2001年6月18日

的概念,利用免疫系统的概念作为指导发展长期可持续的政策管理生态系统是吸引人的。我们今天所看到的免疫系统已经经受住了时间的考验。他们显然是成功的系统来处理危险和有害的微生物的入侵。詹森(2001)提供了一个解释的免疫系统的基本元素。他还探讨了使用这种结构开发的理解如何处理外来入侵生物在生态系统,更普遍的是,如何设计机构,将促进长期可持续性。他入侵的概念超越了通常的非人类物种之一包括其他人类,科技创新,甚至是文化入侵(宗教和巨无霸),但是限制了生态系统管理的调查,关注机构产生成功的管理实践和管理生物入侵。

一个明显和直接关注当试图使用一个生物体的免疫系统作为生态系统管理模型是两者之间的本质区别:生物进化,精美集成,免疫系统的自我平衡的实体管理的潜意识里,而生态系统是开放的,选择的组合被人类物种管理非常有意识地进行交互。我们需要探究这些差异的后果之前类比付诸实践。

在他的免疫系统,詹森(2001)提出了一些有趣的观点关于这个系统的功能。它是一个分布式系统由数以万亿计的不同类型的细胞和分子相互作用,每一种都有不同的受体,应对特定类型的病原体和产生局部信号的识别。虽然成功的免疫系统保留记忆反应,它还必须能够生成一个非常大的响应需求的多样性,以及实现这一目标的主要机制之一是一个伪随机过程涉及DNA的重组。

詹森的命题为行动,我们需要看看免疫系统模型,然后确定它可以应用于生态系统。首先,对于免疫系统的机制本身,应该注意以下附加分。

一旦一个病原体/抗原进入体内,它被抗原递呈细胞,如t细胞和b细胞;其中一些是固定的(例如,在皮肤上),而其他人则移动。这些细胞肢解病原体成小块并将其呈现在细胞表面。只t细胞识别蛋白质抗原,但b细胞识别,根据他们的形状。提出了抗原免疫系统循环,和t细胞(即去最近的节点。、分组淋巴系统的免疫细胞)。这个过程被称为“启动的信号。”If both the T-cells and the B-cells have been primed (i.e., have recognized the antigen as a nonself signal), the immune system is triggered, and proliferation of T-cells and B-cells begins. The fact that both types of cells must be primed prevents the system from being activated to deal with just one piece of foreign pathogen; repeated activation is required to turn the system on.

免疫系统并不完美。如果入侵抗原密切足够相似,或模仿的行为,宿主细胞时,它可能不会发现和摧毁。此外,一些病原体能够逃避免疫监视。例如,非常小的分子没有免疫原性,和一些逃避攻击“隐藏”在细胞(如疱疹病毒、细胞内寄生虫)或变异(如疟疾)。大多数慢性感染是由病原体引起的逃避免疫攻击。

一旦激活,系统存储的一些细胞分裂preprimed状态为“记忆”,这意味着它们都准备好了,但是还没有激增。其他人保持分裂和分泌,复制灭活抗原的抗体。詹森,所以正确地指出,不仅仅是一种类型的抗体;取决于抗原是一种病毒,细菌,寄生虫,一个特定的抗体生产系统开启。免疫系统细胞复制生活只有几周的时间,而且,一旦抗原入侵停止,这些细胞的水平,因此同样的抗体,下降。

如果免疫系统可以用作管理生态系统模型,然后,基于以上讨论,关键特性包括一个分布式系统,固定和移动部件检测,把它放在双触发系统,不同类型的反应取决于类型的问题,“记忆”组件,以确保成功的解决方案,保留的能力分配大量资源在需要时解决问题(不足反应导致抗微生物的进化,使事情变得更糟的物种作为一个整体),划分的努力感染(移动或恢复站点响应最大化),并隔离响应(例如,沸腾)。

这样一个模型是一个有用的一个生态系统管理?之间的类比詹森(2001)吸引了免疫系统的抗体的生产和管理和制度管理的生态系统,即。规则和操作程序,有效吗?例子的他认为,这是更容易使用这种类比研究生物入侵的(因为在概念上的情形非常相似),所以我将集中精力。当考虑使用免疫系统作为一个系统来管理的基本设计入侵物种,有几个要点需要考虑。

尽管外来物种进入生态系统,实体管理实际上是一个国家或国家。制度框架的管理始终是一个国家和私人安排。詹森州在他讨论的局限性,人们可以根据其他信息计划提前,而不是只是在内存存储的系统,处理生物入侵。例如,而不是我们监控的努力同样在一个生态系统,我们可以确定更有可能提前点入口和采取额外的预防措施。免疫系统,这也在某种程度上。自然杀伤(NK)细胞不需要内存触发和行动积极反对某些入侵(尽管入侵生物进化规避机制)。此外,如前所述,身体可以本地化的免疫反应和优先提高抗体反应在网站感染发生以前,如鼻膜或生殖道。在这方面,介绍了免疫反应取决于抗原;相同的抗原抒发吸入时截然不同的反应,当它是通过皮肤注射。

在生态管理的背景下,使用固定和移动检测转化为使用,例如,哨兵动物和监测检测指定的访问(即。已经认识到动物疾病。大多数国家已经这样做对本土野生动物,虽然不是新植物或动物物种的入侵。在写这篇文章的时候,发现了火蚁的属性布里斯班港附近的澳大利亚;大概他们到达之前未被发现的几年。火蚁是绝对的“非我”从澳大利亚的角度来看,他们不属于有益的异物,我们大部分的作物和我们所有的牲畜一样的物种。我们的监督努力显然是不够的。从免疫系统模型我们可以学到东西吗?

检测入侵后,免疫系统需要双重确认和重复刺激被激活之前,虽然NK细胞可能已经移动。它使一个巨大的努力减少浪费,会导致攻击nonproliferating病原体或自体蛋白。疾病造成的误导攻击无害的例子,异物抗原或人体自身的组织包括哮喘、关节炎、红斑狼疮。更糟糕的是,攻击有益的或重要的抗原免疫系统风险,在食物过敏的情况下,如果不存在抑制机制。如上建议,错误异物袭击事件不太可能发生在生态系统管理,因为我们知道哪些物种不属于。然而,我们不知道哪些入侵物种可能构成一个严重的问题(即。,成为增殖害虫)。最有效的反应,免疫系统依赖于一个双确认波动之前采取行动,尽管有例外:免疫系统对某些病原体(例如,一些细菌)后只有一个刺激。比较成功的记录自然动物疾病控制和入侵物种的生态系统,及其后续控制成本在世界各地的国家,表明我们的制度机制检测和启动控制入侵物种更有效的免疫系统在控制侵入性疾病。

这最后一点提高成本的重要的问题,在这一领域用免疫系统的模型可能会误导人。免疫系统是昂贵的。激活和操作需要大量的能源;只有大脑功能需要更多的维护。我们今天所看到的免疫系统进化的结果是数以百万计的一代又一代的选择。不太成功的模型开发一路上没有生存,没有人的遗憾。然而,它是困难的,如果不是不可能的话,估计什么比例的能源发展致力于他们的免疫系统相对于其他物种生存和繁衍的要求,如获取食物,吸引异性,养育后代,等等。这是复杂的,随着时间的推移,能量消耗有很大的差异。身体别无选择,只能消耗一定量的能源监控生产固定和循环细胞。这个能量消耗大幅上涨一旦感染检测,并成功的响应取决于能源的可用性和配置来满足这些需求(Buttgereit et al . 2000年)。

的生存,成功,如果没有一个国家在当今世界很可能是影响其检测能力和管理不良的杂草和有害动物,但也受其他许多因素的影响,要求努力和资源的分配,如需要保持经济竞争力。如果管理的相对重要性入侵与其他物种和国家的需求是相同的,它可能是可行的使用免疫系统作为一个模型。但是很有可能,它的能量的比例/预算系统(国家、地区、企业)可以花在这些活动与进化的物种数量不同花在他们的免疫系统。我认为这可能是信息估计的相对成本,在一个物种和一个国家,但发现信息不可用(至少在我处理)。所有这些接触,然而,包括免疫学家和政府官僚,数字表示极大的兴趣和暗示,这将是一个非常有用的项目!针对身体的实例失败由于过度活跃的免疫系统要求非常高(Buttgereit et al . 2000年)表明,在必要的时候,物种大量花在控制感染,因为他们负担不起。入侵的物种到国家的后果,有时戏剧性的,很少是至关重要的;据我所知,没有一个国家“死”作为一个物种入侵的结果以外的人(一个有趣的变体在异物)。如果我们扩展我们的讨论类似生态系统管理一般来说,许多古代社会的失踪归因于生态系统崩溃(1988年平整度)建议的意义努力致力于维持生态系统弹性机构的顺序控制疾病数量的物种。

使用免疫系统作为生态系统管理的一个类比,我们必须考虑两个系统的相对成本,或者我们可以花的相对量。虽然免疫系统的能源成本肯定是一个因素在网络进化的选择过程,什么样的系统进化如果其高成本的后果更深远和短期,他们可能是在当今世界的经济竞争?这种类型的系统可能会更合适的模型?过去的进化压力许多冗余留下我们的免疫系统,和一个系统只对当今世界将是不同的。

讨论集中在哺乳动物的免疫系统。低等生物少用复杂的机制,也活了下来。青蛙,例如,更多地依赖于一个屏障系统基于皮肤分泌物,和鱼有另一个模型。从照片上可以看出是一个非常复杂的系统,不断地调整和增加其机制以应对新情况。不容易减少一些简单的规则,系统的成功似乎绑定到多个交互魔鬼非常细节。也许,然而,一个全面的比较几个这样复杂的几个系统的免疫系统,完全不同的生物和少数的害虫管理系统,不同国家可能提供一些启发性的见解如何改善后者。

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我感谢克里斯·哈迪的信息和刺激免疫系统讨论过程和珍妮兰格里奇勤奋,如果毫无结果,搜索信息相关支出。

Buttgereit F。,G.-R。Burmester, unfpa和m . d .品牌。2000年。生物能学免疫功能:基本和治疗方面。今天免疫学21:192 - 199。

詹森,m·A。2001年。免疫系统的角度对生态系统管理。保护生态5(1):13(在线)网址:http://www.consecol.org/vol5/iss1/art13。

平整度,j . A。1988年。复杂社会的崩溃。英国剑桥大学出版社、剑桥。