Mecanismos Fisiológicos del Comportamiento Animal

Curso 2006-07

Tema 7

Visión y comportamiento

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

a

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

a

Espectro electromagnético IPr

of. M

igue

l Áng

el M

ateu

Gar

cía

Características de la E radiantePr

of. M

igue

l Áng

el M

ateu

Gar

cía

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aEspectro electromagnético II

Banda de luz visible

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aGeneración del campo electromagnético

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aUbicación de la rodopsina

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aAbsorción de E por la rodopsina

Distribución de la rodopsina

Presencia

Ausencia

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

a

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aRodopsina

Molécula de rodopsina

Isomerización del retinal por acción de la luz

Mecanismo hipotético por el cuál el retinal puede alterar la conformación de la opsina

Química de la rodopsinaPr

of. M

igue

l Áng

el M

ateu

Gar

cía

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aRespuestas eléctricas de los fotorreceptores la luz

Invertebrado Vertebrado

Tipos de ojos en invertebrados:ocelo

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

a

Tipos de ojos en invertebrados II:Ojo de cámara con agujero de aguja

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

a

Tipos de ojos en invertebrados III:Ojo compuesto

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

a

Tipos de ojos en invertebrados IV:Ojo con lente y retina

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

a

Ojo compuesto: estructura de onmatidios

De aposición De superposiciónProf

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

a

1. Córnea2. Cristalino 3. Células retinulares4. Rabdoma5. Células pigmentarias con

pigmento extendido6. Células pigmentarias con

pigmento agrupado

Ojo compuesto: funcionamientoPr

of. M

igue

l Áng

el M

ateu

Gar

cía

Aposición (animales diurnos) Superposición (animales crepusculares)b1: funcionamiento diurno con pigmento extendido. b2: funcionamiento nocturno con pigmento agrupado

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aLa visión de la rana leopardo

Vista superior del cerebro de la rana

Sección lateral esquematizada del techo óptico, con 4 capas de células cerebrales

Rana leopardo (Rana pipiens)

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aCélulas ganglionares en rana I

Según Hartline (1938)

Células de apertura (ON CELLS)Generan impulsos prolongados y lentos durante el estímulo lumínico.

Células de cierre (OFF CELLS)Generan impulsos prolongados después del cese del estímulo lumínico.

Células de apertura-cierre (ON-OFF CELLS)Generan impulsos en pequeños trenes que responden al cambio de intensidad del estímulo lumínico.

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aCélulas ganglionares en rana II

Según Lettvin y col. (1960)

Célula ganglionar 1Detecta perfiles estáticos: respuesta máxima al desplazarse una pequeña silueta y detenerse

en su campo visual. Grandes siluetas estáticas no desencadenan respuesta.

Célula ganglionar 2Detecta perfiles convexos: se estimula muy rápidamente por pequeños objetos de tonalidades

oscuras, bordes curvos y dotados de movimientos espasmódicos. Si sus movimientos son parsimoniosos, la tasa de actividad es mucho más baja.

Célula ganglionar 3Detecta perfiles móviles: especializada en detección de siluetas que penetran o salen de su

campo de percepción. Son las células de apertura-cierre de Hartline.

Célula ganglionar 4Detecta amortiguamiento: se activan por falta de iluminación en el campo de percepción. Son

las células de cierre de Hartline.

Célula ganglionar 5Detecta intensidad luminosa: su puesta en marcha depende de la intensidad de las ondas que

chocan con la capa superficial de la retina. Son las células de apertura de Hartline.

Objetos grandes e inmóviles: Prácticamente imperceptibles.

Ignora objetos estáticos.

Objetos móviles: Respuesta de las células 1, 2 y 3.

Posible alimento/predador.

Perfiles convexos: Respuesta de la célula 2.

“Detector de insectos”.

Predadores: Respuesta de las células 1, 3 y 4.

Contornos en movimiento (1 y 3).

Movimiento seguido de detención (1).

Sombra (4).

Efectos comportamentalesPr

of. M

igue

l Áng

el M

ateu

Gar

cía

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aOrganización sináptica de la retina en Necturus

Necturus maculosus

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aEl ojo de los mamíferos

Corte esquemático de un ojo humano

Morfología de los fotorreceptoresPr

of. M

igue

l Áng

el M

ateu

Gar

cía

Segmentos externos de los fotorreceptoresPr

of. M

igue

l Áng

el M

ateu

Gar

cía

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aSensibilidades espectrales

Fotorreceptores de un primate

Propiedad Sistema fotópico Sistema escotópicoReceptores Conos BastonesNº de receptores por ojo (aprox.) 6 millones 120 millonesFotopigmentos 3 opsinas del cono.

Base de la visión en colorRodopsina

Sensibilidad Baja. Requiere estimulaciónrelativamente intensa.Empleados para la visión diurna.

Alta. Puede estimularse con unaintensidad luminosa débil.Empleados para la visión nocturna.

Localización en la retina En la fóvea y a su alrededor. En el exterior de la fóvea.Tamaño del campo receptivo Pequeño. Su exactitud es alta. Grande. Su exactitud es baja.

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aPropiedades de los sistemas fotópico y escotópico

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aCapas de la retina

Integración visual en mamíferosPr

of. M

igue

l Áng

el M

ateu

Gar

cía

Proyección visual corticalPr

of. M

igue

l Áng

el M

ateu

Gar

cía

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

a

Danza de la abeja de la miel en la superficie de un panal dentro de la colmena. La flecha larga indica el componente de la danza quemarca la localización de la fuente de alimento.

El mundo visual en la abeja I

Abeja (Apis mellifera)

El mundo visual en la abeja IIExperimentos de K. von Frish (1967)

1. Bloqueo de la visión del cielo y del sol durante la danza.

2. Bloqueo de la visión del cielo y del sol. Sustitución por foco artificial.

3. Bloqueo de la visión del sol, pero no del resto del cielo despejado.

5. Paso de la luz incidente por un filtro polarizador rotado.

Orientación incorrecta.

Orientación correcta.

Orientación correcta.

Orientación rotada.

4. Bloqueo de la visión del sol, y de casi todo el cielo despejado.

Orientación correcta.

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

a

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aEl mundo visual en la abeja III

Mapa parcial de la orientación del vector E en el cielo diurno, visto como una semiesfera desde un punto distante. Las líneas negras representan el meridiano solar y parte de otros tres grandes círculos que pasan a través del sol.

Tema 8

Naturaleza de la función motora

Músculo lisoMúsculo esquelético

Tipos de células musculares

Músculo cardíaco

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

a

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aEstructura del músculo esquelético I

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aEstructura del músculo esquelético II

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aEstructura del músculo esquelético III

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aEstructura del músculo esquelético IV

Proteínas contráctiles I

Actina

Miosina

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

a

1. Bandas o líneas Z 2. Filamentos de actina en el interior del sarcómero 3. Filamento aislado de actina. Agregado de monómeros de actina (son las esferas) 4. Filamento de tropomiosina 5. Troponina 6. Banda central de haces de miosina, ubicada en el centro del sarcómero 7. Filamentos de miosina, con la región de la cabeza proyectada hacia afuera 8. Sarcómero 9. Bandas I de los sarcómeros vecinos. Están insertadas en la banda Z

10. Banda A 11. Banda H

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aProteínas contráctiles II

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aMecanismo de la contracción muscular I

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aMecanismo de la contracción muscular II

Mecanismo de la contracción muscular III Pr

of. M

igue

l Áng

el M

ateu

Gar

cía

Tipos de fibras musculares en crustáceos I Pr

of. M

igue

l Áng

el M

ateu

Gar

cía

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aInervación de los músculos del cangrejo

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aOrganización sináptica en la unión neuromuscular

de los artrópodos

Inhibición en el sistema nervioso de los artrópodosPr

of. M

igue

l Áng

el M

ateu

Gar

cía

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aIntegración de la respuesta motora (Mantis religiosa) I

Santateresa (Mantis religiosa) al acecho

Organización del sistema nerviosoOrganización nerviosa del cerebro

Cambiando de lugar

Cazando

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

a

Regulación nerviosa de la respuesta motora

Integración de la respuesta motora (Mantis religiosa) II

Tipos de inervación motoraPr

of. M

igue

l Áng

el M

ateu

Gar

cía

Fibra fásica de un vertebrado Fibra tónica de un vertebrado. Inervación multiterminal

Fibra de artrópodo. Inervación multiterminal polineuronal

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aExcitación muscular

Vertebrado

Artrópodo

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aFibras del músculo esquelético de vertebrados

Tema 9

Locomoción

Clasificación de movimientosPr

of. M

igue

l Áng

el M

ateu

Gar

cía

Comportamientos estereotipados

A: Movimiento oscilante de la pinza del cangrejo violinistaB: Cópula en el pulpoC: Cópula en Helix pornatiaD: Ataque del gato salvaje europeoE: Macho de Sepia officinalis en parada nupcialF: Avispa cavadora con su presaG: Macho del pez espinoso estimulando la freza de la hembra mediante vibracionesH: Salto del ratón en el perro doméstico

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

a

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aRelación entre especializaciones

estructurales y tipos de locomoción

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aComponentes neurales de los sistemas motores

VER

TEB

RA

DO

S

INVER

TEBR

AD

OS

Detección de las deformaciones del exoesqueletoPr

of. M

igue

l Áng

el M

ateu

Gar

cía

Comparación de ritmos de marcha

Barras amarillas: pie levantado

Barras negras: pie asentado

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

a

Tipos básicos de generadores de ritmo

D: neurona conductora; E: motoneurona extensora; F: motoneurona flexora; P: marcapasos; I: interneurona

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

a

Control neural de la locomoción humana

Ganglios basales moduladores

Control motor inmediato

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

a

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aNatación y reptación primitiva

Pez Salamandra

# Red nerviosa en cada segmento medular.

# Tronco del encéfalo señal excitatoria a grupos neuronales bilaterales.

# Respuesta excitatoria o inhibitoria de algunas neuronas.

# Acción de neuronas excitadoras (E).• Activación de motoneuronas û Contracción músculos de ese lado.• Activación de neuronas inhibidoras (I) û Relajación músculos

del otro lado.# Receptores de estiramiento: • Unos limitan la contracción del otro lado. • Otros activan la contracción del mismo lado.

# Neuronas inhibidoras (L) • Reciben información cerebral. • Inhiben neuronas I del mismo lado.

Control de la natación en la lamprea marina (Petromyzon marinus)

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

a

Las patas de las cucarachas y las piernas humanas funcionan gracias a los mismos tipos de músculos. Los músculos semitendinosos humanos corresponden a los flexores de las cucarachas, y los cuádriceps a los extensores. Los sensores de los insectos se hayan orientados de manera que puedan detectar deformaciones en todas direcciones, y puedan regular músculos concretos.

Apéndices locomotoresPr

of. M

igue

l Áng

el M

ateu

Gar

cía

Ciclo del caminar en el gato (Felis catus)Pr

of. M

igue

l Áng

el M

ateu

Gar

cía

Forma de caminar de la cucaracha americana (Periplaneta americana)

1 2 3 4

Se basa en ciclos de dos fases. La figura muestra un ciclo de la pata posterior derecha (destacada). En la fase de estabilidad (1, 2), la pata presiona contra la superficie e impulsa al insecto; en la de balanceo (3, 4), se levanta la pata y se la impulsa hacia delante.

Las mediciones de la actividad muscular muestran que los músculos extensores actúan en la primera fase y los flexores en la segunda.

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

a

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aRespuesta de huida de la cucaracha I

Bufo marinus

Respuesta de huida de la cucaracha IIPr

of. M

igue

l Áng

el M

ateu

Gar

cía

Cercos: 17 segmentos con 13 pelos sensoriales cada uno

Respuesta de huida de la cucaracha IIIPr

of. M

igue

l Áng

el M

ateu

Gar

cía

Generador rítmico de la marcha en la cucarachaPr

of. M

igue

l Áng

el M

ateu

Gar

cía

Adaptaciones al vuelo: convergencia evolutivaPr

of. M

igue

l Áng

el M

ateu

Gar

cía

Vuelo en los insectos

Vuelo sincrónico (libélulas) Vuelo asincrónico (abejas, avispas)

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

a

Cortejo en la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster)Pr

of. M

igue

l Áng

el M

ateu

Gar

cía

Prof

. Mig

uel Á

ngel

Mat

euG

arcí

aAdaptación al vuelo en las aves

Fragata (Fregata magnificens)

Albatros real del norte(Diomedea sanfordi)