Coordinación y Regulación en Animales

Los animales cuentan con dos sistemas de regulación y control:

• SISTEMA NERVIOSO: Está constituido por tejido nervioso y se encarga de las relaciones con el entorno que exigen una respuesta rápida.
• SISTEMA ENDOCRINO: Está formado por glándulas que liberan hormonas variadas, controla actividades corporales produciendo respuestas lentas pero, por lo general, más duraderas.

En ambos casos el modelo de regulación es el mismo:

ESTÍMULOS → RESPUESTAS

• ESTÍMULOS: Cambios físicos o químicos que se producen en el medio externo o interno de la célula.
• RESPUESTAS: Acciones variadas que se producen como reacción a un estímulo.

El proceso general es:

ESTÍMULO → ÓRGANOS RECEPTORES → Sistemas de coordinación (nervioso y endocrino) → ÓRGANOS EFECTORES (Músculos o glándulas) → RESPUESTAS

1. La Recepción de los Estímulos

1.1. Los Receptores

Son los órganos o células capaces de captar los estímulos, ya sean internos o externos.

Según su localización podemos diferenciar:

• EXTEROCEPTORES: En la parte externa del cuerpo.
• INTEROCEPTORES: Reciben estímulos del medio interno.

Atendiendo al tipo de estímulo que captan podemos distinguir:

• MECANORRECEPTORES: Captan estímulos mecánicos. Tacto, equilibrio y audición.
• TERMORRECEPTORES: Sensibles a estímulos térmicos. Receptores del tacto del frío o del calor.
• QUIMIORRECEPTORES: Captan estímulos químicos. Olfato y gusto.
• FOTORRECEPTORES: Son impresionados por estímulos luminosos. Vista.

Los órganos sensoriales hacen posible el tacto, el equilibrio, el oído, el olfato, el gusto y la visión.

• ÓRGANOS SENSORIALES TÁCTILES: Captan cambios de presión, frío, calor, dolor.
• ÓRGANOS DEL EQUILIBRIO: Captan aceleraciones, rotaciones y cambios de dirección. Ej. estatocistos en insectos. En vertebrados se encuentran en el oído.
• ÓRGANOS AUDITIVOS: Captan los sonidos. Ej. órganos de Johnston en las antenas de insectos.
• ÓRGANOS OLFATIVOS: Sensibles a pequeñas sustancias en estado gaseoso. Localizados en antenas en insectos o en tentáculos en moluscos.
• ÓRGANOS GUSTATIVOS: Captan sustancias disueltas o sólidas en contacto con la célula sensitiva. Papilas gustativas.
• ÓRGANOS VISUALES: Estimulados por radiaciones luminosas. Ocelos y ojos compuestos.

2. El Sistema de Coordinación Nervioso

Los estímulos captados se transforman en impulsos nerviosos. Para que se produzca el impulso nervioso, el estímulo que llega al receptor debe tener una cantidad mínima llamada umbral.

Estructura de la Neurona

La unidad básica del sistema nervioso es la neurona.

Tipos de Neuronas según su función:

• SENSITIVAS: Transmiten el impulso desde los órganos de los sentidos al sistema nervioso.
• MOTORAS: Transmiten el impulso desde el sistema nervioso a los efectores (músculos o glándulas).
• INTERNEURONAS: Conectan unas neuronas con otras.

2.1. Transmisión del Impulso Nervioso

El impulso nervioso se transmite mediante un proceso de despolarización de la membrana plasmática de la neurona. Se dan los siguientes pasos:

1. La membrana está polarizada (en el exterior abundan los iones con carga positiva, y en el interior las cargas negativas). Esta diferencia se mantiene por la bomba de sodio-potasio y a este potencial se le llama potencial de reposo.
2. Cuando se recibe un estímulo aumenta la permeabilidad para los iones sodio que entran en la célula con lo que la polaridad se invierte en este punto. Potencial de acción.
3. La despolarización se transmite a ambos lados de ese punto. Este desplazamiento de la despolarización es el impulso nervioso.
4. En poco tiempo se produce la repolarización. La membrana vuelve a su estado inicial.

2.2. La Sinapsis

La sinapsis es la unión funcional de neuronas entre sí, o con músculos (placas motoras) o con células sensoriales.

En las sinapsis interneuronales, la neurona que conduce el impulso se llama neurona presináptica, y se denomina neurona postsináptica la que recibe el impulso.

Se conocen dos tipos de sinapsis:

• Sinapsis químicas: Proteínas que permiten el paso de iones de una neurona a la otra. (Nota: La descripción parece invertida con la siguiente).
• Sinapsis eléctricas: Neurotransmisores que producen la despolarización de la siguiente neurona. (Nota: La descripción parece invertida con la anterior. Las sinapsis químicas usan neurotransmisores, las eléctricas usan canales iónicos/uniones gap).

3. Sistemas Nerviosos de Invertebrados

A medida que se avanza en la escala evolutiva los sistemas nerviosos de los organismos se van haciendo más complejos:

Cnidarios

Aparecen por primera vez verdaderas neuronas, que establecen contactos sinápticos entre sí, formando plexos nerviosos.

Las sinapsis se dan en ambos sentidos, de tal manera que la estimulación en un punto se transmite a todas las direcciones haciendo que todo el cuerpo reaccione.

Platelmintos

Cuenta con neuronas sensitivas, motoras y de asociación, con sinapsis unidireccionales y con una organización bilateral (cefalocaudal).

Cordones nerviosos ventrales escaleriformes y un ganglio cerebroide en la región anterior.

Aparecen órganos de los sentidos rudimentarios.

Anélidos

Más desarrollado que los anteriores.

Presenta una masa ganglionar dorsal, y una cadena nerviosa ventral formada por dos cordones nerviosos que rodean la faringe formando un collar periesofágico.

Los cordones ventrales se encuentran conectados transversalmente en cada uno de los metámeros del cuerpo del animal.

Artrópodos

Organización similar a los anélidos.

En los más primitivos se observa un sistema nervioso escaleriforme, en los más evolucionados se observa una mayor centralización del sistema nervioso apareciendo un cerebro y órganos de los sentidos muy especializados.

Moluscos

Mayor concentración de ganglios que en los casos anteriores.

Dos pares de conductos nerviosos y cuatro pares de ganglios conectados entre sí por anillos nerviosos.

En los moluscos más evolucionados los ganglios se fusionan para dar lugar a un cerebro muy desarrollado.

Equinodermos

En estado adulto presentan simetría radial, por lo que su sistema nervioso también es radial y está constituido por un anillo nervioso situado alrededor del tubo digestivo y un cordón nervioso que recorre cada uno de los brazos.

4. El Sistema Nervioso de Vertebrados

Los vertebrados presentan el sistema nervioso más complejo y evolucionado de todos los seres vivos.

Está formado por:

• SISTEMA NERVIOSO CENTRAL: Está constituido por el encéfalo y por la médula espinal.
• SISTEMA NERVIOSO PERIFÉRICO: Está constituido por los nervios y los ganglios periféricos.

4.1. El Sistema Nervioso Central

Constituido fundamentalmente por agrupaciones de neuronas.

En él se distinguen las siguientes partes:

• Encéfalo: Formado por:
  • Telencéfalo (Corteza cerebral)
  • Diencéfalo (Hipotálamo, hipófisis)
  • Mesencéfalo (Tubérculos cuadrigéminos)
  • Metencéfalo (Cerebelo)
  • Mielencéfalo (Bulbo raquídeo)
• Médula espinal: Es un tubo nervioso que discurre desde la base del encéfalo hasta la segunda vértebra lumbar, por dentro de la columna vertebral. Presenta un pequeño conducto central, el epéndimo, rodeado de materia gris (cuerpos neuronales mayoritariamente) en torno a la cual se dispone la materia blanca (axones con mielina).

Doble función de la médula espinal:

• Transmitir los impulsos nerviosos hasta el encéfalo y desde el encéfalo.
• Controlar las actividades reflejas.

4.2. El Sistema Nervioso Periférico

Formado por nervios que salen del SNC o entran en él y se reparten por todo el organismo y por los ganglios periféricos.

Según su función hay tres tipos de nervios:

• Nervios sensitivos
• Nervios motores
• Nervios mixtos

Según el punto desde el que arrancan los nervios pueden ser:

• Nervios craneales
• Nervios raquídeos o espinales

Actos Voluntarios

1. Captación del estímulo.
2. De los nervios sensitivos a las astas posteriores de la Médula espinal.
3. La información llega al bulbo raquídeo.
4. La información llega a la corteza cerebral (lado opuesto a donde se halla el receptor).
5. La información se hace consciente en la corteza y se elabora una respuesta.
6. Se envía la respuesta vía nervios motores.
7. La respuesta se produce vía muscular o glandular.

Actos Involuntarios

1. Captación del estímulo.
2. De los nervios sensitivos a las astas posteriores de la médula espinal.
3. Se elabora una respuesta rápida e inconsciente por la médula. No intervienen centros superiores del SNC.
4. Se produce una respuesta muscular o glandular.

4.4. Las Respuestas y los Efectores

Las respuestas pueden ser:

• RESPUESTAS MOTORAS: Los órganos efectores son los músculos, que, con su contracción, producen el movimiento de los órganos internos o de los huesos (locomoción).
• RESPUESTAS GLANDULARES: Los órganos efectores son las glándulas que reciben del encéfalo la orden de secretar una sustancia química (hormona).

5. El Sistema de Coordinación Hormonal

El sistema endocrino está formado por las llamadas glándulas endocrinas.

Las glándulas endocrinas se caracterizan por producir unas sustancias, llamadas hormonas, que vierten directamente a la sangre. Éstas son liberadas en pequeñas cantidades y transportadas vía sanguínea hasta el lugar en el que realizan su función, llamado órgano blanco o diana. Una vez que han actuado, las hormonas son eliminadas por la orina.

El control y la regulación del organismo son llevados a cabo conjuntamente por el sistema nervioso y el endocrino. El punto de conexión entre ambos se localiza en el hipotálamo, que envía dos tipos de órdenes, nerviosas y químicas, a través del sistema endocrino.

Principales Glándulas Endocrinas y Hormonas:

• GLÁNDULA PINEAL: Segrega melatonina, que interviene en la maduración de los órganos sexuales.
• HIPÓFISIS: Controla la secreción de hormonas por parte de otras glándulas.
• TIROIDES: Segrega tiroxina, que estimula el metabolismo, y calcitonina, que inhibe la liberación de calcio en los huesos.
• PARATIROIDES: Segrega parathormona, que estimula la liberación de calcio en los huesos y mejora la absorción de calcio en el intestino.
• PÁNCREAS: Libera insulina, que favorece la absorción de glucosa por las células, y glucagón, que estimula la formación de glucosa a partir de glucógeno en el hígado.
• CÁPSULAS SUPRARRENALES: Segregan cortisona que interviene en el metabolismo de los glúcidos, y adrenalina y noradrenalina, que actúan en situaciones de estrés.
• GÓNADAS: Son los ovarios y los testículos. Producen hormonas que contribuyen al desarrollo y al mantenimiento de los caracteres sexuales correspondientes.

Reproducción en Animales

1. Tipos de Reproducción en Animales

Existen dos modelos básicos de procesos reproductores:

• Reproducción asexual
• Reproducción sexual

En ciertos casos, como en el caso de los cnidarios o celentéreos, se simultanean ambos tipos de reproducción, se habla entonces de reproducción alternante.

Reproducción Asexual

En los animales está poco representada.

Los nuevos individuos se originan a partir de un fragmento de su progenitor.

Tipos:

• Escisión o fragmentación: El progenitor se fragmenta en dos o más partes, cada una de las cuales es capaz de regenerar un individuo completo. Es típica de: poríferos (esponjas), cnidarios (corales), equinodermos (estrellas de mar), anélidos (lombrices).
• Poliembrionía: Es una variante de la escisión, en la que los embriones, en las primeras fases de su desarrollo, se fragmentan en varias porciones, cada una de las cuales origina un individuo completo. Es típica de: algunos insectos (avispas parásitas), mamíferos (excepcionalmente).
• Gemación: Consiste en la formación de yemas: protuberancias externas que crecen sobre el individuo y que, tras separarse de él, desarrollan un nuevo individuo. Es típica de: cnidarios (pólipos), poríferos (esponjas).

1.3. Otras Formas de Reproducción

• PARTENOGÉNESIS: Desarrollo a partir de óvulos no fecundados. No participa el sexo masculino. Típico de algunos invertebrados como hormigas, avispas, pulgones, coleópteros y crustáceos. Raro en vertebrados: lagartijas y lagartos.
• METAGÉNESIS: Alternancia de dos fases en cnidarios: pólipo y medusa.
  • Pólipo: fijo al sustrato. Reproducción asexual por gemación o escisión.
  • Medusa: vida libre. Reproducción sexual. Sexos separados. Larva: plánula.
• NEOTENIA: Capacidad de reproducirse sin haber alcanzado la madurez sexual. Se reproducen en estado larvario. Resistencia frente a condiciones desfavorables. Algunas larvas de anfibios.
• CLONACIÓN: Capacidad de producir individuos genéticamente idénticos a partir de células adultas diferenciadas o especializadas. Ejemplo: la oveja Dolly.

2. Formación de los Gametos

Órganos Productores de Gametos

Los órganos productores de gametos son las gónadas u órganos sexuales primarios: testículos (gónadas masculinas) y ovarios (gónadas femeninas). Además existen órganos sexuales secundarios, son glándulas accesorias implicadas en la maduración de los gametos (próstata o glándula bulbouretral).

Óvulo

• Forma casi esférica.
• Núcleo en posición excéntrica (vesícula germinativa).
• Citoplasma (vitelo) con sustancias de reserva.
• Gránulos corticales en la periferia.
• Membrana plasmática.
• Zona pelúcida.
• Corona radiata.

Espermatozoide

• Cabeza, segmento intermedio y cola.
• Cabeza con forma alargada, con núcleo y acrosoma.
• Segmento intermedio recorrido por el filamento axial, con mitocondrias para el movimiento.
• Cola formada por el filamento axial.

Etapas de la Gametogénesis

La gametogénesis es el proceso de formación de gametos.

1. Multiplicación o proliferación: Divisiones mitóticas. Ovogonias (2n) o espermatogonias (2n).
2. Crecimiento: Aumento de volumen. Ovocitos de primer orden y espermatocitos de primer orden (2n).
3. Maduración: Primera división meiótica. Dos espermatocitos de segundo orden. Un ovocito de segundo orden y un corpúsculo polar. Segunda división meiótica. Cuatro espermátidas (n). Un óvulo (n) y tres corpúsculos polares.
4. Espermiogénesis o diferenciación: Las espermátidas se convierten en espermatozoides.

3. Fecundación

La fecundación es el proceso de unión de los gametos masculino y femenino, seguido de la fusión de los núcleos de ambos (cariogamia), para formar el cigoto.

Tipos de Fecundación:

• Externa: Organismos acuáticos y algunos terrestres (insectos y anfibios).
• Interna: Animales terrestres y algunos peces.

Proceso de la Fecundación:

1. El óvulo segrega sustancias que atraen al espermatozoide.
2. Los espermatozoides llegan al óvulo y se aglutinan a su alrededor.
3. Se produce la reacción acrosómica que libera enzimas que degradan la zona pelúcida del óvulo.
4. La membrana acrosómica y del óvulo se funden.
5. Penetra todo el espermatozoide excepto la cola.
6. El óvulo libera el contenido de los gránulos corticales y se forma la membrana de fecundación que asegura la penetración de un único espermatozoide.

Al final del proceso se fusionan pronúcleo masculino y femenino.

4. El Desarrollo Embrionario

Es el proceso por el que se forma un nuevo individuo a partir del cigoto. Se produce en dos etapas sucesivas: el periodo embrionario y el periodo postembrionario.

1. El periodo embrionario comprende los hechos que se producen desde la formación del cigoto hasta el alumbramiento del nuevo ser. Se divide en tres etapas: a. Segmentación, b. Gastrulación, c. Organogénesis.
2. El periodo postembrionario se inicia tras el nacimiento y termina cuando el nuevo ser alcanza las características de adulto propias de la especie.

Periodo Embrionario

a. Segmentación

Es el proceso por el cual el cigoto comienza a dividirse por mitosis.

Se origina así una masa esférica de células que recuerda a una mora, conocida como mórula.

Las células migran hacia la superficie, delimitando una cavidad interior. La estructura hueca formada se denomina blástula, las células que lo constituyen, los blastómeros, y la cavidad creada en el interior, blastocele.

Tipos de Huevos (según la cantidad y distribución del vitelo):

• Isolecitos: Pequeños con poco vitelo. Mamíferos.
• Heterolecitos: Vitelo con distribución desigual. Anfibios.
• Telolecitos: Mucho vitelo en el polo animal (disco). Aves y reptiles.
• Centrolecitos: Vitelo abundante en posición central. Insectos.

b. Gastrulación

Consiste en una serie de desplazamientos de células y de plegamientos que llevan a la formación de las hojas embrionarias. La estructura que se forma es la gástrula.

En ella se diferencia el arquénteron (futuro tubo digestivo) y el blastoporo.

Los animales diblásticos presentan dos hojas embrionarias que son el ectodermo y el endodermo.

Los animales triblásticos tienen tres hojas embrionarias: ectodermo, endodermo y mesodermo.

c. Organogénesis

Es la diferenciación de las células para dar lugar a los distintos tipos de tejidos y órganos a partir de las hojas embrionarias.

• Ectodermo: Origina la epidermis y sus estructuras (pelos, plumas, etc.), el tejido nervioso y los órganos sensoriales.
• Mesodermo: Genera la dermis, el esqueleto, los músculos, el aparato excretor, circulatorio y reproductor.
• Endodermo: Origina el aparato digestivo y respiratorio y algunos epitelios de revestimiento de órganos internos.

Periodo Postembrionario

El periodo postembrionario se inicia tras el nacimiento y termina cuando el nuevo ser alcanza las características de adulto propias de la especie.

Se distinguen dos tipos de desarrollo:

• Directo: Si no existen fases larvarias entre el embrión y el adulto.
• Indirecto: Si existen fases larvarias entre el embrión y el adulto. Implica metamorfosis (Ej: Insectos, Anfibios).

Tipos de Nacimiento

Según cómo sea el nacimiento del animal se distinguen:

• Animales ovíparos: Producen huevos con envolturas dentro de los cuales se desarrolla el embrión. Peces, anfibios, aves, reptiles.
• Animales ovovivíparos: Producen huevos que se desarrollan en el interior de la hembra. La eclosión de los huevos se da en el interior de la hembra, que pare crías vivas. Algunos reptiles, insectos y tiburones.
• Animales vivíparos: Desarrollan sus huevos dentro del aparato reproductor femenino nutriéndose a partir del alimento proporcionado por la hembra. Mamíferos (excepto monotremas y algunos tiburones).

Intervención Humana en la Reproducción

El hombre interviene en la reproducción mediante:

La Reproducción Asistida

Es una técnica en la que se produce la manipulación de los gametos y la inseminación o fecundación es realizada de modo artificial.

Las principales técnicas son:

• Inseminación artificial: Consiste en introducir cierta cantidad de esperma en las vías genitales femeninas.
• Fecundación in vitro: Consiste en la realización de una extracción de gametos y de una fecundación extrauterina, y en la posterior reintroducción de los embriones en el útero materno.

Los Métodos Anticonceptivos

Evitan o previenen embarazos indeseados.

Los principales métodos son:

• Métodos de barrera: Preservativos, diafragma.
• Métodos químicos: Espermicidas.
• Métodos hormonales: Píldora.
• Métodos intrauterinos: DIU.
• Métodos quirúrgicos: Ligadura de trompas, Vasectomía.
• Métodos naturales: Control de ovulación.