39

Biología 3

Unidad 5 Estímulo y respuesta

Estímulo y respuesta en el medio - Biología 3– Unidad 4

40

La respuesta al medio Unidad Nº4: Mecanismos de respuesta en el nivel organismo: Percepción: modelo de estímulo, procesamiento y respuesta. Diferentes tipos de estímulos y de receptores, relación entre las características del estímulo y del receptor. Diferentes tipos de respuestas: respuesta de huida. Respuestas instintivas versus aprendidas. El papel de las señales en los comportamientos. La comunicación entre sistemas biológicos.

La relación de los seres vivos con el ambiente

El ambiente no solo proporciona la materia y la energía que los seres vivos necesitan para su nutrición, además suministra información. Todos los seres vivos tienen la capacidad de captar esa información (estímulo), procesarla, elaborar la respuesta adecuada y ejecutarla. Esta capacidad de responder a estímulos es lo que denominamos irritabilidad, si bien recuerdas, es una de las características de la vida. Los estímulos pueden ser: • Externos: pueden provenir del ambiente (un cambio en la condiciones físico-químicas del entorno, como el frío, la disponibilidad de agua, etc.) o de otro organismo vivo. • Internos: propios del organismo, por ejemplo cuando no comemos nuestro estómago comienza a realizar movimientos que nos recuerdan ir a comer. Para captar esos estímulos, los seres vivos presentan estructuras especializadas llamadas receptores. Cada receptor capta un solo tipo de estímulo, por lo cual se dice, que presentan especificidad. Según la naturaleza del estímulo se los clasifica en:

Fotorreceptores: captan los estímulos lumínicos. Quimiorreceptores: captan los estímulos químicos. Mecanorreceptores: captan los estímulos mecánicos, como la presión y las ondas sonoras (sonidos). Termorreceptores: captan estímulos térmicos, es decir, las variaciones de temperatura. Electrorreceptores: captan estímulos eléctricos. Magnetorreceptores: captan el campo magnético terrestre para guiarse.

Cuando el estímulo es captado por los receptores se elabora una respuesta. A estas, también las podemos clasificar en:

Motoras: relacionada con el movimientos en las células o el desplazamientos en los organismos con capacidad de locomoción.

Secretoras: relacionadas con la producción de sustancias, por ejemplo hormonas. Inmunológicas: relacionadas a mecanismos de defensa a nivel celular.

Las respuestas también pueden dividirse en tres grupos según sus características y los organismos que la realizan:

Taxismos: respuestas locomotoras (desplazamiento) que se evidencian en los organismos unicelulares (algunas bacterias y protistas) y en los animales.

Tropismo: la dirección del crecimiento de una parte de la planta depende del estímulo.

Nastias: son respuestas pasajeras no direccionales de una planta frente a un estímulo. Los taxismos y los tropismos, a su vez, pueden ser de dos tipos: positivos cuando se dirigen hacia el estímulo y negativo cuando se dirigen en dirección opuesta al estímulo. Además se pude indicar cuál es el estímulo que está implicado agregando los prefijo hidro (para el agua), foto (para la luz), geo (para la gravedad), entre otros que se analizarán más adelante.

La percepción del ambiente por los seres vivos Durante el proceso evolutivo los seres vivos han desplegado diversas estrategias para poder captar los estímulos provenientes del ambiente y también para poder darles respuestas. Par una mejor comprensión de cómo suceden, los dividiremos en tres partes:

1. En las plantas. 2. En los animales.

3. En organismos unicelulares, y en las células de organismos eucariotas pluricelulares.

Estímulo y respuesta en el medio - Biología 3– Unidad 4

41

Tropismo ¿Cómo responden las plantas a los estímulos?

La respuesta a un estímulo es, generalmente, la sumatoria de pequeños cambios intracelulares en miles de células: un pequeño cambio, apenas visible al microscopio, se hace macroscópico en un lento movimiento u orientación de la planta.

La intensidad y la calidad de la luz tienen diferentes efectos sobre el crecimiento y el desarrollo de la planta. Los movimientos relacionados con el crecimiento y con las variaciones en el desarrollo están regulados tanto por estímulos externos como internos, por medio de la auxina. Esta hormona controla el crecimiento de los tejidos embrionarios e inhiben el desarrollo de los ápices (tallo y raíz), en tanto que favorecen el de las yemas laterales. Una intensidad insuficiente de luz provoca, en las plantas en crecimiento, tallos más altos pero débiles y hojas de color verde pálido o blanquecino. Ello se debe a que las auxinas son más eficaces ante una luz insuficiente porque se dirige a la zona oscura de la planta, produciendo que las células de esa zona crezcan más que las correspondientes células que se encuentran en la zona clara de la planta. Esto produce una curvatura de la punta de la planta hacia la luz, movimiento que se conoce como fototropismo.

Como se explicó anteriormente, en las plantas los movimientos dirigidos hacia la fuente del estimulo o en contra de ella se denomina tropismos positivos o negativos, respectivamente y aquellos cuya dirección no está relacionada con la fuente del estímulo, es decir que son independientes de su orientación, se llaman nastias. La simple observación de estas imágenes nos permite comprender la variedad de estímulos y de respuestas que explican estos movimientos en las plantas

Taxismo La taxia o taxismo es el movimiento o desplazamiento direccionado de un ser vivo, o parte de él, como respuesta a la percepción de un estímulo o de un gradiente de la intensidad del mismo. El Taxismos, se evidencian en los organismos unicelulares (algunas bacterias y protistas) y en los animales, aunque el concepto de taxia que se utiliza en animales superiores es levente diferente.

¿Sabías que una semilla puede finalizar su desarrollo y aun así no germinar? Los factores que pueden inhibir este proceso son varios, como una helada o la calidad de luz recibida. La semilla germinará cuando las condiciones sean las apropiadas.

http://es.wikipedia.org/wiki/Ser_vivohttp://es.wikipedia.org/wiki/Est%C3%ADmulohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gradiente

Estímulo y respuesta en el medio - Biología 3– Unidad 4

42

Estas son algunas de las principales taxias: Quimiotaxia o quimiotaxismo: permite el acercamiento o el distanciamiento de acuerdo a la concentración de

ciertas sustancias y se observa en hongos, protistas, bacterias y células de organismo unicelulares o multicelulares. La quimiotaxis permite a las bacterias encontrar alimento, nadando hacia la mayor concentración de moléculas alimentarías, como la glucosa, o alejarse de sustancias que podrían resultar nocivas. En los organismos multicelulares es fundamental en las fases tempranas del desarrollo, por ejemplo en el movimiento de los espermatozoides hacia el óvulo. Otro ejemplo es la respuesta de los leucocitos a las heridas, y la acción que ejercen las feromonas sobre animales de sexos opuestos de una misma especie. La quimiotaxis se denomina positiva si el movimiento es en dirección hacia la mayor concentración de la sustancia química en cuestión y negativa si es en dirección opuesta.

Fototaxia: es una habilidad que poseen muchas células para dirigirse hacia la luz. El efecto contrario, huir de la luz, se denomina fototaxia negativa. Los elementos celulares fotorreceptores capaces de detectar la luz se llaman manchas oculares, los cuales son los ojos más simples y más comunes encontrados en la naturaleza.

Termotaxia, termotaxis o termotaxismo: desplazamiento hacia o en contra de un gradiente de temperatura, acercándose o alejándose de la fuente de calor.

Hidrotaxia: desplazamiento en función de la disponibilidad de agua. Geotaxia: desplazamiento hacia o en contra de las fuerzas gravitacionales.

Nastias La nastia es el movimiento de los órganos vegetales que se curvan u orientan en la dirección predeterminada por la misma estructura del órgano, independientemente de la orientación del estímulo que determina el movimiento.

Se distinguen por tanto nastias de crecimiento, denominadas fotonastias, inducidas por fenómenos lumínicos, y termonastias, inducidas por fenómenos térmicos; haptonastias y sismonastias, provocadas por estímulos mecánicos. Para ser captado, todo estímulo debe alcanzar un umbral mínimo, a partir del cual la planta responde y su respuesta es independiente de posteriores diferencias de intensidad. Entre los movimientos que no se corresponden con una orientación en la dirección del estímulo hay que recordar los "movimientos de sueño", o nictinásticos de las plantas. Son muchas las flores que asumen la denominada "posición de sueño": el azafrán, los cólquicos, las margaritas y muchas otras compuestas. Al oscurecer, su sensibilidad provoca el cierre parcial de la corola o de la inflorescencia. La oscuridad, incluso durante un eclipse, hace que los pétalos asumen la posición del sueño. Otras especies reaccionan a la luz en sentido negativo, como la Mirabilis jalapa y muchos Cereus que se abren durante la noche y se cierran por la mañana, por lo que su polinización la realizan insectos nocturnos. Estos movimientos están determinados por estímulos muy diferentes y de naturaleza compleja, que provocan cambios de turgencia del pulvínilo foliar situado en la base de la hoja o del pétalo. Es una estructura parecida a una almohadilla rellena de células saturadas de agua y por tanto turgentes. Al anochecer, la oscuridad cada vez más intensa provoca un desequilibrio en la turgencia de la almohadilla: las células superiores se hinchan y las inferiores se vacían, por lo que la hoja sufre un notable descenso del nivel de agua.

La captación de estímulos Los receptores son estructuras especializadas que captan los estímulos, avisan al individuo acerca de ciertos cambios. Los órganos sensoriales permiten a los animales comunicarse con el mundo que los rodea, del cual requieren obtener información para localizar su alimento, encontrar pareja, protegerse de los enemigos y, asimismo, determinar las características fisicoquímicas del medio. Cada estímulo es captado por unidades especializadas, los receptores sensoriales.

http://es.wikipedia.org/wiki/Glucosahttp://es.wikipedia.org/wiki/Leucocitohttp://es.wikipedia.org/wiki/Feromonahttp://es.wikipedia.org/wiki/Animalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Especiehttp://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lulahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fotorreceptoreshttp://es.wikipedia.org/wiki/Mancha_ocularhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ojohttp://es.wikipedia.org/wiki/Naturaleza

Estímulo y respuesta en el medio - Biología 3– Unidad 4

43

Fotorreceptores: receptores especializado en detecta la señal lumínica. Los fotorreceptores se ubican de distinta manera en los seres vivos. Algunos invertebrados como las lombrices presentan manchas oculares, que son los fotorreceptores más primitivos entre los animales. Se trata de receptores unicelulares dispersos en la epidermis o bien concentrados como en las medusas. En este caso, se los llama ocelos. Pero al no poder distinguir las formas, solo la intensidad de luz, perciben el mundo como una gradación de luces y sombras. Si el ocelo se curva y sus receptores se ubican en el interior de una cavidad abierta, se forma el ojo en copa, presente en algunos platelmintos, como la planaria, un parásito de vida libre. Al interponer una lente entre la apertura y las células receptoras se forma un ojo simple que permite detectar formas y procesar algún tipo de imagen. Este tipo de órgano lo encontramos en los artrópodos. El ojo compuesto se encuentra en insectos, arañas y ciertos crustáceos. Está formado por la unión de muchas estructuras simples repetidas y la visión que otorga se llama visión en mosaico. El ojo en cámara está presente en cefalocordados como el calamar o el pulpo y en vertebrados. La luz que reflejan los objetos atraviesa distintas zonas del ojo, como la córnea y el cristalino, hasta llegar a la retina y estimular las células receptoras que allí se encuentran Quimiorreceptores: receptores que captan sustancias químicas Evolutivamente, la quimiorrecepción a distancia fue la primera en aparecer. No todos los seres vivos captan las mismas sustancias químicas. Las bacterias y los protozoos pueden detectar un gradiente de concentración de sustancias, por ejemplo, del oxígeno. Las lombrices pueden percibir el grado de acidez que posee el

suelo gracias a los quimiorreceptores distribuidos a lo largo de toda su piel. En los insectos hay órganos sensoriales específicos, prolongaciones huecas llamados pelos sensitivos y cada una de ella posee un diminuto poro que permite el paso de las sustancias hasta las células receptoras. En los vertebrados, los receptores químicos suelen estar organizados en órganos sensoriales específicos del gusto (por contacto) y el olfato (a distancia). Los receptores por contacto se ubican dentro o cerca de la boca, pro en algunos peces se distribuyen a lo largo de toda la superficie del cuerpo o en sus aletas. Los receptores a distancia suelen ubicarse en conductos nasales, aunque en las serpientes y los lagartos se encuentran también en el cráneo, en la parte superior de la cavidad bucal. Se trata del órgano de Jacobson. Mecanorreceptores: pueden detectar las vibraciones que se producen en el medio circundante, así como el contacto (presión mecánica) sobre la superficie de sus cuerpos. La mayoría de los mecanorreceptores presentan prolongaciones en forma de espinas, pelos o cilio, desde la superficie del cuerpo del organismo. Entre los invertebrados, la mayoría de estos receptores se integran con otros tipos de estímulos, por eso decimos que no son específicos. Por ejemplo, muchos de los receptores son sensibles a las vibraciones mecánicas que se propagan en el agua, el

aire o sedimentos sólidos. Los peces y algunos anfibios poseen un conjunto de receptores que forman un sistema denominado línea lateral. Se trata de una seria de surcos que se concentran en la cabeza y se extienden por todo el cuerpo y la cola. A través de este sistema, captan las vibraciones del agua, que les otorgan información sobre su movimiento y el de otros objetos, como una presa. Cuando los mecanorreceptores son sensibles a las vibraciones de las ondas sonoras, hablamos de fonorrecepción, y se la encuentra en algunos artrópodos y en los vertebrados.

Estímulo y respuesta en el medio - Biología 3– Unidad 4

44

Termorreceptores: captan estímulos térmicos Tanto la piel como la superficie superior de la lengua de los mamíferos presentan dos tipos de receptores, los que captan el frio y los que se estimulan al elevarse la temperatura. Los objetos caliente pueden emitir radiaciones infrarrojas, y este estimulo puede ser captado por los termorreceptores de aluna serpientes: las fosetas loreales. La posición de estas estructuras proporciona información acerca de la dirección desde la cual proviene la fuente de calor.

Estímulo y respuesta en el medio - Biología 3– Unidad 4

45

1. Define en la carpeta el concepto de tropismo. Enumera los distintos tipos de tropismos que se pueden

encontrar.

2. ¿A que denominamos nastias? ¿En que se diferencia a los tropismo? Busca una nastia por cada tropismo.

3. ¿Cuándo un tropismo es positivo o negativo? Para cada tropismo del punto anterior, clasifica si son

positivos (+) o negativos (-). ¿Una nastia puede ser positiva o negativa?

4. Define el concepto de taxismos.

5. La mayoría de los peces cuenta con muchos órganos sensoriales en la piel, sobre todo alrededor de la cabeza y siguiendo la línea lateral. Entre ellos, las ampolla de Lorenzani, pequeños órganos con forma de botella que se encuentran en la cabeza de todos los peces cartilaginosos marinos como los tiburones. Diversos experimentos llevados cabo el en pez gato (Scyliorhinus) demostraron que las ampollas de Lorenzani son electrorreceptores.

¿Qué es la electrorrecepción? ¿Qué estímulos captan los electrorreceptores? ¿Qué animales los presentan? ¿Cómo se producen las descargas eléctricas en los peces y qué funciones cumples? ¿Qué ventajas y desventajas presentan el sentido eléctrico comparado con la visión u otro? Muchos animales responden a los campos magnéticos, entre ellos las aves para orientarse. Investiguen como

responden las aves a este estímulo y qué otros animales cuentan con sentido magnético

6. ¿Qué son los gravirreceptores? ¿Qué órgano forman en el ser humano?

Al girar la cabeza, a veces sobreviene una ligera sensación de mareo ¿A qué se debe?

7. Arma un cuadro comparativo como el siguiente en tu carpeta y complétalo.

8. Marque con una cruz la respuesta correcta:

Movimiento de desplazamiento hacia la luz, se da sobre

todo en los microorganismos autótrofos móviles: TERMITROPISMO TIGMONASTIA FOTOTAXIA FOTOTROPISMO

Crecimiento del tallo orientado hacia la luz, en el que

intervienen las auxinas: GEOTROPISMO FOTOTROPISMO FOTOTAXIA TIGMOTROPISMO

Reacción a las vibraciones a través de contracciones y curvaturas: TIGMONASTIA HIDROTROPISMO TIGMOTROPISMO SEISMONASTIA

Explica, por ejemplo, el movimiento de los zarcillos: TIGMONASTIA FOTOTROPISMO TIGMOTROPISMO FOTOTAXIA Permite el acercamiento de los microorganismos a las

fuentes de alimentos o alejamiento de los venenos: FOTOTAXIA TIGMONASTIA QUIMIOTAXIA TERMOTAXIA ¿En qué parte del cuerpo podemos encontrar mecanorreceptores? EN LA PIEL EN EL OIDO INTERNO EN EL OLFATO EN LA ARTICULACIONES

Explica el movimiento de las plantas carnívoras TIGMONASTIA FOTOTROPISMO TERMOTROPISMO FOTOTAXIA

Las fosetas loreales de ciertas serpientes son tipos especiales de… QUIMIORRECEPTORES MECANORRECEPTORES TERMORRECEPTORES FOTORRECEPTORES

Movimientos de las raíces de una planta en dirección hacia la tierra SIESMONASTIA GEOTROPISMO+ TIGMOTROPISMO+ FOTOTROPISMO

46

9. Observa las especies que se encuentran en la portada de la guía: a) Elige tres de las especies vistas e indica que órgano de percepción especial poseen. b) Elige tres especies diferentes a las anteriores e indica un

estímulo-respuesta posible.

10.Analiza las siguientes imágenes e identifica que tipo de respuesta están dando los diferentes organismos.

11.Completa la imagen indicando: estímulos, órganos de percepción, y respuestas. ¿Qué representa la imagen?

12.Observen las fotografías y analicen como ambas clases de vertebrados usan órganos sensoriales para el mismo fin ¿Cuál de los dos sistemas resulta más eficaz? ¿Por qué?

Más información… ¿Las abejas bailan?

Estos insectos poseen un notable sentido de orientación, que les permite codificar la información acerca de la localización de una fuente de alimento en relación a la colmena. A su vez, indican a sus compañeras la dirección respecto de la posición del sol. Desde hace muchos años, los apicultores observaron que las abejas, al regresar a la colmena cargadas de alimento, realizan una serie de movimientos rítmicos que se conocen como la “la danza de las abejas”. El olor impregnado en su cuerpo indica qué tipo de néctar o polen deben buscar.

Estímulo y respuesta en el medio - Biología 3– Unidad 4

47

13.Lee el siguiente texto y luego responde las preguntas.

Análisis del trabajo científico

a) ¿En qué consiste la ecolocalización? ¿Qué órgano sensorial interviene? b) La ecolocalización es particularmente útil para los animales nocturnos, como los murciélagos, y los

que viven en aguas profundas o fangosas, como los delfines. Pero, ¿Cómo se las arreglan aquellos que no poseen este sistema tan especializado?

c) ¿Con qué sentido cuenta el ser humano? ¿Cuál de ellos dirían que está más especializado o mejor desarrollado, comparado con el de otros animales?