1. SISTEMAS DE COORDINACIÓN
Los animales, como organismos vivos, necesitan de la función
de relación, que les permite detectar cambios en el entorno y
responder a ellos. para conseguirlo dispone de diferentes
sistemas de coordinación.
Los sistemas de coordinación se encargan de que todas las
funciones corporales se realicen de forma coordinada. Son el
sistema nervioso y el sistema hormonal o endocrino.
Juntos forman el sistema neuroendocrino.
La función de relación consiste en la captar información del
medio (estímulos) y elaborar respuestas para adaptarse a
los cambios del entorno. En este proceso intervienen los
siguientes elementos:
Estímulos: cualquier cambio en el medio que pueda ser
detectado. Pueden se físicos (radiaciones, temperatura,
presión) o químicos (hormonas, fármacos,…).
Receptores: estructuras que captan estímulos internos
o externos.
Efectores: estructuras que producen respuestas
(músculos, glándulas).
Transmisores: llevan la información entre receptores y
efectores. Pueden ser señales eléctricas o sustancias
químicas (neurotransmisores, hormonas).
Las respuestas de los sistemas de coordinación llevan a dos
mecanismos:
Comportamiento: es el conjunto de respuestas
nerviosas y hormonales ante estímulos externos. En
animales la repuesta más habitual es el movimiento.
Homeostasis: es el conjunto de respuestas nerviosas
y hormonales ante estímulos internos. La
homeostasis mantiene las constantes vitales en
equilibrio: presión sanguínea, temperatura, latidos,
respiración, excreción, pH, etc.
2. EL SISTEMA NERVIOSO
El sistema nervioso (SN) es una compleja red encargada de
interpretar y almacenar la información que llega de células
especializadas en captar estímulos (los receptores). Luego
transmite esa información a otras células del nervioso o a los
efectores, que darán respuestas (músculos y glándulas).
El sistema nervioso se compone de un tejido especial, el
tejido nervioso formado por dos tipos de células: neuronas
y células de la glía.
2.1. EXCITABILIDAD NEURONAL
La capacidad de captar estímulos y emitir respuestas se debe a
la excitabilidad neuronal, es decir, a la generación de
impulsos nerviosos gracias a un potencial de membrana.
2.1.1. POTENCIAL DE MEMBRANA O DE REPOSO
El potencial de membrana es la diferencia de potencial entre
el exterior y el interior de la membrana plasmática. Esta
diferencia se debe a una acumulación de cargas de distinto
signo y es de unos -70 milivoltios (mV). El signo menos indica
que en el interior hay más cargas negativas, debido al Cl
-
y a
proteínas con carga negativa.
•
La bomba de Na
+
/K
+
: se encuentra en la membrana
plasmática y saca de la células iones Na
+
al tiempo que
introduce iones K
+
, lo que provoca un desequilibrio.
•
Canales de K
+
: los canales de K
+
se hallan siempre
abiertos, por lo que el K
+
, muy abundantes en el interior,
tienden a salir a favor de gradiente químico. Sin
embargo la alta concentración de cargas negativas en el
interior se opone a esta salida (gradiente eléctrico).
•
Potencial de membrana: cuando ambos gradientes se
equilibran, se alcanza el potencial en reposo o
potencial de membrana, que es de unos -70 mV.
2.1.2. DESPOLARIZACIÓN: POTENCIAL DE ACCIÓN
La presencia de un estímulo abre los canales de Na
+
y cierra
los de K
+
. Al entrar masivamente Na
+
a favor de gradiente, se
alcanza el umbral de excitación, que termina haciendo
positivo el interior celular. Se da así una despolarización, que
puede llevar el potencial a +40 mV, momento en que se
alcanza el potencial de acción, que genera un impulso
nervioso que se propaga por el axón hasta la siguiente
neurona a través de la sinapsis.
2.1.3. REPOLARIZACIÓN
La repolarización consiste en recuperar el potencial de -70
mV. Tras una excitación, se cierran los canales de Na
+
, se
abren los de K
+
y vuelve a actuar la bomba de Na
+
/K
+
.
Durante la repolarización (unos milisegundos) la neurona no
puede reaccionar a un estímulo y se dice que está en periodo
refractario.
2.2. CONDUCTIVIDAD NEURONAL
El impulso nervioso ocasionado por el potencial de acción
se transmite por toda la neurona, desde las dendritas hacia el
axón y los botones sinápticos. Esto se consigue con la apertura
y cierre sucesivo de los diferentes canales iónicos. La
despolarización se transmite de forma similar.
Las neuronas más gruesas y las mielinizadas transmiten el
impulso mucho más deprisa, gracias a la conducción
saltatoria de un nódulo de Ranvier al siguiente.
2.3. SINAPSIS
La sinapsis es la unión funcional entre dos neuronas o una
neurona y un efector (músculo o glándula). Hay sinapsis
eléctricas (el impulso nervioso pasa de una célula a otra
libremente), pero la mayoría son químicas, el potencial de
acción se transmite por sustancias químicas llamadas
neurotransmisores. Éstos se sintetizan en el soma y se
almacenan en vesículas sinápticas situadas en las
terminaciones del axón, llamadas botones sinápticos.
El potencial de acción recorre el axón de la neurona
presináptica, llega a los botones sinápticos y allí se abren los
canales de Ca
+
. El Ca
+
entra en los botones y provoca el
vaciado de los neurotransmisores a la hendidura
sináptica mediante exocitosis. Los neurotransmisores se unen
a la membrana de la neurona postsináptica y provocan la
apertura de sus canales iónicos:
•
Si el neurotransmisor es excitador (noradrenalina,
acetilcolina, glutamato,…) se abren los canales de Na
+
. El
sodio entra en la neurona postsináptica, que se
despolariza y da lugar a un potencial de excitación
postsináptico (PEPS) que contribuye al potencial de
acción.
•
Si el neurotransmisor es inhibidor (encefalinas,
endorfinas, glicina,…) se abren los canales de Cl
-
, que
entra, o los de K
+
, que sale, hiperpolarizando la
neurona postsináptica y genera un potencial de
inhibición postsináptico (PIPS), que dificulta el
potencial de acción.
La neurona postsináptica realiza entonces una integración,
sumando los efectos excitadores e inhibidores. Si la suma
supera el umbral necesario, se genera el potencial de acción
y el impulso nervioso continúa.
2.4. EL SISTEMA NERVIOSO EN INVERTEBRADOS
En la evolución animal se aprecia una tendencia a agrupar las
neuronas en ganglios y a la cefalización, favorecida por la
simetría bilateral. La cefalización llevó a la acumulación
ganglionar en la parte delantera del animal, formando la
cabeza, donde se acumularon los principales receptores.
2.4.1. PORÍFEROS
Las esponjas no tienen un SN propiamente dicho. Sólo grupos
de neuronas dispersas y sin interconexión apenas.
2.4.2. CNIDARIOS
Presentan un plexo nervioso, una red neuronal sencilla y
extendida por todo el cuerpo. Lo usa para la contracción
celular y captura de alimento.
2.4.3. EQUINODERMOS
Presentan un anillo nervioso central que rodea al esófago y del
que parten cordones nerviosos radiales hacia cada brazo o
región del cuerpo, originando una red nerviosa superficial.
2.4.4. PLATELMINTOS Y NEMATODOS
Sistema nervioso cordal. Existen ganglios cerebrales en la
cabeza de los que parten cordones nerviosos que recorren
todo el cuerpo.
2.4.5. ANÉLIDOS, MOLUSCOS Y ARTRÓPODOS
Sistema nervioso ganglionar. Hay ganglios cerebrales
dorsales que forman un anillo alrededor del esófago (collar
periesofágico). Este anillo se comunica con dos cordones
nerviosos ventrales unidos por fibras transversales: cordón
nervioso escaleriforme.
Anélidos: un par de ganglios conectados en cada
segmento. SN con aspecto de escalera.
Moluscos: hay una progresión. Los más sencillos
(bivalvos) tienen dos cordones con 3 a 5 pares de
ganglios repartidos por todo el cuerpo. En los
cefalópodos sólo hay un cordón y los ganglios se agrupan
en una masa cerebral protegida por una cápsula
gelatinosa.
Artrópodos: la cefalización aumenta, los ganglios
cerebrales forman un cerebro con varias regiones.
2.5. EL SISTEMA NERVIOSO EN VERTEBRADOS
En vertebrados el procesamiento de la información se realiza
principalmente en una estructura nerviosa muy compleja: el
sistema nervioso central (SNC), formado por el encéfalo
(encerrado en el cráneo) y la médula espinal (protegida por
la columna vertebral). Del SNC parten nervios que, junto a
los ganglios simples forman el sistema nervioso periférico
(SNP).
A partir del tubo neural del embrión se forma el cordón hueco
de la médula espinal y, en su parte anterior, se ensancha
para dar el encéfalo, que presenta tres regiones:
Prosencéfalo: o encéfalo anterior, que incluye al cerebro.
Mesencéfalo: o encéfalo medio.
Rombencéfalo: que incluye el cerebelo y el bulbo
raquídeo.
3. RECEPTORES SENSORIALES
Los receptores sensoriales son células especializadas en
captar estímulos.
Los receptores detectan determinados tipos de energía
(mecánica, térmica, química, electromagnética) y la convierten
en impulsos nerviosos que las neuronas de los animales
interpretan para percibir el mundo que les rodea. Dado que el
número de receptores y, por tanto, de tipos de energía
detectable, es limitado, los animales sólo pueden detectar una
parte del mundo físico.
Los receptores pueden ser exterorreceptores (captan
información del exterior) e interorreceptores (captan
información del interior y permiten la homeostasis).
Además, según el tipo de energía que reciben los receptores se
clasifican en: mecanorreceptores, termorreceptores,
quimiorreceptores, magnetorreceptores,
electrorreceptores y fotorreceptores.
3.1. MECANORRECEPTORES
Perciben energía mecánica: presión (propiorreceptores y
receptores táctiles), gravedad (estatorreceptores) o
sonido (fonorreceptores).
3.1.1. PROPIORRECEPTORES
Mecanorreceptores internos que informan de la contracción
muscular, la tensión de los tendones, la posición y el
movimiento de articulaciones.
3.1.2. RECEPTORES TÁCTILES
En invertebrados, principalmente insectos, existen pelos
táctiles repartidos por todo el cuerpo, llamados sensilias, que
captan vibraciones y contacto.
En vertebrados son mucho más complejos. Hay pelos táctiles
(vibrisas), pero la mayoría de estos receptores están en la
dermis y detectan frío, calor, dolor y presión, dando lugar al
sentido del tacto.
3.1.3. ESTATORRECEPTORES
Detectan cambios en la gravedad y, por tanto, determinan la
posición del cuerpo y el equilibrio.
En invertebrados el estatorreceptor es un saco llamado
estatocisto. Este saco está lleno de líquido y revestido
interiormente de células ciliadas sensoriales. En el interior
hay una concreción calcárea llamada estatolito. Al moverse el
animal, se mueve el estatolito, que presiona sobre las células
ciliadas que mandan información sobre el cambio de posición.
Suelen situarse en la cabeza (tentáculos, antenas,…).
En vertebrados los estatorreceptores del equilibrio se
localizan en el oído interno, dentro del sáculo y el utrículo.
En ellos hay células ciliadas con estatolitos llamados otolitos.
A su lado se hallan los canales semicirculares, órganos que
informan del movimiento de la cabeza. Cada canal tiene en
uno de sus extremos un ensanchamiento llamado ampolla con
células ciliadas.
3.1.4. FONORRECEPTORES
Son receptores del sonido, vibraciones y variaciones de
presión en el aire o el agua. Los más importantes son el oído
y la línea lateral.
Oído: sólo presente en animales capaces de emitir
sonido: artrópodos (crustáceos, arañas, insectos) y en
los vertebrados. La localización en invertebrados es muy
variable (antenas de mosquitos, patas de grillos, tórax de
cigarras, abdomen de saltamontes, …).
En los vertebrados se sitúa a los lados de la cabeza y es
muy complejo. Suele tener un oído externo (pabellón
auricular u oreja y conducto auditivo); oído medio
(tímpano, cadena de huesecillos (martillo, yunque y
estribo) y trompa de Eustaquio); y oído interno
(caracol o cóclea, canales semicirculares, sáculo y
utrículo).
Línea lateral: aunque los peces tienen oído interno, sólo
contiene los receptores del equilibrio (canales
semicirculares, utrículo y sáculo) y carece de caracol, por
lo que no funciona como fonorreceptor. Las vibraciones
que forman el sonido las recibe mediante un órgano
especial llamado línea lateral. Son tuberías de los
costados del animal, llenas de líquido y con células
sensoriales ciliadas que detectan las vibraciones del
agua y la procedencia de las mismas.
Ecolocación: algunos animales utilizan el sonido como
un radar. Emiten sonidos cuyo eco les permite detectar
presas u obstáculos incluso en la oscuridad. Es propio de
murciélagos y delfines, por ejemplo. También lo tienen
algunas aves que viven en cuevas (vencejos) y algunos
mamíferos como el cachalote.
3.2. TERMORRECEPTORES
Detectan cambios de temperatura interna o externa. La
respuesta puede ser un cambio fisiológico (homeostasis) o de
comportamiento (letargo, migración, …).
Algunos parásitos como las garrapatas detectan a sus
huéspedes por el calor. También algunas serpientes presentan
detectores de temperatura (foseta loreal) para detectar a sus
presas de sangre caliente.
3.3. MAGNETORRECEPTORES
Detectan el campo magnético terrestre y permiten la
orientación durante las migraciones. Abejas, tortugas marinas,
algunas aves y delfines presentan cristales de magnetita que
usan como brújulas.
3.4. ELECTRORRECEPTORES
Receptores que perciben los campos eléctricos de músculos y
nervios de otros animales. En los tiburones estos receptores se
denominan ampollas de Lorenzini y les permite la
comunicación y la detección de objetos en aguas con poca
visibilidad.
3.5. QUIMIORRECEPTORES
Detectan sustancias químicas disueltas o gaseosas. Son los
receptores más primitivos, pues se relacionan con la nutrición
y la reproducción. Los más importantes son los órganos del
gusto y el olfato.
Olfato: detecta sustancias químicas a distancia, tanto en
el aire como en el agua. Es el principal sentido del
comportamiento social. Los olores determinan un
complejo lenguaje químico en muchos animales. Sirven
para marcar territorios, establecer jerarquías, trazar
senderos, atraer a la pareja sexual (feromonas), etc.
Gusto: detecta sustancias químicas por contacto. Muchos
invertebrados tienen este sentido en patas, antenas y
otras partes del cuerpo. Los vertebrados lo tienen en la
boca. En mamíferos se halla sobre todo en la lengua,
donde los receptores forman papilas gustativas de
distinta forma y especializadas en diferentes sabores.
3.6. FOTORRECEPTORES
Los fotorreceptores son células sensibles a la luz gracias a
pigmentos llamados rodopsinas. Estas células suelen
agruparse formando la retina, la parte fotosensible del ojo u
órgano de la visión. Básicamente, existen dos tipos de ojos:
simples y compuestos.
3.6.1. OJOS SIMPLES
Ocelo o mancha ocular: simples células sensibles en la
superficie corporal. Típicos de cnidarios.
Ojo en copa: la retina forma una depresión, lo que
permite detectar la dirección de la luz. Carece de
cristalino, por lo que no puede captar imágenes, sólo
luces y sombras. Se halla en platelmintos (planarias).
Ojo vesicular: tiene córnea y cristalino gelatinoso,
por lo que puede enfocar las imágenes. Aparece en
anélidos y gasterópodos.
Ojo en cámara: el ojo es un globo con tres capas:
esclerótica (con la parte anterior, la córnea
transparente para el paso de luz); la coroides
(vascularizada) y la retina. En la retina hay dos tipos de
células fotosensibles: los bastones (visión nocturna en
blanco y negro) y los conos (visión diurna en color: los
hay para el rojo, el azul y el verde). Además, aparece un
cristalino transparente (que actúa de lente para
enfocar) y el iris (músculos que actúan como un
diafragma, controlando la entrada de luz a través de un
orificio central, la pupila). Aparece en vertebrados y en
cefalópodos.
3.6.2. OJOS COMPUESTOS
Aparecen en artrópodos. Están formados por multitud de
unidades llamadas omatidios. cada omatidio capta una parte
del campo visual del animal. Contiene una lente o faceta
(formada por la córnea y un cono cristalino transparente).
La lente concentra y dirige la luz a los fotorreceptores,
llamados células retinianas. El cerebro integrará todas las
imágenes de los omatidios para dar una imagen en mosaico,
pixelada y con poca resolución, pero muy eficaz para detectar
movimientos.
SISTEMAS NEUROENDOCRINO Y
LOCOMOTOR ANIMAL
Para ir a donde no se sabe hay que ir por donde no se sabe.” San Juan de la Cruz
“It must be a strange world not being a scientist, going through life not knowing--or
maybe not caring about where the air came from, where the stars at night came from
or how far they are from us. I WANT TO KNOW” Michio Kaku
“Nullius in verba” Robert Boyle, Christopher Wren y Robert Hooke
Batman Ends