Apuntes, temas 1-10 - PIM zoología y fisiología animal PDF

Preview

Summary

PIM Zoología y Fisiología Animal...

Description

PRINCIPIOS, INSTRUMENTACIÓN Y METODOLOGÍA EN ZOOLOGÍA Y FISIOLOGÍA ANIMAL

PIM ZOOLOGÍA Y FISIOLOGÍA ANIMAL TEMARIO

PRIMERO DE BIOLOGÍA

TEMA 1: REPRODUCCIÓN (ZOOLOGÍA) ESTRATEGIAS REPRODUCTIVAS EN METAZOOS (SEXUAL VS. ASEXUAL), EMBRIOLOGÍA Y TIPOS DE DESARROLLO REPRODUCCIÓN ASEXUAL: Se realiza sin la intervención de células especializadas o gametos. Cada individuo puede producir copias idénticas de él mismo, tan pronto llegue al estado adulto. Interviene un solo progenitor. Fisión o bipartición: se lleva a cabo en arqueobacterias, bacterias, levaduras de fisión, algas unicelulares y protozoos. Consiste en la división del ADN, seguidas de la división del citoplasma (citocinesis), dando lugar a dos células hijas. Fragmentación: es un método de división asexual animal por el cual un individuo se divide en dos o más trozos, cada uno de los cuales es capaz de reconstruir un animal por completo. Gemación: Es una división desigual, consistente en la formación de prominencias sobre el individuo progenitor,y que al crecer y desarrollarse origina nuevos seres que pueden separarse del organismo parental o quedar unidos a él, iniciando así una colonia. Ejemplos: corales, briozoos y ascidias. Partenogénesis: Hembras que desarrollan huevos/embriones que no son producto de fecundación, pero dan lugar a un individuo adulto. REPRODUCCIÓN SEXUAL Se realiza con la intervención de células reproductoras o gametos. Para la producción de nuevos individuos se combina la información genética procedente, generalmente, de dos individuos de distinto sexo y el nuevo ser que se forma es una mezcla genética de ambos progenitores. Se realiza mediante la producción de gametos (haploide) o la fecundación (cigoto diploide). Ejemplos: Rotíferos (Rotifera): durante la partenogénesis, las hembras amícticas producen huevos amícticos (diploide), los que se desarrollan nuevamente en hembras amícticas. Esta es la manera más rápida de reproducción. Sin embargo, el ciclo de vida puede volverse en reproducción sexual. Las hembras van a producir huevos haploides por meiosis. Si este huevo haploide no se fecunda, desde él van a aparecer machos haploides, aumentando la población de machos haploides. Las hembras siguen formando huevos haploides y si son fecundados por machos haploides aparecerá un huevo de latencia que será diploide. Este huevo constituye un sistema de resistencia que perdurará mientras que se dan las condiciones adecuadas para el desarrollo del individuo adulto. 2

Áfidos:

Cladóceros: El cladócero Ceriodaphnia sp. es uno de los grupos más abundantes en el zooplancton de las aguas epicontinentales, y presenta una reproducción con alternancia de reproducción asexual y sexual. El cladócero Ceriodaphnia sp. presenta 3 tipos diferentes de huevos: 1. Huevos diploides partenogenéticos hembras: No requieren fertilización por parte del macho y se desarrollan en hembras partenogenéticas copias de la madre. 2. Huevos diploides partenogenéticos machos: en determinadas condiciones hay factores que causan modificaciones en los cromosomas que determinan la formación de los huevos partenogenéticos especiales que originan los machos 3. Huevos haploides: Las hembras producen huevos haploides, los cuales, tras ser fertilizados por los machos, dan lugar a huevos de resistencia que se alojan en el efipio. -Hembra partenogenética: El número de huevos varia (4-22) dependiendo del tamaño de la hembra, de la comida que ingiera y de la temperatura ambiental. Incuban entre 2-4 días, los neonatos (réplicas diminutas del adulto) son liberados al exterior inmediatamente antes de la muda de la hembra. -Macho: dependiendo de las condiciones ambientales y del número de mudas de la hembra se desarrollan los huevos partenogenéticos macho que darán machos diploides y fecundaran a las hembras. Los machos son similares a las hembras pero presentan: A) Menor tamaño. B) La anténula está más desarrollada, es móvil, posee una seda más que es larga y terminal. C) El primer toracópodo está más desarrollado que en la hembra. -Hembra efipial: Los huevos fertilizados son grandes, tan solo se fertilizan 2, uno en cada ovario. El efipio en la muda se separa del resto del caparazón de la hembra. Este efipio es más grueso que el caparazón y de color oscuro. Son resistentes a la 3

desecación, congelación, soportan enzimas digestivas de animales. La viabilidad de estos huevos es de al menos 50 años, cuando eclosionan originan a una hembra. FECUNDACIÓN: La fecundación consiste en la formación de un zigoto a partir de la unión de un gameto masculino, espermatozoide (móvil), y un gameto femenino, óvulo (inmóvil). El óvulo contiene granos de vitelo, que son reservas para las primeras fases de crecimiento que constituyen el deutoplasma. La anisogamia es un tipo de reproducción mediante la fusión de dos gametos de distinto tamaño e igual forma. Funciones: -Transmisión de los genes de ambos padres al hijo. -Restauración del número diploide de cromosomas reducidos durante la meiosis. -Comienzo del desarrollo del embrión. Desarrollo embrionario: - Segmentación: Series de divisiones celulares que aumentan el número de células y termina en un estado denominado blástula.

Segmentación radial: Plano de división perpendicular o paralela al eje polar, por tanto el cuarteto superior de células estará dispuesto directamente encima del cuarteto inferior y así las células de una capa se sitúan directamente por encima de las células de la capa inferior.

Segmentación espiral: Plano de división oblicuo al eje polar, por tanto las células del cuarteto superior estarán dispuestas entre las células del cuarteto inferior y así cualquier célula se sitúa entre las dos células inferiores o superiores.

La segmentación puede ser igual, con el mismo tamaño de los blastómeros superiores e inferiores, o desigual, donde el tamaño de los blastómeros es distinto, ya que se distinguen los micrómeros y los macrómeros.

4

-Gastrulación: Durante este proceso hay una reordenación de las células de la blástula por movimientos morfogenéticos, disminución del ritmo de división celular y poco o nulo crecimiento, dando lugar a la gástrula. Ej: gástrula del erizo de mar. Diferenciación entre: Protostomados: El blastoporo produce la boca (en algunos también el ano). Tienen una segmentación espiral determinada. Son los platelmintos, los nematodos, los anélidos, los artrópodos, y los moluscos. Deuterostomados: El blastoporo produce el ano (boca de neoformación). Tienen una segmentación radial indeterminada. Son los equinodermos y los cordados. -Organogénesis: Procesos formativos, formación de tejidos y órganos, quedando establecido el plan estructural fundamental. El proceso de desarrollo embrionario en el erizo de mar comienza en la formación de la membrana de fertilización > 1ª división > 2ª división… > blástula > gástrula > pluteus El proceso de desarrollo embrionario en la rana comienza en la mórula > blástula > gástrula. Pero hay varias fases en la gastrulación: zigoto > 1ª división > blástula > gástrula temprana > gástrula avanzada. Tipos de desarrollo: -Directo: El individuo que nace es parecido al adulto y alcanza el estado adulto cuando adquiere la madurez sexual. Animales, generalmente, con huevos con elevadas reservas nutritivas. Proceso: huevos (generalmente con elevadas reservas nutritivas) > individuo juvenil (Es común la incubación por parte de la hembra, durante un cierto tiempo) > individuo adulto. 5

-Indirecto: Las fases no adultas, generalmente llamadas larvas, son distintas a la adulta. Animales, generalmente, con escasas reservas nutritivas. Proceso: huevos > individuos inmaduros > metamorfosis > individuos adultos.

6

TEMA 2: ELECTROFISIOLOGÍA (FISIOLOGÍA ANIMAL) FISIOLOGÍA: Para Claude Bernard (1865) es una ciencia muy dinámica que estudia el conocimiento de las causas de los fenómenos de la vida en su estado natural, y el conocimiento de las condiciones físico-químicas necesarias para las manifestaciones de la vida. Actualmente es la ciencia que estudia los mecanismos que tienen lugar en los organismos vivos, desde los que se producen a nivel subcelular hasta los que se dan en el organismo completo, y entre éstos y su medio. Objetivos: -

Los mecanismos y procesos que ocurren en los seres vivos

-

La relación de los seres vivos con el medio externo

-

La integración de los procesos que hacen posible la vida

ELECTROFISIOLOGÍA Es la ciencia que estudia las propiedades eléctricas de las células y de los seres vivos. Luigi Galvani (S XVIII) la descubrió mediante las patas de rana, que se contraían con una descarga eléctrica. Pensó que toda la energía eléctrica del universo tenía origen en los seres vivos. -Gradiente químico: diferencia de concentraciones entre un punto y otro de una solucion quimica. La membrana plasmática es impermeable, pero permeable a K+. Hay canales e iones. Está compuesto por un gradiente de concentración y un gradiente eléctrico. -Gradiente electroquímico: son más complejos en la ecuación de Nerst o ecuación de Goldman (más completa). Dentro hay mucho K+ y poco Na y Cl-. Fuera hay mucho Na y Cl-, y poco K+. El potencial de membrana es la diferencia de potencial a ambos lados de una membrana que separa dos soluciones de diferente concentración de iones, como la membrana celular que separa el interior y el exterior de una célula. Cuando una célula recibe un estímulo, se altera el potencial de membrana, al inyectar corriente en una neurona. Las células excitables pueden cambiar el potencial de membrana y propagarlo, transmitiéndolo a otras partes de otras células. Así, mandando información. Estas células pueden ser musculares, secretoras, o neuronales. Ante un estímulo que supere un umbral de voltaje, las células excitables pueden invertir el potencial de membrana. Luego, esta excitación puede transmitirse a otras partes. Los potenciales de acción de estas células son los potenciales propagados: son transitorios, de despolarización, y se propagan a lo largo del axón. Se deben a canales dependientes de voltaje (dibujo), que se abren cuando llega la propagación. Ej: Na y K.

7

ELECTROFISIOLOGÍA EN EL LABORATORIO:

Electrodos: sensor que capta la señal fisiológica eléctrica y la transmiten a otros aparatos internos (osciloscopio) e internos (digitalizador y ordenador). Tienen que ser materiales muy conductores y muy sensibles. Los hay de muchos materiales, incluso de vidrio (pipetas). Registros internos: cuando utilizamos electrodos finos y detectamos la señal desde muy cerca. Dependiendo del experimento se utiliza un electrodo u otro. Amplificador: una vez que la señal ha pasado por el electrodo, se pasa la señal por un amplificador que agranda la señal. Digitalizador: para guardar la información en un ordenador, debemos pasar la señal por un digitalizador. Osciloscopio: permite visualizar la señal en distintos tipos de ondas. -Onda simple: (puras) se obtiene por una función seno o coseno. Hay un pico o cresta (punto más alto de la onda), contrario al valle (punto más bajo), y la amplitud (diferencia entre el valor medio y el pico o valle de la onda). Se puede medir: -Frecuencia v: Numero de veces que se repite -1 una oscilación por unidad de tiempo (s , Hz). -Periodo T: Tiempo transcurrido en recorrer un ciclo (s). T = 1 / v -Longitud de onda λ: Distancia recorrida por un ciclo (m). -Velocidad de propagación: Velocidad a la que la onda se propaga en el medio. V = λ / T= λ · v -Ondas regulares: no son puras. Se repiten siempre de un mismo modo en el tiempo.

-Ondas biológicas: son complejas. Ej: electrocardiograma.

8

-Pantalla del osciloscopio: Eje X (tiempo) y Eje Y (voltaje de la señal) -Controladores del osciloscopio: Base de tiempo: selecciona el tiempo que representa cada división de la pantalla. (En el eje X). Base de voltaje: selecciona la amplitud (voltaje) que representa cada división de la pantalla (en el eje Y). Selector de canal: En los osciloscopios con más de un canal (que pueden ver varias ondas al mismo tiempo) se selecciona que canales se desean representar, y que método de representación se va a utilizar. Brillo: ajusta el brillo de la onda. Enfoque: Enfoca la onda representada. Posición Y: Ajusta la posición vertical. Posición X: Ajusta la posición horizontal. Disparo o trigger: su principal función es la de sincronizar el barrido de la pantalla con la propia onda, o con otras señales Filtro de entrada: Es un botón con tres posiciones: AC (corriente alterna), DC (corriente continua) y GND (tierra).

9

EJEMPLOS APLICADOS:  Electrocardiograma: mide la onda del miocardio (tejido muscular del corazón). 

Electroencefalografía: es una exploración neurofisiológica que se basa en el registro de la actividad bioeléctrica cerebral.



Electromiografía: es una técnica para la evaluación y registro de la actividad eléctrica producida por los músculos esqueléticos, que convierten la energía química en trabajo mecánico con el objeto de producir el acortamiento o contracción de las fibras musculares. El grado de contracción del músculo se regula fisiológicamente por: 1. Control del nº de unidades motoras reclutadas dentro del músculo. 2. Control de la frecuencia de los impulsos de la motoneurona en cada unidad motora.

Objetivos experimentales del registro y análisis del electrocardiograma: 1) Observar y registrar como el tono del músculo esquelético es afectado por un nivel basal de actividad eléctrica asociado con el músculo en estado de reposo. 2) Registrar la máxima fuerza de contracción para los brazos izquierdo y derecho. 3) Observar, registrar y correlacionar el reclutamiento de las unidades motoras con el incremento en la fuerza de contracción del músculo esquelético.

10

TEMA 3: ALIMENTACIÓN (ZOOLOGÍA) ESTRATEGIAS TRÓFICAS EN DISTINTOS GRUPOS DE METAZOOS. MÉTODOS UTILIZADOS EN ZOOLOGÍA PARA EL ESTUDIO DE LA ALIMENTACIÓN

CLASIFICACIÓN DE ESTRATEGIAS TRÓFICAS EN METAZOOS: -Según el tipo de alimento. Herbívoros, carnívoros y omnívoros. -Según el tamaño de alimento. Micrófagos y macrófagos. -Según forma de conseguir el alimento (filtradores, suspensívoros, ramoneadores, depredadores, etc.). -Relaciones simbióticas -Micrófagos (materiales en suspensión y sedimentos) -Macrófagos (ramoneadores y depredadores). Capturan activamente el alimento. Presentan especializaciones para su captura e ingesta, como: rádula, apéndices torácicos, linterna de Aristóteles, apéndices bucales, tentáculos, mandíbulas... Patrones de captura:  Cazar persiguiendo la presa. (Guepardo) 

Cazadores buscadores. (Mariquita)



Cazadores al acecho. (Pulpo)

Estas especializaciones para la captura e ingesta de alimentos las tienen: arácnidos (pseudoescorpión, uropigido, escorpión), crustáceos (decápodos y estomatópodos), insectos (mántidos, ortópteros, himenópteros>abejas, lepidópteros>mariposas, dípteros>moscas), cefalópodos, poliquetos, chetognatos, araneidos (tarántulas), asteroideos (estrellas de mar), moluscos, equinoideos..... Especializaciones: Rádula: exclusiva en moluscos. Cinta membranosa con filas transversales de dientes quitinosos recurvados, sustentada en una estructura cartilaginosa (odontóforo). Masa bucal o Complejo Odontofórico = Odontóforo + Rádula + Musculatura asociada. La masa bucal sale hacia fuera -> odontóforo sale y la rádula se mueve hacia adelante, sobre el filo conductor del odontóforo, y luego hacia atrás produciendo el raspado. Presente en ramoneadores y depredadores. Linterna de Aristóteles: exclusiva en equinoideos. Son 5 piezas calcáreas (pirámides hacia abajo) + (bandas calcáreas en su interior que asoman por la boca -> 5 pirámides = 5 dientes) + músculos para evertir y retraer la linterna.

11

Mandíbulas: Uno de los avances evolutivos más importantes en la historia de los vertebrados fue la aparición de las mandíbulas. Supuso un importante cambio que afectó el estilo de vida de los primeros peces. La aparición de las mandíbulas permitió: -Una mayor variedad de comportamientos alimenticios. -Mayor habilidad para sujetar las presas o el alimento firmemente. -Junto con la presencia de los dientes permite al animal cortar la comida en fragmentos que puedan ser tragados. -Mayor variedad de recursos alimenticios disponibles. Tipos de mandíbulas: o

Mandíbulas protusibles: En peces más derivados (Teleósteos) la mandíbula cambia de una estructura diseñada básicamente para el apresamiento de presas a una estructura altamente especializada en la succión. Ejemplo: Pez Diablo. Diferenciaciones: -Hubo un cambio en la disposición y unión de huesos y músculos del cráneo, mandíbulas y opérculo. -El hueso premaxilar se puede mover y sale hacía fuera. -Aumento volumen cavidad orobranquial. La mandíbula protusible supone un alargamiento de la boca, lo que facilita la captura de presas pero limita la acción de fragmentar.

o

Mandíbulas faríngeas: son los dientes, que fragmentan las presas al tamaño necesario para su paso por la garganta. Aparecen en teleósteos. Permite el acceso a presas difíciles de digerir como: -Plantas > Herbivoría -Moluscos > Las conchas calcáreas tienen dientes traseros molariformes. -Crustáceos > Exoesqueleto de quitina.

-La mayoría de los anuros ( anfibio) carecen de dientes o son muy pequeños en su estado adulto La mayoría de adultos son carnívoros, pero las larvas (renacuajos) son herbívoros. Los anuros semi-acuáticos utilizan una lengua pegajosa con la que atrapan sus presas. -Los reptiles tienen unos dientes muy poderosos. -Las aves no tienen dientes en su lugar tienen un pico o “ranfoteca” La forma y estructura del pico se correlaciona con el tipo de dieta. Los hay insectívoros (Curruca o golondrina), carnívoros (Gaviota, Águila), nectívoros (Colibrí), piscívoros (pelícanos, serretas y garzas), granívoros (canarios y capuchinos), filtradores (pato y flamencos) y limícolas (cigüeñuela y espátula). -Los peces, anfibios y reptiles: los dientes se reemplazan conforme se van desgastando. Función: fragmentar alimento para ingesta. -Mamíferos: El procesamiento de los alimentos tiene lugar en la boca y los dientes de arriba y abajo tienen que encajar perfectamente unos con otros (oclusión) para que la trituración de los alimentos sea perfecta. Presentan distintos tipos de dientes. Tienen el mayor rendimiento en el procesamiento de la comida. Comer carne o plantas impone diferentes demandas en la morfología del cráneo y dentición. Diferencias entre los carnívoros y herbívoros: 12

Carnívoros: -Caninos desarrollados para matar y agarrar sus presa. -Unión mandibular al mismo nivel fila de dientes. Mecanismo similar a tijeras. Herbívoros: -Cráneo modificado para moler comida dura y resistente. -Unión mandibular más arriba fuera de la línea de dientes. -Mandíbula alargada. Seleccionan la comida con los incisivos. MÉTODOS UTILIZADOS EN ZOOLOGÍA PARA EL ESTUDIO DE LA ALIMENTACIÓN

=>En condiciones controladas en laboratorio o en el campo se estudian las preferencias alimenticias de una determinada especie (modelo de estudio). -Las especies generalistas cambian de dieta cuando se agota una presa preferida. No se ven muy afectados por la desaparición de ese recurso preferido ---- Parámetros vitales no afectados. -Las especies especialistas cambian poco su dieta cuando se agota una presa preferida. Se ven muy afectados por la desaparición de su recurso preferido ---Parámetros vitales se ven afectados. Índice de Shannon-Weinner => S ; es el nº total de especies presas presentes en la lista. Pi ; es la proporción de una especie presa respecto del total de especies presas.

13

-Micrófagos: aquel organismo que se alimenta de materiales en suspensión o en sedimentos. Suspensívoros: se alimentan de organismos en suspensión. a) Pasivos (simple contacto, tentáculos): cnidarios, equinodermos, crinoideos... b) Activos (filtros y bombas de filtración): esponjas, bivalvos, briozoos, foronídeos, braquiópodos, rotíferos, anélidos, crustáceos, ascidias, cordados, condri...