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www.science-bits.com La relación Este fascículo constituye la versión en papel de una unidad de aprendizaje multimedia de Science Bits. Su contenido procede de una obra digital multimedia disponible en http://www.science-bits.com y su objetivo es complementar los contenidos digitales con un formato físico en papel para facilitar la labor en aulas sin un ordenador para cada alumno. 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Rae, flickr.com (perro, gato, termitas y pino, pág. 26); Steve Slater (Wildlife Encounters), flickr.com; Jim Bowen, flickr.com; brian.gratwicke, flickr.com; Xalanx, ©iStock.com; Tamar Assaf, commons.wikimedia.org; clarita, morguefile.com; steve.garner32, flickr.com; nymphofox, flickr.com; Ariadna Álvarez Pérez-Simó; NASAs, commons. wikimedia.org; Xalanx, ©iStock.com; Bering Land Bridge National Preserve, flickr.com (serpiente, suricata, rana, elefante, pingüino, ser humano, tiburón, hormiga, cocodrilo, delfín, gallina y arco iris, pág. 28); Karatas, commons.wikimedia.org (gato, pág. 29); I. Fario, ©iStock.com (insecto palo, pág. 30); Derek Keats, flickr. com; James Niland, flickr.com; Domo k, flickr.com; indigo_iggy, flickr.com; Derek Keats, flick.com; Patrick Standish, flickr.com; Muffet, flickr.com; Lebendkulturen für Schule und Forschung, ©iStock.com (león, insecto, medusa, estrella de mar, esponja, planta, seta y ameba, pág. 31); FtLaudGirl, ©iStock.com (pez globo, pág. 32); Biodiversity Heritage Library, flickr.com (calamar, pág. 33); enigmachck1, flickr.com (cactus, pág. 34); bmcent1, ©iStock.com; KatarzynaBialasiewicz, ©iStock.com; Fotosmurf03, ©iStock.com; Oliver Clarke, flickr.com; Su neko, flickr.com; bbbrrn, ©iStock.com; Scott Manley, ©iStock.com; MarLeah Cole, flickr. com; Paul Simcock, ©iStock.com; Nagel Photography, ©iStock.com; James Lee, flickr.com; Nuuuuuuuuuuul, flickr.com; JaneB, ©iStock.com; Alex Popovkin, flickr. com; Sukanto Debnath, flickr.com (parpadear, moquear, sudar, saltar, gritar, salivar, masticar, llorar, sonreír, respirar, brotes curvados, falsa acacia, atrapamoscas, mimosa y enredadera, pág. 35); Aaron Escobar, flickr.com (raíces, pág. 36); bradleypjohnson, flickr.com; Bullethead, ©iStock.com; Marina Dyakonova, ©iStock. com; Kenishirotie, ©iStock.com; Marina Ph, ©iStock.com; Monkey Business Images, ©iStock.com; Lordcolus, flickr.com; Helder Almeida, ©iStock.com; Bortn76, ©iStock.com; CentralITAlliance, ©iStock.com; SuSanA Secretariat, flickr.com; Vancouver Film School, flickr.com (gritar ante el dolor, apartarse de un precipicio, comunicarse con otro ser humano, llevarse comida a la boca, estornudar, reír ante algo gracioso, cruzar un semáforo en verde, saludar a un amigo, abrir una puerta, pelar una naranja, lavarse las manos y escribir, pág. 39); bradleypjohnson, flickr.com; Swilmor, ©iStock.com; Marina Ph, ©iStock.com; Ugurhan Betin, ©iStock.com; Kenishirotie, ©iStock.com; Bullethead, ©iStock.com; arekmalang, ©iStock.com; Gareth Williams, flickr.com; Colby Stopa, flickr.com; Stewart Butterfield, flickr.com; kevin dooley, flickr.com; Jeffreyw, flickr.com; Chill Mimi, flickr.com; Olgierd Pstrykotwórca, flickr.com; Retron, flickr.com; JefferyTurner, flickr. com (gritar ante el dolor, bostezar, estornudar, tiritar, llevarse comida a la boca, alejarse de un precipicio, beber agua, buscar pareja, gato, perro que bosteza, panda, perro mojado, araña, cigüeñas, lobo, pavo real, pág. 40); Dave Young, flickr.com; Paul Albertella, flickr.com (patos y pájaro, pág. 41). Se consiente la copia y reproducción de esta obra sin necesidad de autorización bajo las siguientes condiciones simultáneas: - Su utilización complementará el uso legal de la versión digital multimedia. - Su uso quedará restringido al ámbito escolar y educativo. - En caso de distribución, se realizará de forma gratuita. - En ningún caso se modificará su contenido. Para cualquier otro uso, queda prohibida la reproducción, distribución, comunicación pública o transformación de esta obra sin la autorización de los titulares del copyright. Copyright: International Science Teaching Foundation & Science Bits S.L., 2014 International Science Teaching Foundation Tower Bridge House, St Katharine’s Way London E1W 1AA (United Kingdom) Science Bits, S.L. Torrent de l’Olla 220, 2n 4a 08012 Barcelona (España) Ciencias de la Vida Unidad La relación Estructura de la unidad Portada Aparece destacado el título de la unidad y se presentan los objetivos de aprendizaje. Además, se facilita un índice de los contenidos organizados según el modelo de las 5E. En la versión digital, la portada ofrece una actividad que permite repasar los conocimientos necesarios para abordar la lección. Empezamos En este apartado se ofrece una actividad asociada a un video disponible en la versión digital. No obstante, se proporciona un resumen del mismo en la primera página. A partir del video, se desarrollan una serie de actividades. Algunas de ellas pueden ser interactivas en la versión digital, pero siempre aparecerán preguntas de respuesta abierta. Exploramos Se trata de una actividad exploratoria y de descubrimiento para movilizar los conocimientos previos y compararlos con los resultados obtenidos a partir de la experiencia. El objetivo es realizar un aprendizaje intuitivo de los conceptos más importantes de la unidad. La versión digital ofrece recursos multimedia que resultan indispensables para desarrollar esta actividad: simuladores, videos, interactividades, etc. 4 www.science-bits.com Estructura de la unidad Explicamos Se exponen de manera formal los conceptos clave de la unidad. La versión digital ofrece una gran cantidad de recursos multimedia que facilitan la comprensión de las ideas expuestas. En esta versión imprimible se incluyen los elementos gráficos que resultan indispensables y las referencias de los recursos digitales disponibles. La versión digital también puede incluir actividades de ampliación o de refuerzo. Elaboramos En este apartado se ofrece la oportunidad de demostrar los aprendizajes adquiridos mediante su aplicación práctica. Por ello, se propone una tarea que consiste en una actividad-problema a resolver. La propuesta exige la aplicación de conceptos, actitudes y procedimientos aprendidos en la unidad. La versión digital puede proporcionar herramientas multimedia, como simuladores o videos, para su desarrollo. Ejercicios Cada uno de los conceptos desarrollados en el apartado «Explicamos» cuenta con ejercicios interactivos o de respuesta abierta que tienen como objetivo la consolidación de los aprendizajes mediante la práctica. Esta versión imprimible incluye todos aquellos que no corresponden a ampliaciones o refuerzos, organizados exactamente igual que los contenidos de la sección «Explicamos». www.science-bits.com 5 La relación Índice · Empezamos · El sexto sentido ...................................................................08 · Exploramos · ¿Sin sentidos? .......................................................................10 · Explicamos · Relacionarse con el entorno .............................................14 · Mantener el equilibrio interno ..................................14 · Los estímulos .......................................................................15 · Los receptores .....................................................................15 · Los órganos de los sentidos ........................................16 · La coordinación ................................................................... 17 · La coordinación en los animales ........................................ 17 · El sistema nervioso de los vertebrados ......................18 · Las neuronas ..................................................................18 · El sistema endocrino .....................................................19 · La coordinación en las plantas ...................................... 19 · Las respuestas .................................................................... 20 · Las respuestas de los animales ...................................20 · Las respuestas de las plantas ......................................21 · Las respuestas de los organismos unicelulares .......22 · El comportamiento ..............................................................23 · El comportamiento innato ...........................................23 · El comportamiento adquirido .....................................24 · La comunicación en los seres vivos ..................................24 · Elaboramos · Comportamientos extraños ...............................................26 · Ejercicios ....................................................................................27 En esta unidad aprenderás: Que tanto animales como plantas y organismos unicelulares son capaces de relacionarse con su entorno. Que el proceso de relación consiste en captar estímulos del entorno y responder adecuadamente para sobrevivir. Que los seres vivos tienen receptores adaptados para captar estímulos. Que los receptores de los animales se conocen como órganos de los sentidos. Que la relación con el entorno se controla gracias a los sistemas nervioso y endocrino, en los animales, y gracias a las hormonas vegetales, en las plantas. A identificar distintas respuestas en los animales, las plantas y los organismos unicelulares. Que la comunicación es un proceso destacado de relación entre los seres vivos. 6 www.science-bits.com www.science-bits.com 7 Empezamos El sexto sentido Los seres vivos se relacionan constantemente con un entorno cambiante. Detectar estos cambios y desarrollar una respuesta adecuada ante ellos resulta imprescindible para sobrevivir. Video Los seres humanos percibimos los cambios en nuestro entorno a través de los cinco sentidos. Los animales, por su parte, pueden captar cambios que nosotros no podemos detectar. Por ejemplo, un ratón se siente seguro en la oscuridad. Sin embargo, la serpiente de cascabel que lo acecha sabe dónde se encuentra porque detecta el calor que su cuerpo emite. Y el ornitorrinco cierra los ojos, los oídos y las fosas nasales cuando busca presas en el lodo del lecho de un río porque su hocico es capaz de percibir los impulsos eléctricos que mueven los músculos de sus presas. También hay animales migratorios que se orientan gracias a que pueden sentir el campo magnético terrestre. Los animales poseen una capacidad extraordinaria para reaccionar ante los cambios detectados en el ambiente. El movimiento y la segregación de sustancias son respuestas habituales de los animales ante los estímulos. Aunque no lo hacen de forma tan evidente como los animales, las plantas también detectan los cambios en su entorno y reaccionan ante ellos. Por ejemplo, se sabe que muchas plantas, cuando son atacadas por algún insecto liberan sustancias volátiles. Estas funcionan como una señal de alarma: cuando las plantas vecinas las detectan, inmediatamente producen otras sustancias para repeler al intruso. O incluso, segregan sustancias que atraen a otros insectos depredadores de los primeros. 8 www.science-bits.com Cuestiones a. Explica qué tipo de estímulos detectamos con nuestros cinco sentidos. b. ¿Qué otros sentidos se utilizan en el reino animal? ¿A qué estímulos responden? Fíjate en los ejemplos del video de la versión digital. c. Al principio del video se muestran varios animales en movimiento. ¿A qué estímulos podrían estar dando respuesta? Cita tres ejemplos de respuestas que hayas visto en el video y propón cuál podría ser el estímulo que las ha desencadenado. d. Sin embargo, las respuestas de los animales no consisten únicamente en movimiento. ¿Qué otro tipo de respuestas pueden presentar los animales? e. ¿Qué estímulo desencadena la respuesta de la planta que aparece al final del video? f. ¿En qué consiste esta respuesta? www.science-bits.com g. ¿Qué otros estímulos del entorno pueden detectar las plantas? h. ¿Qué respuestas dan las plantas a los estímulos que has indicado en la respuesta anterior? 9 Exploramos ¿Sin sentidos? Son muchos los animales con grandes habilidades para sentir lo que ocurre en su entorno. Los hay con unos sentidos más afinados que los nuestros, o con otros que los seres humanos no tenemos. a. Observa las imágenes de la galería. ¿A qué se debe que algunos sentidos estén muy desarrollados en un animal determinado? Galería El búho puede detectar los rayos de luz Los machos de las mariposas de la seda más tenues para así cazar a sus presas en pueden oler a las hembras de su especie la oscuridad. a kilómetros de distancia. El tiburón blanco es capaz de detectar el olor de una gota de sangre diluida en un volumen de agua equivalente a una piscina olímpica. b. Algunos animales, sin embargo, parecen demasiado simples como para contar con sentidos parecidos a los nuestros. Observa las fotografías de la galería. ¿Dirías que todos estos animales tienen tantos sentidos como nosotros? 10 www.science-bits.com El gusano coreano El gusano coreano (Perinereis aibuhitensis) es un animal comúnmente utilizado como cebo de pesca que vive en las playas del Sudeste asiático y Oceanía. Su cuerpo lo forman decenas de segmentos articulados, dotados cada uno con un par de patas que le permiten desplazarse en busca de materia orgánica o pequeñas presas, que atrapa con sus mandíbulas. La cabeza y las patas están cubiertas de pelos y pequeños apéndices. Imagen Perineris aibuhitensis, el gusano coreano Este gusano es un animal de hábitos nocturnos, pues de día es vulnerable al ataque de sus depredadores. a. Según el texto y lo que observas en la fotografía, ¿qué sentidos crees que puede tener este gusano? Vista Podría ser que los gusanos coreanos tuvieran sentido de la vista. a. ¿Qué tipo de estímulos captamos con la vista? b. ¿Crees que los gusanos coreanos tienen sentido de la vista? Plantea una hipótesis y justifícala. c. Observa el video de la versión digital de este experimento y explica lo que ha sucedido. Video d. ¿Confirma este experimento tu hipótesis sobre el sentido de la vista en los gusanos coreanos? Tacto Podría ser que los gusanos tuvieran sentido del tacto. a. ¿Qué tipo de estímulos capta el sentido del tacto? b. ¿Los gusanos coreanos pueden tener sentido del tacto? Plantea una hipótesis y justifícala. www.science-bits.com 11 Video c. Observa el video de la versión digital de este experimento y explica lo sucedido. d. ¿Confirma este experimento tu hipótesis sobre el sentido del tacto en los gusanos coreanos? Olfato Tal vez los gusanos coreanos tienen sentido del olfato. a. ¿Qué tipo de estímulos capta el sentido del olfato? b ¿Los gusanos coreanos pueden oler? Plantea una hipótesis y arguméntala. Video c. Observa el video de la versión digital de este experimento y explica lo sucedido. d. ¿Confirma este experimento tu hipótesis sobre el sentido del olfato en los gusanos coreanos? Oído Tal vez los gusanos coreanos tienen sentido del oído. a. ¿Qué tipo de estímulos capta el sentido del oído? b. ¿Pueden oír los gusanos coreanos? Plantea una hipótesis y arguméntala. Video c. Observa el video de la versión digital de este experimento y explica lo sucedido. d. ¿Confirma este experimento tu hipótesis sobre el sentido del oído en los gusanos coreanos? 12 www.science-bits.com Los órganos de los sentidos en el gusano coreano Así pues, los gusanos coreanos responden a estímulos lumínicos, mecánicos y químicos. Es decir, en cierto modo, tienen sentido de la vista, del tacto y del olfato. Igual que nosotros tenemos un órgano para cada sentido, los gusanos coreanos también cuentan con estructuras receptoras, especializadas en captar estos estímulos: Imagen La vista se la proporcionan los dos pares de ocelos de la cabeza, que aunque no sirven para formar imágenes, les permiten distinguir la luz de la oscuridad. El sentido del tacto se encuentra repartido por los apéndices de la cabeza y las patas, que tienen células sensibles al contacto. foseta olfativa El olfato se sitúa en una foseta escondida detrás de la cabeza. Los gusanos coreanos no son capaces de percibir los sonidos, por tanto, no tienen sentido del oído, como la mayoría de los invertebrados. ocelos apéndices táctiles Principales estructuras receptoras de los gusanos coreanos Conclusiones Incluso los animales más sencillos están dotados con mecanismos que les permiten captar diversos estímulos ambientales. Los estímulos son cambios en el entorno que pueden ser detectados por un ser vivo y desencadenan una respuesta por parte de este. Para detectar estos estímulos, cada animal posee unas estructuras receptoras especializadas que se encargan de detectar un tipo determinado de estímulos. En un organismo, el nivel de desarrollo de cada sentido depende de los factores del entorno que resultan cruciales para su supervivencia y su reproducción. www.science-bits.com 13 Explicamos Relacionarse con el entorno Video La Mimosa pudica pliega sus hojas cuando algo las toca. Todo organismo vive en relación con el medio y los seres vivos que lo rodean. Estos dos elementos constituyen el entorno de un ser vivo. El entorno de un ser vivo es cambiante: detectar estos cambios y ofrecer una respuesta adecuada es imprescindible para su supervivencia y su reproducción. A través de los procesos de relación, los seres vivos detectan los cambios en las condiciones de su entorno y de su interior, y responden ante ellos de forma adecuada. En los procesos de relación distinguimos tres etapas diferenciadas: Captación de un estímulo por estructuras u órganos receptores. Transmisión del estímulo a los sistemas de coordinación, que interpretan la información y elaboran una respuesta. Ejecución de la respuesta por estructuras u órganos efectores. Imagen La temperatura corporal de las aves se sitúa, en función de su estado de actividad, entre los 37,7 °C y los 43,5 °C. Mantener el equilibrio interno Para sobrevivir, los seres vivos necesitan que las condiciones en su interior se mantengan estables, dentro de ciertos rangos. La temperatura, la cantidad de agua o la concentración de sales minerales y de glucosa en la sangre son ejemplos de estas condiciones internas. Sin embargo, los cambios en el entorno y la propia actividad del organismo pueden causar cambios en estas condiciones internas. La capacidad que tienen los seres vivos de mantener unas condiciones internas estables dentro de unos límites se llama homeostasis. 14 www.science-bits.com Los estímulos Llamamos estímulos a los cambios que se producen en el entorno o en interior de un organismo y que son detectados por este. Imágenes Químicos Físicos Los estímulos pueden ser físicos o químicos, según cuál sea su naturaleza: Lumínicos. Estímulos causados por la radiación lumínica. Las radiaciones lumínicas que los humanos percibimos con los ojos constituyen la luz visible. Mecánicos. Cambios de presión, las fuerzas de contacto o las vibraciones del medio pueden generarlos. El sonido es un vibración del medio y, por tanto, se considera un estímulo mecánico. Eléctricos. Estímulos causados por fenómenos de naturaleza eléctrica. La electricidad generada por los músculos y nervios de los animales puede ser captado por algunos depredadores. Térmicos. Estímulos relacionados con las variaciones de temperatura. Los seres vivos y los objetos emiten calor en función de la temperatura a la que se encuentran. Gravitatorios. La gravedad constituye un estímulo para muchos seres vivos. El campo gravitatorio de la Tierra orienta el crecimiento de las plantas. Magnéticos. Causados por fenómenos de naturaleza magnética. El campo magnético de la Tierra define direcciones y algunos seres vivos se orientan gracias a este campo. Químicos. Causados por la presencia de determinadas sustancias, ya sean disueltas en el aire o en el agua, o formen parte de sólidos. Podemos detectar la presencia de determinadas sustancias químicas en el aire a través del olfato. Apunte La radiación lumínica no solo hace referencia a las ondas electromagnéticas que los humanos podemos ver. También incluye las radiaciones infrarrojas o ultravioletas, invisibles para el ser humano. Los receptores Todos los seres vivos captan estímulos del entorno y de su interior. Los receptores son las estructuras con que los seres vivos captan los estímulos. Imágenes Según su localización, los receptores se clasifican en: Interorreceptores: los interorreceptores —o receptores internos— recogen información sobre las condiciones internas del organismo. Se encuentran situados en el interior y captan fundamentalmente estímulos químicos. www.science-bits.com Exterorreceptores: los exterorreceptores —o receptores externos— proporcionan información al ser vivo acerca de su entorno, por lo que están localizados en la superficie de su cuerpo. Los órganos de los sentidos son exterorreceptores. Propiorreceptores: Estos receptores informan sobre la posición del propio cuerpo, la posición relativa de sus partes o su estado de movimiento. 15 Por otro lado, los receptores pueden tener varios grados de complejidad en los distintos seres vivos: En los seres unicelulares, los receptores son moléculas u orgánulos de la célula. En las plantas, los receptores son células que no forman órganos especializados. Los animales cuentan con estructuras complejas de recepción, conocidas como órganos sensoriales o de los sentidos. Los órganos de los sentidos La mayoría de los animales poseen órganos especializados que les permiten recibir los estímulos externos: los órganos de los sentidos. Imágenes El ojo compuesto de los insectos está formado por múltiples omatidios, que contienen fotorreceptores. Los órganos de los sentidos son estructuras complejas que contienen células receptoras capaces de captar un tipo determinado de estímulo y transmitir esta información a los sistemas de coordinación. Según el tipo de estímulo captado, distinguimos los siguientes tipos de receptores: Lumínicos: los órganos de la vista contienen fotorreceptores: células especializadas en detectar estímulos lumínicos. Estos órganos pueden ser simples, como los ocelos de algunos invertebrados, o complejos, como los ojos de los insectos o los vertebrados. Las víboras americanas tienen unos órganos termorreceptores que se llaman fosetas loreales. Térmicos: los cambios de temperatura en el medio son detectados por células termorreceptoras. Podemos encontrar estos receptores en invertebrados como las garrapatas, en la piel de los mamíferos, o en la cabeza de algunas serpientes. La línea lateral de los peces es un órgano sensorial que detecta las vibraciones del agua. Mecánicos: los mecanorreceptores son células sensibles al contacto y a las vibraciones del medio, presentes en la superficie de la mayoría de los animales. Estos receptores son los encargados de detectar las ondas de sonido en el oído de los vertebrados. Los receptores eléctricos del hocico del ornitorrinco le permiten detectar a sus presas en el fango. Eléctricos: algunos animales, como los tiburones, las rayas y el ornitorrinco, tienen órganos especializados en detectar la electricidad generada por la actividad muscular de sus presas. Las abejas utilizan el campo magnético terrestre para orientarse. Magnéticos: algunos animales —tortugas marinas, delfines, aves migratorias y abejas— usan el campo magnético terrestre para orientarse. El mecanismo es aún poco conocido, pero podría estar relacionado con la presencia en algunas células de magnetita, un mineral magnético que actuaría a modo de brújula. Los quimiorreceptores de los órganos del olfato y el gusto detectan sustancias presentes en el medio. Químicos: las células especializadas en detectar la presencia de sustancias en el medio son quimiorreceptores. Están presentes en los órganos del olfato y el gusto de los vertebrados, así como en las antenas y otros apéndices de los artrópodos. 16 www.science-bits.com La coordinación Los seres pluricelulares, y en especial los animales, necesitan que todas sus células, tejidos y órganos funcionen de forma organizada y coordinada. Solo así es posible dar respuestas adecuadas a los cambios en el entorno y en su interior. Esquemas Los sistemas coordinadores son los responsables de: Recibir la información de los receptores (órganos y células). Interpretar la información recibida y elaborar una respuesta adecuada. Activar los órganos necesarios para llevar a cabo dicha respuesta. Hay dos grandes tipos de coordinación: médula espinal encéfalo Nerviosa: La coordinación nerviosa es exclusiva de los animales y se realiza a través del sistema nervioso. Permite elaborar respuestas inmediatas y de efectos poco duraderos. nervios glándulas suprarrenales glándula pineal hipotálamo hipófisis paratiroides tiroides testículos páncreas El sistema nervioso es una red de células especializadas —las neuronas— que gestiona información mediante impulsos eléctricos. Hormonal: La coordinación hormonal existe tanto en animales como en plantas. Se realiza a través de hormonas que actúan como señales químicas. Estas sustancias —producidas por células u órganos especializados— desencadenan respuestas lentas pero duraderas en otras células, tejidos y órganos. En los vertebrados, las hormonas son producidas en unos órganos especializados llamados glándulas endocrinas. La coordinación en los animales El sistema nervioso El sistema nervioso es el conjunto de estructuras y órganos que recibe y procesa la información captada por los receptores y coordina la actividad de los órganos efectores, que ejecutan las respuestas. Animación Distintos grados de complejidad del sistema nervioso El sistema nervioso está formado por células nerviosas o neuronas, que se organizan en tejidos y órganos especializados. Todos los animales —a excepción de las esponjas— tienen algún tipo de sistema nervioso, de mayor o menor complejidad. Cuanto más desarrollado sea el sistema nervioso de un animal, más complejas podrán ser sus respuestas. El sistema nervioso otorga a los animales una rapidez de respuesta que los distingue de los demás seres pluricelulares, como las plantas, los hongos y las algas. www.science-bits.com 17 encéfalo nervio cerebro cordón nervioso ganglios Invertebrados: en los artrópodos, los anélidos y muchos moluscos, las neuronas se encuentran organizadas en nervios y cordones nerviosos. Los cordones conectan entre sí con los ganglios, agrupaciones de neuronas. El ganglio de la cabeza, más desarrollado, suele denominarse cerebro. médula espinal nervios Vertebrados: los vertebrados poseen un sistema nervioso complejo formado por unos órganos centrales muy desarrollados, el encéfalo y la médula espinal, y una red de nervios que se extienden por todo el cuerpo. red de neuronas Medusas: el sistema nervioso en las medusas y los pólipos es muy simple. Consiste en una red neuronal poco densa que recorre el cuerpo del animal. El sistema nervioso de los vertebrados Animación Los nervios motores transmiten la información desde los centros nerviosos hasta los órganos efectores —músculos y glándulas secretoras—, que se encargan de ejecutar las respuestas. nervios motores Los animales vertebrados, entre los que se encuentra el ser humano, presentan un sistema nervioso complejo con una estructura similar. En el sistema nervioso de los vertebrados distinguimos dos partes: Centros nerviosos: son el encéfalo y la médula espinal, que están protegidos por el cráneo y la columna vertebral, respectivamente. Estos órganos, donde se concentra un gran número de neuronas, se encargan de recibir y procesar la información captada por los receptores y elaborar respuestas adecuadas. Nervios: los nervios son haces de neuronas que transmiten la información, a través de impulsos eléctricos, desde los receptores a los centros nerviosos y desde estos a los efectores. En los seres humanos, el elevado grado de complejidad del cerebro, una de las partes del encéfalo, ha permitido el desarrollo de habilidades cognitivas como el lenguaje, el razonamiento, las emociones o el pensamiento abstracto. Las neuronas Las neuronas son células especializadas en la elaboración y transmisión de impulsos nerviosos de naturaleza eléctrica. Podemos distinguir tres tipos de neuronas: Sensitivas: son las responsables de captar los estímulos externos. Motoras: se encargan de enviar las respuestas de los centros nerviosos hacia los órganos efectores. Integradoras: se conectan con otras neuronas formando redes neuronales en los centros nerviosos y participan en la elaboración de las respuestas. 18 www.science-bits.com Las neuronas tienen un cuerpo celular —soma— que contiene el núcleo, y diversas prolongaciones filamentosas —axones y dendritas— mediante las que se conectan a otras neuronas u otras células, estableciendo unas uniones llamadas sinapsis. Interactividad El soma o cuerpo celular de una neurona contiene el núcleo. Sinapsis El axón es la prolongación más larga de la célula. Es la única prolongación que conduce impulsos nerviosos de salida, es decir, que viajan hacia otras neuronas o células efectoras. Soma Las dendritas son prolongaciones cortas que, generalmente, conducen impulsos nerviosos de entrada, es decir, que llegan a la neurona desde otras neuronas. Las sinapsis son las conexiones entre el axón de una neurona y otra neurona o célula efectora. En el extremo del axón, el impulso nervioso provoca la liberación de neurotransmisores, sustancias que transmiten el impulso entre las células. Axón Dendritas El sistema endocrino El sistema endocrino es un sistema de coordinación que actúa por medio de mensajeros químicos que se denominan hormonas. Las hormonas son producidas por células secretoras en unos órganos llamados glándulas endocrinas. Las glándulas endocrinas liberan las hormonas al torrente sanguíneo, que las transporta hasta determinados tejidos u órganos diana, donde desencadenan una respuesta concreta. glándula pineal paratiroides tiroides glándulas suprarrenales Las hormonas se clasifican en diferentes tipos, según las células que estimulan y la reacción que provocan en ellas. Las hormonas tienen gran importancia en el control del crecimiento, del desarrollo, de la reproducción y del funcionamiento general del organismo. Galería hipotálamo hipófisis páncreas ovarios Principales glándulas endocrinas en el ser humano. La coordinación en las plantas Las hormonas vegetales Las plantas no tienen un sistema nervioso que les permita elaborar respuestas complejas e inmediatas a los estímulos. Sin embargo, la comunicación y coordinación entre los diferentes tejidos y órganos de la planta es posible gracias a las hormonas. Imágenes El etileno es la hormona vegetal que provoca la maduración de los frutos. Las hormonas vegetales son sustancias que regulan y coordinan los procesos vitales de las plantas. Las hormonas vegetales son producidas por las células que reciben los estímulos. Estas células no están agrupadas en glándulas y se suelen encontrar en el ápice de los tallos y las raíces. www.science-bits.com 19 La auxina es una hormona vegetal que activa el crecimiento de los tallos. Las hormonas producidas son transportadas hasta las células o tejidos diana, donde desencadenarán una respuesta. El transporte se realiza por los vasos conductores, a través de las células o incluso por el aire. Las hormonas vegetales regulan procesos como el crecimiento, la floración, la maduración de los frutos, la caída de las hojas o la producción de determinadas sustancias. Las respuestas Imagen La cabeza floral de los girasoles jóvenes gira para orientarse hacia el Sol. Las respuestas son las reacciones de los seres vivos frente a los estímulos captados por sus receptores. Las respuestas de los seres vivos pueden implicar el movimiento del organismo o de alguna de sus partes, la secreción de sustancias o el crecimiento. Los efectores son órganos, tejidos o células que ejecutan respuestas. El grado de complejidad de la respuesta de un ser vivo depende del grado de desarrollo de los sistemas coordinadores. Gracias al sistema nervioso, las respuestas en los animales pueden ser mucho más rápidas y complejas que en el resto de los seres vivos. Las respuestas de los animales Las respuestas coordinadas por el sistema nervioso de los animales se caracterizan por ser extremadamente rápidas, específicas y poco duraderas. Videos Distinguimos dos tipos de respuestas, según si son ejecutadas por músculos o por glándulas: El parpadeo, la contracción de los intestinos o el movimiento de una extremidad son respuestas motoras. Respuestas motoras: consisten en movimiento, y los órganos efectores que las realizan son los músculos, ya sean del aparato locomotor o de las vísceras. La producción de sudor y de saliva son respuestas secretoras. Respuestas secretoras: consisten en la producción y la secreción de sustancias. Los órganos efectores que las llevan a cabo son las glándulas. Gracias a sus dos sistemas coordinadores, los animales son capaces de dar respuestas rápidas —como huir de un depredador— o lentas —como la metamorfosis de algunos insectos—. Las respuestas prolongadas y cíclicas que implican a varios órganos son coordinadas por el sistema endocrino. 20 www.science-bits.com Así pues, las hormonas controlan las respuestas asociadas al ciclo vital del animal —que implican a buena parte de sus órganos—, como por ejemplo las fases del desarrollo o los ciclos reproductivos. La producción de leche después del parto en las hembras de los mamíferos es una respuesta coordinada por hormonas. Durante la hibernación, las hormonas de los osos ayudan a frenar su metabolismo. Las hormonas son las responsables de los ciclos de apareamiento de la mayoría de las especies. Galería En invierno, el sistema endocrino de muchos mamíferos provoca que el pelaje se espese para combatir el frío. Las respuestas de las plantas Las respuestas de las plantas son más lentas y menos evidentes que las de los animales. Distinguimos dos tipos de respuestas características: Tropismos: son respuestas prolongadas ante un estímulo constante que determina la dirección del crecimiento de la planta. Se dice que el tropismo es positivo si la planta crece atraída por el estímulo, y negativo en caso de que se aleje de este. Geotropismo negativo Imágenes y videos Quimiotropismo positivo Tierra húmeda Geotropismo positivo Fototropismos: el estímulo es la luz. En general, las plantas presentan fototropismo positivo, pues la luz es esencial para realizar la fotosíntesis. Geotropismos: también llamados gravitropismos, el estímulo es la gravedad. Las raíces de las plantas presentan geotropismo positivo, mientras que los brotes presentan geotropismo negativo. Quimiotropismos: el estímulo son ciertas sustancias químicas. Las raíces presentan quimiotropismo positivo hacia el agua (también llamado hidrotropismo) y negativo hacia la sal. Tigmotropismos: el estímulo es el contacto con algún objeto. Las plantas trepadoras desarrollan filamentos con tigmotropismo positivo que se enrollan alrededor de los objetos que encuentran. Nastias: son respuestas transitorias y reversibles ante un estímulo puntual. No están influenciadas por la dirección del estímulo ni son orientadas por este. Nictinastias: el estímulo es el cambio de luz en la sucesión día-noche. Las hojas y los pétalos de las flores de muchas plantas se extienden o se repliegan en función de si es de día o de noche. www.science-bits.com Hidronastias: respuestas a la disponibilidad de agua. Muchas plantas se marchitan por la falta de agua y recuperan su turgencia en cuanto vuelven a disponer de ella. Sismonastias: son activadas por estímulos mecánicos. Algunas plantas carnívoras presentan hojas especializadas que se cierran cuando algún insecto estimula los pelos sensibles de su superficie. Termonastias: son respuestas desencadenadas por cambios de temperatura. Algunas plantas, como el tulipán, abren y cierran sus flores en función de la temperatura. 21 Además de regular los tropismos y las nastias, las hormonas vegetales coordinan otras respuestas: Galería Las ponsetias florecen cuando los días se acortan. Regulan la floración y la maduración de los frutos, según la cantidad de horas de luz diarias que recibe la planta. Las espinacas florecen en primavera y verano, cuando hay más horas de sol diarias. En cambio, las ponsetias florecen en otoño e invierno, cuando los días tienen menos horas de luz solar. Regulan la caída de hojas de las plantas caducifolias. Las hojas de los árboles caducifolios cambian de color durante el año y se desprenden de las ramas durante el otoño. Tanto la floración como la caída de hojas son respuestas de las plantas a las condiciones climáticas de su entorno. Las respuestas de los organismos unicelulares Los seres unicelulares también elaboran respuestas. Puesto que estos organismos no cuentan con sistemas de coordinación, sus respuestas son simples, y las clasificamos en: Respuestas estáticas: consisten en la producción y secreción de sustancias y no implican movimiento. Ante condiciones del medio adversas, muchos seres unicelulares responden formando una cubierta que los aísla del medio temporalmente. Videos Respuestas dinámicas o tactismos: son respuestas que implican movimiento. Son tactismos positivos si el organismo se mueve hacia el estímulo, o negativos, si se aleja. Se clasifican en: Las amebas se desplazan deformando su citoplasma y proyectando sus prolongaciones en la dirección del movimiento. Ameboides: se realiza mediante la deformación y la proyección de grandes prolongaciones de citoplasma, llamadas pseudópodos. La superficie de los paramecios está recubierta por miles de cilios que actuan como remos. Vibrátiles: consiste en la vibración de apéndices celulares que impulsan la célula. Estos apéndices se llaman cilios o flagelos según su tamaño, el número y el tipo de movimiento. Los protozoos del género Vorticella se mueven contrayendo y relajando el cuerpo celular. Contráctiles: consiste en la contracción súbita de la célula, y es característica de protozoos que viven fijados al sustrato, sin poder desplazarse. 22 www.science-bits.com El comportamiento El comportamiento de un ser vivo es el conjunto de respuestas que ofrece ante los estímulos. En seres unicelulares y plantas, el comportamiento es muy predecible porque los patrones estímulo-respuesta son sencillos y varían muy poco. En animales, en cambio, el desarrollo del sistema nervioso ha dado lugar a comportamientos más complejos. La etología es la ciencia que estudia el comportamiento de los animales. Imágenes Podemos distinguir dos tipos de comportamiento animal: Adquirido Es el comportamiento que los animales desarrollan tras relacionarse con su entorno. Requiere de un aprendizaje basado en la experiencia y es modificable. Innato Es el comportamiento que cada especie animal hereda biológicamente —como cualquier rasgo físico o fisiológico propio de la especie— y que se manifiesta sin que haya sido aprendido. Los leones jóvenes aprenden a cazar observando a sus mayores y practicando repetidas veces. De forma innata —sin haberlo aprendido antes— diferentes especies de arañas tejen telarañas de diseños distintivos y específicos. El comportamiento innato El comportamiento innato de un animal está determinado por su material genético, igual que cualquier otro carácter hereditario. Los comportamientos innatos se han desarrollado a lo largo de la evolución de la especie y constituyen adaptaciones de la especie a su medio natural. Sin embargo, no pueden modificarse, por lo que pueden dejar de ser útiles si el entorno del animal cambia de forma súbita. De forma innata, los gatos cubren sus excrementos con tierra. En caso de realizar sus deposiciones sobre otro tipo de superficie, sin tierra, de igual manera rascan el suelo como si fueran a cubrirlas. El comportamiento innato incluye los reflejos y los instintos. www.science-bits.com Los reflejos son respuestas automáticas, involuntarias e inmediatas, coordinadas por el sistema nervioso pero que no llegan a ser procesadas por el encéfalo. Los receptores de dolor de la piel detectan el estímulo y envían una señal que circula por los nervios sensitivos. Los instintos son respuestas complejas que requieren de una acción prolongada del animal, el cual actúa empujado por un ansia provocada por determinados estímulos. Las tortugas marinas recién nacidas se arrastran instintivamente hacia el mar. 23 El comportamiento adquirido El comportamiento adquirido es aquel que el animal desarrolla a través del aprendizaje. Imagen La capacidad de aprender de un animal depende de la complejidad de su sistema nervioso. Las aves saben volar de forma innata, pero solo con la práctica consiguen perfeccionar su técnica de vuelo. En los vertebrados, y especialmente en los mamíferos, el aprendizaje resulta muy importante para la supervivencia. Mediante el aprendizaje, muchos animales pueden modificar las respuestas innatas a los estímulos. La habilidad del animal para la realización de una conducta innata puede perfeccionarse con el aprendizaje. Además, ciertos comportamientos innatos solo se desarrollan por completo si el animal recibe los estímulos oportunos y tiene la oportunidad de practicar las respuestas y aprender. La comunicación en los seres vivos Imagen Además de responder a los estímulos del medio, los seres vivos responden a estímulos producidos por otros seres vivos. Esto les otorga la capacidad de comunicarse. La comunicación es la capacidad que tienen los seres vivos de transmitirse información mediante estímulos que provocan respuestas en los seres vivos que los reciben. Para que haya comunicación es necesario: Un organismo emisor que genere estímulos detectables por otros seres vivos. Un organismo receptor que capte los estímulos y responda a ellos. Según el tipo de estímulos, la comunicación puede ser: Comunicación visual La comunicación visual se realiza mediante la emisión de estímulos que pueden ser captados por los órganos de visión de los animales. 24 Comunicación acústica La comunicación acústica se realiza mediante la emisión de estímulos sonoros, que pueden ser captados por los receptores mecánicos de vibraciones, como los órganos auditivos. Comunicación química Se realiza mediante la emisión de sustancias como las feromonas —señales químicas detectables por animales— o algunas hormonas vegetales que se propagan por el aire y sirven de alerta a otras plantas ante los depredadores. www.science-bits.com Elaboramos Comportamientos extraños Imagen Los procesos de relación de los seres vivos con su entorno son muy diversos y, en ocasiones, sorprendentes. Para dar a conocer algunos de estos procesos, has creado un blog. En él, los lectores te preguntan acerca de comportamientos extraños que han observado en animales y plantas. A continuación, deberás atender las primeras consultas. Es importante responder cada cuestión de manera que los lectores —que no son especialistas en la materia— comprendan las explicaciones. Lee las consultas de tus lectores e investiga sobre los casos que te plantean, para poder proporcionar una respuesta satisfactoria que explique cada comportamiento extraño. Redacta las respuestas en el espacio reservado a tal efecto. Tus respuestas deben contener la información siguiente: El tipo de estímulo que desencadena el comportamiento. Los receptores que utiliza el ser vivo para percibir el estímulo. El sistema de coordinación implicado en la respuesta. Los órganos efectores que participan en la respuesta. El tipo de respuesta proporcionada: motora, nastia, innata, etc. 25 Tarea Termitas y bolígrafos Consulta Hoy, en clase, hemos dibujado un círculo con bolígrafo rojo en un papel. Entonces, encima hemos colocado cuidadosamente una termita y se ha puesto a dar vueltas y vueltas siguiendo la línea roja. ¿A qué se debe este comportamiento de la termita? Egon – Hamburgo, Alemania Respuesta Perros y ambulancias Consulta Cuando pasa una ambulancia por la calle con la sirena en marcha, los perros del vecindario empiezan a aullar. ¿Por qué lo hacen? Respuesta Imelda – Manila, Filipinas Pinos e incendios Consulta Un amigo que es guarda forestal en Baja California, me ha contado que el pino obispo es un árbol que necesita que haya un incendio para que sus semillas se propaguen y germinen. ¿Es esto posible? Respuesta Brooke – San Diego, California Gatos y ronroneos Consulta ¿Por qué ronronean los gatos? ¿Cómo producen ese curioso sonido? Mi gato ronronea cuando está relajado y también cuando se enfada. ¿Por qué lo hace? Yumiko – Kagoshima, Japón Respuesta 26 www.science-bits.com EJERCICIOS Relacionarse con el entorno 1. Los elementos del proceso de relación Identifica cada uno de los elementos del proceso de relación en las siguientes situaciones. «Mi perro se pone a ladrar en cuanto suena el timbre de casa». a Oído Estímulo a Músculos y pulmones Receptor a Timbre Coordinador a Ladrido Efector a Sistema nervioso Respuesta «Mi perro se pone a salivar tan pronto como huele la comida». a Olor de la comida Estímulo a Salivación Receptor a Glándulas salivares Coordinador a Sistema nervioso Efector a Olfato Respuesta Mantener el equilibrio interno 2. La regulación de la temperatura interna Los animales necesitan mantener a su organismo dentro de un intervalo de temperaturas para poder sobrevivir. Los animales que mediante procesos fisiológicos mantienen una temperatura interna casi constante, independientemente de la temperatura de su entorno, se denominan endotermos. Los animales que no mantienen una temperatura interna constante, sino que varía con la temperatura del entorno, se llaman ectotermos. Para regular su temperatura, estos animales adoptan conductas que les permiten aprovechar las fuentes de calor del entorno, como la luz solar. La mayoría de los animales son ectotermos. Los mamíferos y las aves son animales endotermos. 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 Esta gráfica muestra la variación de la temperatura interna de un animal A, el mismo día y en el mismo lugar. 38 Temperatura (ºC) Temperatura (ºC) Esta gráfica muestra la variación de la temperatura a lo largo de un día en un lugar determinado. 37,5 37 36,5 2 4 6 8 10 12 14 Hora 16 18 20 22 36 2 4 6 8 10 12 14 Hora 16 18 20 22 a. ¿Cuál es la temperatura máxima alcanzada? d. ¿Cuál es la temperatura máxima alcanzada? b. ¿Cuál es la temperatura mínima alcanzada? e. ¿Cuál es la temperatura mínima alcanzada? c. ¿Cuál es la variación total de temperatura en este día? f. ¿Cuál es la variación de temperatura del animal A? www.science-bits.com 27 EJERCICIOS Temperatura (ºC) Esta gráfica muestra la variación de la temperatura interna de un animal B, que estaba en el mismo lugar, durante el mismo día. 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 g. ¿Cuál es la temperatura máxima alcanzada? h. ¿Cuál es la temperatura mínima alcanzada? i. ¿Cuál es la variación de temperatura del animal B? j. ¿Cuál de los dos animales es endotermo y cuál es ectotermo? 2 4 6 8 10 12 14 Hora 16 18 20 22 k. Sabiendo que uno de los dos animales es un suricata y el otro una serpiente, indica cuál de ellos es A y cuál es B. l. Clasifica los siguientes animales según si son endotermos o ectotermos. Busca información si es necesario. a. Rana b. Elefante c. Gusano coreano d. Pingüino e. Ser humano f. Tiburón g. Hormiga h. Cocodrilo i. Delfín j. Gallina Los estímulos 3. Tipos de estímulos Indica a qué clase de estímulos corresponden los siguientes conceptos. Color Calor Ruido Brillo Caricia Hedor Aroma Música Amargo 28 www.science-bits.com EJERCICIOS 4. Estímulos en una situación Identifica los estímulos que percibes en cada situación. Situación A: 1. Ves una manzana apetitosa. 2. Coges la manzana y notas que está fría. 3. Percibes, con la mano, que su piel es suave. 4. Oyes cómo cruje la manzana al morderla. 5. Masticas la fruta y notas su sabor dulce. 6. Adviertes que su textura es harinosa. 7. Emana un olor agradable de la manzana mordida. Situación B: 1. Entras en un coche nuevo y observas que está impecable. 2. Notas la tapicería caliente, pues estaba estacionado al sol. Los órganos de los sentidos 6. Conos y bastones El ojo de los vertebrados cuenta con dos tipos de células fotorreceptoras: los conos y los bastones. Los conos son los responsables de detectar los colores y registrar los detalles de las imágenes. Los conos están situados en el centro de la retina, preparados para captar los detalles de aquello que miramos fijamente. Los bastones son muy sensibles a cambios en la intensidad de la luz y detectan los movimientos. Los bastones suelen concentrarse en la periferia de la retina y nos permiten captar todo aquello que se mueve a nuestro alrededor para advertirnos del peligro. Cuando hay poca luz, los conos no se activan, y la detección es realizada por los bastones. Por eso, en estas condiciones, no distinguimos colores. 3. Puedes oler el ambientador de limón. 4. Adviertes que el motor es muy silencioso. 5. Lees los valores de las temperaturas interior y exterior del vehículo en el panel de mandos. 6. Notas que la tapicería es áspera. 7. Constatas que el aire acondicionado refresca el ambiente rápidamente. Los receptores 5. Sobre los receptores Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. Los órganos de los sentidos solamente captan estímulos externos. Los propiorreceptores permiten conocer la postura del propio cuerpo. Los órganos de los sentidos corresponden al grupo de los exterorreceptores. Los interorreceptores recogen la información que procede de los órganos de los sentidos. Los órganos de los sentidos permiten conocer el estado interno del organismo. Los seres vivos cuentan con receptores que les informan sobre el estado de su propio organismo. www.science-bits.com Indica si en los ojos de estos animales predominan los conos o los bastones. El águila tiene una vista extraordinaria que le permite captar hasta el último detalle a una gran distancia. El búho puede localizar a sus presas de noche gracias a su vista, preparada para captar hasta los más tenues rayos de luz. La mayoría de los mamíferos herbívoros tienen la vista preparada para percibir cualquier leve movimiento que se produzca a su alrededor y estar alerta ante los depredadores. Los seres humanos gozamos de una visión rica en colores y detalles. Los lobos no poseen una gran agudeza visual, pero tienen una excelente percepción de movimientos y visión nocturna. 29 EJERCICIOS 7. Contaminación acústica en los océanos Lee este texto y responde las preguntas que se plantean a continuación. Los cetáceos, como los delfines y las ballenas, utilizan el sonido para comunicarse; para decir “¡eh, estoy aquí!” y para preguntar “¿dónde estáis?”. Esto les resulta esencial para socializarse y encontrar pareja reproductiva. Además, todos los delfines y algunas ballenas usan el sonido para navegar y localizar sus presas. Para ello utilizan un sistema de ecolocalización: emiten gritos en forma de ultrasonidos; éstos rebotan en los objetos que los rodean y vuelven a sus oídos, permitiendo su localización. Sin embargo, el rugido de los motores de los barcos, los estudios sísmicos que llevan a cabo las compañías de gas y petróleo y los sonares militares, entre muchas otras actividades humanas, han elevado los niveles de ruido de los océanos, hecho que dificulta la comunicación y la ecolocalización de los cetáceos. De acuerdo con un estudio impulsado por la IFAW (International Fund for Animal Welfare), la distancia máxima a la que las ballenas azules pueden comunicarse se ha reducido en un 90% como resultado de los elevados niveles de ruido. La contaminación acústica de los océanos también podría ser la causa de muchos de los varamientos de ballenas en las playas. Muchos cetáceos varados presentan lesiones en sus tejidos parecidas a las de los buceadores que padecen el llamado mal del buceo. Estas lesiones son causadas por el brusco cambio de presión que se experimenta cuando se asciende demasiado deprisa desde las profundidades. Los expertos sugieren que estos animales podrían asustarse debido a los estridentes sonidos que producen los sonares militares y los equipos de prospección del fondo marino. Asustados, subirían hacia la superficie más rápido de lo que sus cuerpos son capaces de soportar. b. ¿Qué efecto o efectos produce en los cetáceos la contaminación acústica de los océanos? q Dificulta la localización de presas. q Reduce el tiempo que pueden permanecer sumergidos. q Provoca accidentes por descompresión. q Debilita su sentido auditivo. c. Las ballenas azules son los animales más grandes del planeta. Vagan solitarias por los océanos y solo se reúnen para reproducirse. El grito de una ballena azul, en condiciones normales, puede ser captado por otra ballena azul a 1.600 km. ¿A qué distancia llegan ahora sus gritos, según el informe de la IFAW? d. ¿Cuál podría ser la causa de muchos de los varamientos de ballenas en las playas de todo el planeta? q Las ballenas actúan como si las llamaran desde las playas. q El ruido desorienta a las ballenas que tratan de ir tierra adentro. q Los ruidos que generan determinados dispositivos humanos asustan a las ballenas y provocan que emerjan a la superficie demasiado rápido. 8. Engañar a los sentidos Algunos organismos tienen la capacidad de camuflarse con su entorno y pasar inadvertidos a los sentidos de otros seres vivos. La capacidad de un ser vivo de parecerse a su entorno se conoce con el nombre de cripsis. También hay otros organismos que se parecen a los organismos de otra especie para hacerse pasar por ellos. La capacidad de un ser vivo de parecerse a un organismo de otra especie se llama mimetismo. a. ¿Qué tipo de estímulos utilizan los cetáceos para comunicarse y navegar? q Estímulos físicos de tipo térmico q Estímulos químicos de tipo olfativo q Estímulos físicos de tipo mecánico q Estímulos físicos de tipo lumínico Insecto palo casi invisible entre las ramas 30 www.science-bits.com EJERCICIOS a. Indica, en cada caso, a qué sentido engañan estos animales crípticos o miméticos. b. Indica si los siguientes casos corresponden a cripsis o a mimetismos. Algunas polillas generan ondas que interfieren con la ecolocalización de los murciélagos, que se guían por el eco de los sonidos que emiten. Los polluelos del mochuelo de madriguera, cuando perciben enemigos, emiten un sonido similar al del cascabel de una serpiente. Las sepias adoptan el color de su entorno para camuflarse. Algunas orquídeas liberan sustancias químicas parecidas a las que usan algunas hembras de avispa para atraer a los machos. Las percas pirata se camuflan químicamente para no ser detectadas por sus presas, cuyos huevos y juveniles quedarán a merced de estas. En invierno, la liebre ártica presenta un pelaje blanco, como el color de la nieve; y en verano, un pelaje marrón. Las larvas de algunas mariposas imitan el sonido de las larvas de hormiga para recibir los cuidados de las hormigas obreras. Las mantis se parecen a la vegetación que las rodea y se balancean como la hierba sacudida por el viento. La coordinación 9. Sobre los sistemas coordinadores Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. El sistema de coordinación hormonal actúa de forma más rápida que el sistema nervioso. Los sistemas de coordinación permiten la comunicación entre las distintas células que constituyen un organismo. El sistema nervioso es un sistema de coordinación exclusivo de los animales. Los sistemas de coordinación elaboran las respuestas que el organismo debe proporcionar ante cada estímulo. Los sistemas de coordinación actúan como intermediarios entre los receptores y los efectores. La coordinación es necesaria tanto en los animales como en las plantas. El sistema nervioso 10. ¿Tienen sistema nervioso? Clasifica los siguientes organismos según si tienen o no sistema nervioso. Busca información si es necesario. a. Ameba b. Seta c. Estrella de mar d. Medusa e. Esponja f. Insecto g. León h. Planta i. Gusano coreano j. Ser humano www.science-bits.com 31 EJERCICIOS El sistema nervioso de los vertebrados 11. Elementos del sistema nervioso a. Identifica los elementos del sistema nervioso y los órganos efectores representados en el esquema. Nervio Encéfalo Médula espinal Músculo Glándula b. ¿Qué tipo de nervios transportan la información sobre los estímulos hacia los centros nerviosos? c. ¿Qué tipo de nervios transportan la información sobre las respuestas hacia los órganos efectores? Las neuronas 12. Partes de una neurona Identifica los siguientes elementos en esta representación de una conexión entre neuronas. Soma Axón Dendrita Sinapsis 13. Venenos que atacan al sistema nervioso Algunos animales producen sustancias que resultan dañinas para otros seres vivos. Estas sustancias reciben el nombre de venenos o toxinas e intervienen bloqueando procesos fisiológicos esenciales. Algunos venenos afectan al sistema nervioso. ¿Sobre qué elementos de la conexión entre neuronas actúan estos venenos? La toxina que produce el pez globo altera la membrana de las neuronas e impide que el impulso nervioso pueda desplazarse a lo largo de sus prolongaciones celulares. Esta toxina actúa sobre ........... . El veneno de la cobra actúa bloqueando la recepción de neurotransmisores, e impide la comunicación entre dos neuronas. Este veneno actúa sobre ........... . 32 www.science-bits.com EJERCICIOS 14. El axón gigante del calamar Lee este texto y responde las preguntas que se plantean a continuación. En 1963, Alan Hodgkin y Andrew Huxley recibieron el Premio Nobel de Medicina y Fisiología por descubrir de qué manera viaja el impulso nervioso a lo largo de los axones de las neuronas. Para realizar su descubrimiento, los investigadores necesitaron encontrar previamente un axón de grandes dimensiones que les permitiera introducir en él unos electrodos con los que registrar lo que ocurría en su interior. Puesto que ambos trabajaban en un laboratorio de biología marina, en la ciudad inglesa de Plymouth, acabaron encontrando estos axones en un calamar. Los calamares, así como otros animales, tienen algunas neuronas dotadas de axones extraordinariamente grandes —si tenemos en cuenta que estamos hablando de células—, cuyo diámetro alcanza un milímetro. ¿Cómo se explica este grosor? Se ha demostrado experimentalmente que los impulsos nerviosos viajan más deprisa por el axón cuanto más grueso es este. En los calamares, estas neuronas están implicadas en la activación de la respuesta de huida ante la detección de un depredador. Así, sus axones gigantes permiten al sistema nervioso central enviar a los músculos la orden de contraerse y activar la propulsión a chorro con gran rapidez. Por lo tanto, la rapidez con que circula el impulso nervioso por estas neuronas es esencial para la supervivencia del calamar. a. ¿Sobre qué trata el texto? q Sobre el papel de los axones de los calamares gigantes en la investigación del comportamiento de este animal. q Sobre la importancia de los axones gigantes del calamar para el estudio del impulso nervioso y sobre los motivos de sus dimensiones. q Sobre el Premio Nobel de Medicina y Fisiología de 1963 y su relación con los calamares gigantes. c. ¿Qué información viaja por los axones gigantes del calamar? q Información captada por los receptores q Información elaborada por los centros nerviosos q Información sobre el estado interno del organismo d. ¿Por qué los investigadores que se citan en el texto trabajaron con axones de calamar? q Porque los calamares son los únicos seres que presentan axones tan grandes como para poder introducirles electrodos. q Porque los calamares gigantes presentan neuronas y axones gigantes, a diferencia de otros organismos más pequeños. q Porque necesitaban axones muy grandes, como los que poseen estos animales, y en su centro de investigación los tenían a mano. e. ¿Por qué son tan grandes los axones de los calamares? q El impulso nervioso viaja más rápido cuanto mayor es el axón, asegurando respuestas motoras veloces ante estímulos que requieren de inmediatez. q Los axones de los calamares gigantes son muy grandes porque su tamaño está en relación con el tamaño del animal, el mayor invertebrado conocido. q Al ser tan anchos, los axones del calamar permiten enviar más información y conseguir respuestas más elaboradas y precisas. f. ¿Por qué motivo Alan Hodgkin y Andrew Huxley ganaron el Premio Nobel de Medicina y Fisiología en 1963? q Por descubrir cómo se propaga el impulso nervioso por el axón. q Por descubrir la relación entre la velocidad de propagación del impulso nervioso y el grosor del axón. q Por explicar la respuesta de evasión de los calamares. b. ¿Qué tipo de neuronas poseen axones gigantes en los calamares? q Neuronas motoras q Neuronas integradoras q Neuronas sensitivas www.science-bits.com 33 EJERCICIOS El sistema endocrino 15. Procesos que regulan las hormonas animales Busca información y asocia cada hormona animal con el proceso en el que participa. Melatonina Vasopresina Calcitonina Eritropoyetina Gastrina Somatotropina Insulina Prolactina Testosterona Estradiol a Induce la captación de calcio en los huesos. a Estimula el crecimiento del organismo. a Causa el sueño. a Activa la captación de glucosa por las células. a Estimula el desarrollo de los caracteres sexuales masculinos. a Provoca la secreción de ácido gástrico. a Estimula la producción de leche. a Estimula la producción de glóbulos rojos. a Retiene agua en el riñón. a Estimula el desarrollo de los caracteres sexuales femeninos. Las hormonas vegetales 16. Procesos que regulan las hormonas vegetales Busca información y asocia cada hormona vegetal con el proceso en el que participa. Ácido salicílico Auxina Etileno Giberelina a Activa la producción de sustancias defensivas contra las infecciones. a Estimula la germinación de las semillas. a Promueve la maduración de los frutos y la caída de las hojas. a Causa el crecimiento de tallos y raíces. 17. Acerca de las hormonas vegetales Indica si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones. Las hormonas vegetales solo actúan sobre las propias células que las producen. Las hormonas vegetales viajan a través de los vasos sanguíneos de las plantas. La producción de hormonas vegetales suele concentrarse en el ápice de tallos y raíces. El sistema hormonal de las plantas permite respuestas rápidas y eficaces a los estímulos del ambiente. Las hormonas vegetales son producidas en glándulas especializadas. Las hormonas vegetales pueden actuar sobre células que están lejos de los ápices de tallos y raíces. 34 www.science-bits.com EJERCICIOS Las respuestas de los animales 18. ¿Motoras o secretoras? Clasifica las siguientes respuestas animales mediadas por el sistema nervioso en motoras o secretoras. a. Parpadear b. Moquear c. Sudar d. Saltar e. Gritar f. Salivar g. Masticar h. Llorar i. Sonreír j. Respirar 19. Sistema nervioso vs. sistema endocrino Completa la siguiente tabla comparativa con los términos adecuados. Sistema nervioso Sistema endocrino Velocidad de la respuesta [ lenta / rápida ] [ lenta / rápida ] Duración de la respuesta [ prolongada / breve ] [ prolongada / breve ] Canal de transmisión [ nervios / vasos sanguíneos ] [ nervios / vasos sanguíneos ] Señal transmitida [ impulsos eléctricos / hormonas ] [ impulsos eléctricos / hormonas ] Las respuestas de las plantas 20. Respuestas de las plantas Relaciona las respuestas de las plantas de cada ejemplo con el nombre que corresponde (fototropismo, tigmotropismo, nictinastia o sismonastia). a. Estos brotes crecen curvados, buscando la fuente de luz. b. Las hojas compuestas de la falsa acacia se pliegan cuando llega la noche. www.science-bits.com c. La atrapamoscas cierra sus hojas cuando detecta sobre ellas el contacto de un insecto. d. Las hojas de la planta Mimosa pudica se pliegan al detectar contacto. e. Esta enredadera crece enrollándose alrededor de la reja. 35 EJERCICIOS 21. ¿Tropismos o nastias? Indica si los siguientes enunciados hacen referencia a tropismos, a nastias, o a ambos tipos de respuestas. Implican el crecimiento de la planta en una determinada dirección. Son respuestas relativamente rápidas. Una vez ejecutadas, estas respuestas no pueden revertirse. Son respuestas mediadas por hormonas vegetales. Estas respuestas se ejecutan durante periodos largos. Responden a un estímulo prolongado. Dependen de la posición relativa del estímulo con respecto a la planta. Son respuestas reversibles. 22. Respuestas de las raíces Completa estos enunciados acerca de las respuestas de las raíces con los términos adecuados. Las raíces crecen en dirección al centro de la Tierra porque presentan ............ [positivo / negativo]. Las raíces crecen en dirección a la humedad porque muestran ............ [positivo / negativo]. Las raíces crecen alejándose de las tierras con alta salinidad porque presentan ............ [positivo / negativo] por la sal. En su crecimiento, las raíces son capaces de esquivar y rodear obstáculos —por ejemplo, rocas— porque muestran ............ [positivo / negativo]. Las raíces crecen en sentido opuesto a la luz porque presentan ............ [positivo / negativo]. 23. Investigando la sensibilidad de las plantas a la luz a. Observa el experimento de la versión digital y explica qué relación hay entre la posición del agujero en las cajas y el crecimiento de las plantas. b. Explica el resultado del experimento utilizando los términos estímulo y respuesta. c. Escribe el nombre de la respuesta de las plantas de alubia, en función del estímulo y el tipo de respuesta. d. ¿Qué crees que ocurriría si cubriéramos los extremos superiores de los tallos de las plántulas de alubia? ¿Podrían crecer en dirección a la luz? Los experimentos de Darwin En 1880, Charles Darwin y su hijo Francis estudiaron los mecanismos del fototropismo en las plantas. Para ello experimentaron con coleóptilos de alpiste. El coleóptilo es el primer brote que emerge de las semillas de las plantas gramíneas. Los Darwin expusieron los coleóptilos a iluminación lateral y comprobaron que se inclinaban y crecían en dirección a la luz. Después, observaron en el microscopio la punta del coleóptilo —llamada ápice— y la parte donde se produce el crecimiento del brote —llamada región de elongación. Los resultados de este experimento se muestran en la imagen de la figura 1. a. ¿Qué se deduce a partir de la observación al microscopio de la región de elongación del coleóptilo? Las células del lado sombrío son [menos numerosas / más numerosas / más largas / más cortas] que las del lado iluminado, y causan que el coleóptilo se incline hacia [la sombra / la luz]. 36 www.science-bits.com EJERCICIOS b. Observa los resultados de los experimentos de los Darwin (figura 2). ¿Qué conclusión podemos extraer de estos resultados? q El estímulo lumínico es captado en un lugar concreto del coleóptilo: la región de elongación. q El estímulo lumínico es captado en un lugar concreto del coleóptilo: el ápice. q El estímulo lumínico es captado por todas las partes del coleóptilo. c. Completa la frase: Figura 1: Detalle de las células del ápice y de la región de elongación del coleóptilo iluminado lateralmente. Con el objetivo de determinar qué parte del coleóptilo captaba el estímulo lumínico, los Darwin sometieron las semillas de alpiste recién germinadas a los siguientes tratamientos: Los fotoreceptores del coleóptilo se encuentran en ............. . d. ¿En qué parte del coleóptilo se desencadena la respuesta al estímulo? q En la región de elongación. q En el ápice. q En realidad, no hay respuesta. e. Por lo tanto, se podría concluir que: q La planta no cuenta con regiones especializadas en la captación de estímulos lumínicos. q Las células que detectan el estímulo lumínico son, a la vez, las efectoras de la respuesta. q Las células del ápice se comunican de alguna forma con las células de la región de elongación. 1. Control 2. Ápice cortado 3. Ápice cubierto con una funda opaca 4. Ápice cubierto con una funda transparente 5. Región de elongación cubierta con una funda opaca A continuación, iluminaron los coleóptilos con luz lateral. Los experimentos de Boysen-Jensen En 1913, el danés Boysen-Jensen amplió los experimentos de los Darwin sobre el fototropismo en coleóptilos. A partir de los experimentos anteriores, planteó una hipótesis para explicar cómo un estímulo captado en las células del ápice del coleóptilo podían llegar a provocar respuestas en su región de elongación. Figura 2: Resultados de los experimentos de los Darwin www.science-bits.com a. Propón una hipótesis al respecto. 37 EJERCICIOS Boysen-Jensen pensaba que el ápice de las plantas enviaba una sustancia hasta las células no iluminadas de la región de elongación que causaba su crecimiento. Para comprobarlo, sometió a las plántulas de alpiste a los siguientes tratamientos experimentales: 1. Ápice separado por material permeable 2. Ápice separado por material impermeable 3. Zona no iluminada separada por material impermeable 4. Zona iluminada separada por material impermeable b. Observa los resultados del experimento de Boysen-Jensen (figura 3) y completa las frases con la opción correcta: se inclina o no se inclina. Cuando el ápice se separa mediante una barrera permeable, el coleóptilo ........... hacia la luz. Cuando el ápice se separa mediante una barrera impermeable, el coleóptilo ............ hacia la luz. Cuando el ápice se separa parcialmente mediante una barrera impermeable situada en el lado no iluminado, el coleóptilo ............ hacia la luz. Cuando el ápice se separa parcialmente mediante una barrera impermeable situada en el lado iluminado, el coleóptilo ............. hacia la luz. c. ¿Qué conclusiones se pueden extraer a partir de estos resultados? q Las señales que envía el ápice del coleóptilo circulan por todo el brote. q La señal con que se comunican el ápice y la región de elongación puede atravesar una barrera impermeable. q La señal con que el ápice se comunica con la región de elongación puede atravesar una barrera permeable. q Las señales enviadas por el ápice promueven el crecimiento exclusivamente en las células de la parte no iluminada del coleóptilo. q Las señales enviadas por el ápice circulan por la mitad iluminada del coleóptilo. Las respuestas de los organismos unicelulares 24. Sobre la relación en los organismos unicelulares Indica si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones. Los organismos unicelulares no tienen la capacidad de captar estímulos. Los tactismos son respuestas de los organismos unicelulares que implican movimiento. Los organismos unicelulares solo son capaces de detectar estímulos químicos. La secreción de sustancias es una respuesta estática de los organismos unicelulares. Hay organismos unicelulares capaces de desplazarse impulsados por apéndices filamentosos. Cuando un organismo unicelular se mueve hacia las zonas iluminadas, decimos que presenta fototactismo positivo. El movimiento ameboide se realiza mediante proyecciones del citoplasma llamadas pseudópodos. Figura 3: Resultados de los experimentos de Boysen-Jensen 38 www.science-bits.com EJERCICIOS 25. El comportamiento de las euglenas Euglena es un género de seres unicelulares eucariotas dotados de un flagelo, un apéndice móvil con el que se desplazan activamente por el agua. La mayoría de los microorganismos del género Euglena poseen cloroplastos con los que pueden alimentarse de forma autótrófa. Por ello, se desplazan buscando la luz. Para detectar la luz, cuentan con una estructura receptora, la mancha ocular, situada en la base del flagelo. a. ¿A qué tipo de estímulo físico son sensibles las euglenas cuando poseen cloroplastos? b. ¿Qué nombre recibe el tipo de respuesta que exhiben ante este estímulo? Indica también si el sentido de la respuesta es positivo o negativo. c. ¿Qué tipo de movimiento realizan las euglenas? a. ¿Cómo se llama el apéndice que les permite desplazarse? Sin embargo, en condiciones de oscuridad prolongada, estos microorganismos pierden sus cloroplastos y pasan a alimentarse únicamente de manera heterótrofa, incorporando materia orgánica del medio. El comportamiento 26. ¿Innato o adquirido? Indica cuáles de estos comportamientos del ser humano son innatos o adquiridos. a. Cruzar un semáforo en verde b. Reír ante algo gracioso c. Estornudar g. Saludar a un amigo h. Abrir una puerta i. Pelar una naranja d. Llevarse comida a la boca j. Gritar ante el dolor e. Escribir f. Lavarse las manos k. Comunicarse con otro ser humano l. Apartarse de un precipicio El comportamiento innato 27. Reflejos Muchos procesos vitales para el organismo se realizan de forma involuntaria mediante reflejos. Sin embargo, algunas de las acciones controladas por los reflejos también pueden ser controladas de forma voluntaria. Indica cuáles de estas acciones reflejas del organismo pueden ser controladas de forma voluntaria y cuáles no. www.science-bits.com Lacrimación Parpadeo Latido cardiaco Tos Respiración Movimientos intestinales Secreción gástrica 39 EJERCICIOS 28. ¿Reflejo o instinto? Indica si los siguientes enunciados hacen referencia a reflejos, a instintos o a ambos. Son comportamientos que se producen de forma inmediata tras la detección de un estímulo. En los seres humanos, se realizan de forma inconsciente. Se trata de respuestas innatas. Tanto el sistema endocrino como el sistema nervioso pueden participar en ellos. Implican acciones conscientes y voluntarias. Operan generando anhelos o miedos en el animal. Habitualmente consisten en acciones prolongadas en el tiempo. Para que se produzcan, es necesaria la participación del sistema nervioso. 29. Comportamientos innatos en seres humanos Clasifica los siguientes comportamientos innatos de un ser humano, según si corresponden a reflejos o instintos. a. Estornudar b. Beber agua c. Llevarse comida a la boca d. Bostezar e. Apartarse de un precipicio f. Tiritar g. Gritar ante el dolor h. Buscar pareja 30. Comportamientos innatos en animales Clasifica los siguientes comportamientos innatos de animales, según si corresponden a reflejos o instintos. 40 a. Araña que teje su telaraña b. Cigüeñas que construyen su nido c. Lobo que aúlla d. Pavo real que muestra su cola e. Perro mojado que se sacude f. Panda que mastica su comida g. Perro que bosteza h. Gato que eriza su pelo www.science-bits.com EJERCICIOS El comportamiento adquirido 31. Tipos de aprendizaje en animales Existen diversos tipos de aprendizaje en los animales: Aprendizaje por habituación: a través de este aprendizaje, el animal acaba ignorando aquellos estímulos que se producen de forma repetida, pero que no requieren de ninguna respuesta por su parte. Aprendizaje por asociación: este tipo de aprendizaje se da cuando un estímulo se asocia a otro con el que originalmente no tenía ninguna relación. El animal termina por dar la misma respuesta ante los dos estímulos. Aprendizaje social: algunos animales pueden aprender a partir de la observación y la imitación del comportamiento de otros animales. Aprendizaje por impronta: este tipo de aprendizaje, rápido e irreversible, tiene lugar exclusivamente en ciertos periodos dentro de las primeras fases del desarrollo de algunos animales. La comunicación en los seres vivos 32. Tipos de comunicación ¿Qué tipo de comunicación predomina en las siguientes situaciones? En las colonias de abejas, la reina produce una feromona que impide el desarrollo de los ovarios de las obreras. Las aves se comunican a través del canto. Los gatos erizan su pelo para parecer más grandes ante potenciales amenazas. En los perros, las hembras en celo desprenden un olor que atrae a los machos. 33. Acerca de la comunicación Indica si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones. Las feromonas son sustancias que participan en la comunicación química de muchas especies. La comunicación debe producirse entre organismos de la misma especie. Para que la comunicación sea posible, es necesario que un organismo genere estímulos que sean captados por otros organismos. Solo los animales pueden comunicarse. Las plantas son capaces de comunicarse entre ellas mediante hormonas vegetales que viajan por el aire. Mediante el apredizaje por impronta, los patitos aprenden a identificar a su madre y a seguirla nada más nacer. Los humanos y algunos primates como los gorilas y los chimpancés son los únicos animales con capacidad para la comunicación. Identifica, en cada caso, de qué tipo de aprendizaje se trata: Las palomas del parque no echan a volar cuando la gente pasea por su lado. Un grupo de macacos de Japón lava la comida en el mar desde que uno de ellos descubrió que, de esta forma, los alimentos tienen mejor sabor. Mi perro se pone muy contento cuando le enseño la correa de paseo. Los peces se agolpan en la esquina superior del acuario cuando se acerca su cuidador. Los polluelos de golondrina solo abren la boca y pían cuando llega su madre. www.science-bits.com 41 ANOTACIONES 42 www.science-bits.com ANOTACIONES www.science-bits.com 43 ANOTACIONES 44 www.science-bits.com La relación Unidades asociadas: Formados por células La nutrición La reproducción La diversidad de la vida www.science-bits.com www.science-bits.com