Biologia Sensorial Animal

Biología Sensorial Animal
Teórica #1
Contenido de la teórica
• Breve historia de la Biología Sensorial
• Ecología Sensorial. Interacciones diversas.
Interacciones informacionales. Funciones la
información: homeostasis, orientación espacial y
temporal, defensa, persuasión.
• Ejemplos
El estudio de los sistemas sensoriales
Filosofía e Historia Natural. Visión
Filósofos griegos, Aristóteles (S. III aC), Ibn al Haitam(S. IX dC),
Roger Bacon (S. XI dC), Kepler (S. XV)
Filósofos idealistas empíricos ingleses (Locke, Berkeley, Hume)
Todo el conocimiento es obtenido a través de la experiencia sensorial.
La mente es una tabula rasa que la experiencia sensorial va marcando.
Psicología
Weber, Felchner y Helmholzt
Psicología Experimental – Psicofísica (S. XIX)
El cerebro construye una representación particular de los eventos
externos basada en los sistemas sensoriales y en la dinámica de los
circuitos neuronales de estos sistemas. La percepción no es una copia
directa del mundo que nos rodea.
Así como Platón asigna importancia a la
matemática, Aristóteles a la Biología.
Balance empirismo (observación y
experiencia sensorial) y formalismo
(deducción racional).
Aristóteles
(384-322 a.C.)
ibn al-Haytham
(965–1040)
Matemático, físico y astrónomo.
Trabajo en lentes. Describe por
primera vez la imagen formada en
la retina por el cristalino.
Defiende hipótesis cuerpos no
poseen luz y sólo reflejan.
Construyó cámara oscura
Fraile Franciscano. Énfasis en el empirismo
y uno de los primeros pensadores que
propuo el método científico moderno.
“la matemática es la puerta y la llave de
toda ciencia”
Roger Bacon
(1214–1294)
Astrónomo y matemático Alemán. Leyes sobre
movimiento planetas alrededor del sol. Órbitas
no circulares. Último astrólogo y primer astrónomo.
Biógrafo (demencia senil???) …”las mareas venían
motivadas por una atracción que la luna ejercía
Johannes Kepler
sobre los mares”.
(1571–1630)
Padre del empirismo y liberalismo moderno.
Su epistemología no cree en la existencia del
innatismo y el determinismo, considerando
el conocimiento de origen sensorial, por lo
que rechaza la idea absoluta a favor de la
probabilística matemática.
John Locke
(1632–1704)
Filósofo, economista e historiador Escocés. Una de
las figuras más importantes filosofía occidental.
“todo conocimiento deriva en última instancia
de la experiencia sensible, siendo esta la única
fuente de conocimiento”….
Ensayo “De la superstición y la religión”
estableció las bases del pensamiento laico.
David Hume
(1711–1776)
Desarrollo de la filosofía conocida como idealismo
subjetivo “esse est percipi” (ser es ser percibido).
Conocido como el Obispo de Berkeley. Empirismo.
George Berkeley
(1685–1753)
Médico y físico Alemán. Tesis doctoral estructura
Sistema nervioso invertebrados. Investigaciones
producción de calor durante contracción muscular.
Libro: “Sobre las sensaciones de tono como base
fisiológica para la teoría de la música”.
Hermann von
Escribió sobre: la edad de la tierra, el origen del
Helmholtz
sistema planetario y el funcionamiento de la
(1821–1894)
membrana basilar de la cóclea.
Ley de Weber-Fechner
"In order that the intensity of a sensation may
increase in arithmetical progression, the stimulus
must increase in geometrical progression."
Ernst Heinrich Weber
(1795–1878)
Gustav Theodor Fechner
(1801–1887)
Noción de Umwelt, el mundo de la
percepción de los animales en relación
con su medio ambiente. Cada organismo
posee un sistema "receptor" y "efector“:
Para sobrevivir ambos sistemas cooperan
formando “círculo funcional”.
Jakob Johann von Uexküll
(1864 - 1944)
"...this eyeless animal finds the way to her watchpoint [at the top of
a tall blade of grass] with the help of only its skin’s general
sensitivity to light. The approach of her prey becomes apparent to
this blind and deaf bandit only through her sense of smell. The odor
of butyric acid, which emanates from the sebaceous follicles of all
mammals, works on the tick as a signal that causes her to abandon
her post (on top of the blade of grass/bush) and fall blindly
downward toward her prey. If she is fortunate enough to fall on
something warm (which she perceives by means of an organ sensible
to a precise temperature) then she has attained her prey, the warmblooded animal, and thereafter needs only the help of her sense of
touch to find the least hairy spot possible and embed herself up to
her head in the cutaneous tissue of her prey. She can now slowly
suck up a stream of warm blood."
Modelo “psicohidráulico” de motivación del comportamiento
Nikolaas "Niko" Tinbergen
(1907 – 1988)
Premio Nobel de Fisiología o Medicina (1961)
Georg von Békésy
Hungria (1899-1972)
Premio Nobel por su investigación de la función de la cóclea en el órgano
auditivo de los mamíferos.
Premio Nobel de Fisiología o Medicina (1981)
David H. Hubel
Canada (1926-)
Torsten N. Wiesel
Suecia (1924-)
Roger W. Sperry
USA (1913-1994)
Premio Nobel por sus trabajos sobre la fisiología de la corteza cerebral,
específicamente aquella parte del cerebro que se relaciona con la visión.
Sperry recibió el premio por demostrar que los hemisferios cerebrales
controlan funciones especializadas.
Premio Nobel de Fisiología o Medicina (2004)
Richard Axel y Linda B. Buck
USA (1946-) USA (1947-)
En su principal trabajo, publicado en 1991, Buck and Axel clonaron
receptores olfatorios, demostrando que provienen de la familia de los
receptores G acoplados a proteínas. Analizando ADN de rata,
estimaron que debe haber al menos mil genes diferentes para los
receptores olfatorios en el genoma de los mamíferos.
Figure 1-1
Conceptos y temas
fundamentales en fisiología
• Homeostasis y sistemas de control
• Energética
• Relación entre forma y función
– Compartimentalización
– Propiedades mecánicas de las células, tejidos y órganos
– Interacciones moleculares
• Comunicación
– Flujo de masa e información
Biología Sensorial
• Ecología Sensorial
– Mecánica externa - Como se obtiene la
información del medio ambiente
• Fisiología Sensorial
– Mecánica interna - Como se procesa la
información a partir del receptor
Fisiología Sensorial Objetiva
Fenómeno
ambiental
Estímulo
sensorial
Subjetiva
Excitación Integración Impresiones
de nervios en el SNC sensoriales, Percepción
sensoriales sensorial sensaciones
Interacción
Receptores
con el órgano Potencial
sensorial
receptor
Centros
Conciencia
nerviosos,
cerebro,
excitación
Experiencia
razón
personalidad
Ecología Sensorial
• Estudio de todo tipo de interacciones entre
un organismo y el medio ambiente
Interacciones
• Físicas
– Fuerzas mecánicas, gravitacionales, energía térmica y
electromagnética.
• Tróficas
– Involucra materiales o energía y tiene efectos en el
metabolismo. Energía para trabajo metabólico, nutrientes y
toxinas.
• Informacionales
– Provee información a un individuo o lo transmite a otro.
Información genética y sensorial.
A nivel evolutivo, los organismos pueden ignorar
interacciones informacionales pero no las tróficas o
físicas.
Funciones de la información
• Homeostasis
– Temperatura, agua, posición, distancia, espaciamiento, etc
• Timing
– Sincronización y anticipación (ej. Cigarras 17 años,
reproducción)
• Orientación espacial
– Claves ambientales: comida, pareja, lugar para anidar, etc
• Defensa
• Persuación o comunicación (señal que influye en el
comportamiento de otro individuo)
– Verdadera comunicación (ambos se benefician)
– Identificación
– Aviso o señal aposemática
Homeostasis
Las condiciones dentro del cuerpo del animal
son generalmente muy diferentes a las de fuera
del mismo (“la fixité du milieu intérieur”).
Claude Bernard (1865)
(1813-1978)
Walter Cannon (1932)
(1871-1945)
Los animales no solo mantienen las
condiciones dentro del animal en un
estado diferente al del mundo
exterior, sino que además las
mantienen relativamente constantes.
Homeostasis del Griego homeo =
“igual” y stasis = “estable” por lo tanto
seria, mantenerse estable por quedarse
igual.
Allostasis
•Sterling y Eyer (1988)
Mantener la estabilidad a través del cambio, es un proceso
fundamental mediante el cual los organismos se ajustan
activamente tanto a eventos predecibles como
impredecibles.
Allostasis del Griego allo = “variable” y stasis =
“estable” por lo tanto seria, “mantenerse estable por
ser variable.”
Ambos, homeostasis y allostasis son sistemas
endógenos responsables de mantener la estabilidad
interna de un organismo
Figure 6-27a
Figure 6-26
Funciones de la Información: Homeostasis
(Temperatura)
Funciones de la Información:
Homeostasis (Temperatura)
Funciones de la Información: Timing
• Para muchos organismos es ventajoso coordinar con
ambiente la sincronización de sus actividades de
desarrollo, fisiológicas o comportamentales.
• Ventaja adaptativa de sincronización:
– Reproducción (ej. luciérnagas dif.
sp dif. horas activas)
– Saturando los predadores (cigarras)
• Sincronización de un evento regular–identificación.
• Mecanismo reloj interno ajustado frecuentemente con
claves externas.
Funciones de la Información: Timing
55
environment
Attalea speciosa
Acrocomia aculeata
50
45
20
40
35
15
30
25
10
20
15
5
10
5
0
0
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 0
Time of the day
1
2
3
4
5
6
7
Number of eggs hatching
Water vapor saturation deficit (hPa)
25
Funciones de la Información:
Orientación espacial
• Un problema común en organismos móviles es
identificar posición y/o dirección de objetivos (comida,
presas, pareja, sitios de anidar, etc.), lo cual requiere
información ambiental.
• Posición (mantener distancia fija)
– Ej. sustrato, intensidad luz océano, temp.
Profundidad nido, etc.
• Dirección (ej. gravedad, “reacción dorsal a la luz”)
• Uso de información sensorial para guía hacia fuentes u
objetivos distantes
Funciones de la Información: Defensa
• Mayoría organismos posee características proveen
protección contra predadores (muchos son respuestas a
información ambiente (ej. visual y/o sonora) . Ej. gatoperro, polilla-murciélago
• Menos reconocida, probablemente la forma de defensa
más vieja es química . Ej. planta-herbívoro
• A menudo confusión, si químico que cause evitación es
por la información que lleva o si directamente es tóxico
• Camuflaje
“Ojos” falsos
Camuflaje
Funciones de la Información: Persuasión
• Organismo individual genera deliberadamente una
señal para influenciar el comportamiento de otro
individuo
• Si el receptor también se beneficia (verdadera
comunicación), sino decepción (ej. mimetísmo)
• Función más común de la comunicación es la
identificación
• Señal de advertencia o aposemática
• Señuelo
Comunicación: Identificación
Claves químicas de tareas específicas
Comunicación: Identificación
Claves químicas de tareas específicas
Señal de advertencia o aposemática
Mimetísmo
(ej. de decepción)
Señuelo
No posee
beneficios
para el organismo
atraído