3° año ESB. Recepción y respuesta a los estímulos.

Relación y coordinación en el nivel celular. Respuestas en invertebrados y vertebrados

Las células perciben los cambios del medio y responden a estos cambios de manera adecuada. Las variaciones del medio se llaman estímulos, y las reacciones de las células, respuestas.

Las respuestas de las células a estímulos se manifiestan con cambios de forma, movimientos, cambios metabólicos, secreciones, etc.

Ciertas células responden a algunos estímulos (falta de alimento, excesivo calor…) segregando sustancias que se depositan en su membrana y las aíslan del exterior. La célula así envuelta se llama quiste y puede permanecer mucho tiempo con una vida latente hasta que cambian las condiciones y reanuda su actividad. Es una respuesta típica de las bacterias.

Las respuestas de movimiento se denominan tactismos o taxismos: son positivos si se acercan al estímulo y negativos si se alejan. Según el tipo de estímulo, puede ser fototactismo (si el estímulo es la luz), quimiotactismo (una sustancia química), termotactismo (una variación de temperatura), etc.

Los protozoos y las algas microscópicas se mueven ante la presencia de luz o de sustancias en el medio. El movimiento celular se realiza por seudópodos, flagelos o cilios.

Las bacterias que poseen flagelos tienen movilidad, o sea, el movimiento de traslación de un punto a otro en forma rápida y de zig zag permitiéndoles responder a estímulos por ejemplo: químicos cuando las bacterias son atraídas a determinados compuestos como la glucosa, la galactosa y se denomina quimiotactismo positivo o por el contrario son repelidas de algunos compuestos como los antibióticos, quimiotactismo negativo, luminosos es el caso de las bacterias fotosintéticas que tienen fototactismo positivo a los rayos luminosos.

Las respuestas de los invertebrados a los estímulos

Las respuestas de los invertebrados a los estímulos externos son más complejas que los tropismos, pues estos animales, además de un control hormonal, poseen una regulación de sus respuestas al ambiente dado por un sistema nervioso primitivo.  Esto determina que sus respuestas sean más rápidas y por tanto más eficientes para responder ante los cambios del medio. Taxismos o tactismos son las respuestas que ofrecen los animales inferiores a los diferentes estímulos del medio ambiente. Además, los movimientos que se producen como parte de las respuestas son reversibles, a diferencia de lo que ocurre en los tropismos.

1. Tipos de tactismos

Los tactismos se denominan de acuerdo al tipo de estímulo. Se distinguen: fototactismo, gravitactismo, hidrotactismo y tigmotactismo.

Como en los tropismos, las respuestas o movimientos que experimentan los animales invertebrados pueden ser de acercamiento o de alejamiento hacia el estímulo.  Se habla de tactismo positivo cuando el movimiento del animal se dirige hacia el estímulo, y de tactismo negativo si el movimiento tiende a alejarse del estímulo.

Fototactismo: es la respuesta de los animales a variaciones en la cantidad de luz.

Gravitactismo: es la respuesta a estímulos de origen gravitatorio.

Hidrotactismo: es la respuesta a estímulos cuyo origen es el agua.

Tigmotactismo: es la respuesta a estímulos táctiles.

Heliotactismo: es la influencia que el sol ejerce sobre la orientación de los seres vivos.

Galvanotactismo: es la respuesta a estímulos eléctricos.

Termotactismo: es la respuesta a la variación de la temperatura.

Quimiotactismo: es la respuesta a estímulos químicos.

Cuando encendemos una lámpara las polillas se dirigen hacia esta fuente artificial de luz.  Corresponde a un fototactismo positivo. 

También se puede dar el caso opuesto, como ocurre con las cucarachas, que al acercarse a ellas la luz tienden a escapar. 

Las Orugas cortadoras (insecto cosmopolita con alta capacidad de dispersión)  que a partir del tercer estadio larval manifiestan un fototactismo negativo, escapándole a la luz y permaneciendo durante el día bajo la tierra enroscadas sobre si mismas. 

Las medusas poseen ocelos en el borde umbrelar que son unidades fotorreceptoras, para captar la mayor o menor luminosidad para que suban o bajen debido a que poseen un fototactismo negativo por lo que huyen de la luz, esto constituye un mecanismo de defensa. Estos ejemplos corresponden a un fototactismo negativo.

Las vaquitas de San Antonio son insectos que al tomarlos en tu mano, siempre suben a través de ella. Éste es un claro ejemplo de gravitactismo negativo, ya que la vaquita se mueve siempre en dirección contraria a la fuerza de gravedad.

La lombriz de tierra presenta un hidrotactismo positivo; siempre construye sus galerías subterráneas en dirección a las zonas húmedas.

En las lombrices de tierra existen quimiorreceptores especializados distribuidos por todo el cuerpo, capaces de detectar agua. Estas células llamadas higrorreceptores permiten que la lombriz permanezca en suelos de humedad adecuada.


2. Mecanismos de acción de los tactismos

A diferencia de los tropismos, la causa de las respuestas denominadas tactismos está regulada y controlada por la presencia de un simple pero eficiente sistema nervioso.

Este sistema nervioso está formado por tres grupos de neuronas que equivalen a un cerebro primitivo, ya que posee nervios que se conectan con los ojos, antenas y patas del insecto, permitiéndole detectar y responder ante un estímulo cualquiera, en un movimiento de acercamiento o alejamiento del mismo.

Gracias a este sistema nervioso rudimentario que les permite responder ante los cambios del medio, los insectos han llegado a constituirse en los animales terrestres más numerosos, con más de 900.000 especies diferentes, capaces de habitar los lugares más diferentes del planeta.

Respuestas de los vertebrados

La ciencia ha postulado que los primeros vertebrados aparecieron en nuestro planeta en el medio acuático, hace unos quinientos millones de años. Desde entonces se fueron diversificando a medida que se adaptaban a las diferentes formas de vida.  Así, fueron apareciendo paulatinamente las cinco clases de vertebrados que hoy conocemos: peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos, incluyendo al hombre en esta última clase.

Una de las características principales de un animal vertebrado es que posee un sistema nervioso capaz de captar la información o los estímulos que provienen del medio, manejarlo e integrarlos para que el individuo elabore respuestas o comportamientos adecuados.

Este sistema opera a través de los receptores y órganos sensoriales que se constituyen en vías de entrada para toda información.

En los animales dicha información es procesada en los diferentes centros nerviosos que se integran con la finalidad de que el organismo pueda responder de manera uniforme a los diversos estímulos que recibe.

De acuerdo a la integración de estos centros nerviosos, las respuestas elaboradas por los animales pueden ser más o menos complejas.  Así por ejemplo, el aprendizaje por discernimiento es una respuesta que se da en los animales superiores, sobre todo en los primates y, por supuesto, en el hombre.  Esta respuesta se elabora cuando el individuo percibe y experimenta diferentes estímulos, los relaciona y los maneja para conseguir lo que quiere.  Este tipo de comportamiento se adquiere por medio del contacto permanente del organismo con su entorno y evidencia una capacidad más compleja de elaboración de respuestas, dirigidas por la voluntad (querer hacer algo) y la conciencia de los propios actos (comprender las diferentes posibles respuestas).

El sistema nervioso en los vertebrados necesita además, de la cooperación de otro sistema llamado endocrino, en el cual se producen las hormonas.  La presencia de una hormona es un estímulo que provoca una reacción en un órgano determinado o en un grupo de órganos.

Por ejemplo, la hormona del crecimiento se produce en una parte específica del cerebro y estimula o provoca el crecimiento de tejidos, huesos y demás estructuras de un animal.

La coordinación de los sistemas nervioso y endocrino en los vertebrados controla tanto las respuestas rápidas (sistema nervioso) como las más lentas y generalizadas (sistema endocrino).

Otras características no menos importantes de los vertebrados, son las de poseer un esqueleto interno, un aparato respiratorio y otro circulatorio.

Con todos estos sistemas, en perfecta coordinación, los animales vertebrados son capaces de manifestar los más asombrosos comportamientos, como por ejemplo, la protección de las crías, la defensa de su territorio, la búsqueda de alimento y la notable capacidad para mantener la supervivencia de la especie.

Los distintos tipos de respuestas son:

Respuestas motoras: son las que involucran movimientos, los músculos son los encargados de ejecutar la respuesta.

Respuestas secretoras: son las que implican la acción de las glándulas (endócrinas y exócrinas), órganos que tienen la capacidad de producir secreciones.

Respuesta inmunológica: ante el ingreso de un agente extraño (bacteria, virus) se desencadena una respuesta de defensa ejecutada por diferentes tipos de células (denominadas en conjunto glóbulos blancos) o bien por anticuerpos (proteínas) capaces de destruir a los agentes externos.

¿Por qué las polillas se sienten atraídas por la luz?

Las polillas y otros insectos nocturnos se sienten atraídos por la luz artificial de una manera suicida. Vuelan en círculos alrededor y se golpean una y otra vez contra la fuente luminosa hasta morir achicharradas. ¿Y por qué hacen esto? ¿A qué se debe un comportamiento tan irracional? 

Su comportamiento es totalmente coherente con su naturaleza, lo que ocurre es que la luz artificial las confunde, ¡y de qué manera! 

Hablemos primero de la fototaxis, que es el movimiento automático de un organismo con respecto a la luz. Las cucarachas, por ejemplo, son insectos lucífugos ya que muestran una fototaxis negativa al correr a esconderse en grietas oscuras al percibir la luz. Se trata de un mecanismo que les facilita la supervivencia. En cambio las polillas son insectos lucípetos ya que muestran una fototaxis positiva y se sienten atraídos por la luz. Este mecanismo les facilita la orientación, pues la luz del firmamento estrellado y de la Luna les permite situar el arriba-abajo en la oscuridad y les sirve de guía en sus movimientos migratorios al utilizar nuestro satélite como punto de referencia primario. Es más, al ser atraídas por la luz lunar las polillas vuelan más alto y evitan muchos obstáculos y depredadores y pueden aprovechas las corrientes de aire más efectivamente. Algunos entomólogos sugieren, incluso, que las polillas pueden definir su ruta de migración mientras la Tierra gira por el cambio de posición de la luna. 

Además la intensidad lumínica también influye en el movimiento de sus alas. Así cuando la luz proviene de una fuente distante (léase la Luna) e incide por igual en ambos ojos del insecto, éste vuela en línea recta; pero si la fuente de luz está más cerca, un ojo percibe más cantidad de luz que el otro y el ala de ese lado tiende a moverse más rápido al recibir mayor estímulo. 

Entonces, cuando una luz artificial se cruza en su camino, se sienten atraídas por ella y vuelan hacia la fuente de luz. Hacia una fuente de luz que alcanzan aunque nunca deberían haberlo hecho. Y debido a su cercanía se ven impelidas volar en círculos y en trayectorias espirales. 

Las polillas son más sensibles a unas longitudes de onda del espectro lumínico que a otras. Detectan la luz ultravioleta y prefieren las luces blancas y azuladas a las luces amarillas. 
Actividad:
Investiga algun caso en particular y publica que tipo de respuesta desarrolla ante determinado estímulo.