Los Seres vivos responden a Estímulos y Respuestas

El medio que rodea a los seres vivos como su interior están en constante cambio y sus características se modifican. Cada una de estas modificaciones se llama estímulo y puede ser de tipo físico, como el sonido, la luz, la presión y la temperatura, o de tipo químico, como la acción de toxinas, ácidos o sustancias alcalinas. La capacidad de percibir estos cambios se denomina sensibilidad, y el conjunto de respuestas desarrolladas ante diferentes estímulos se llama comportamiento.

El proceso de respuesta a los estímulos implica no solo la existencia de los mismos, sino también la presencia de un receptor, con capacidad de captar estímulos, y generar respuesta del organismo al cambio detectado. En los organismos animales más complejos existen  el sistema nervioso y el sistema endocrino: el sistema nervioso percibe los estímulos y responde a ellos a través de impulsos nerviosos; sistema endocrino, en cambio, actúa a través de hormonas que son sustancias producidas por estructuras especializadas o glándulas.

Un receptor sensorial es una estructura especializada, puede ser una célula o un órgano especializado (en los organismos más evolucionados), que es capaz de percibir  y responder a los estímulos internos o externos a los que es sometido un organismo. Los receptores le permiten al organismo monitorear las condiciones del ambiente lo rodea y presentan algunas características como:

•   Excitabilidad: corresponde a la capacidad de reaccionar cuando recibe un estímulo. Esta reacción es la recepción del estímulo y su transmisión para que se produzca una respuesta apropiada. 

•   Selectividad: corresponde a una especialización en su función, por lo cual posible que algunos receptores se encarguen de percibir estímulos de uno u otro  tipo. Por ejemplo, en las plantas los receptores encargados de percibir estímulos luminosos no son los mismos que perciben cambios en el pH del suelo.

•   Sensibilidad:  corresponde a  la  capacidad  que  tienen  los  receptores  de  responder  a  una  baja  intensidad  del estímulo.

•   Adaptabilidad: significa que si los estímulos son continuos la percepción de receptores disminuye o se adapta a los estímulos. Por esta razón, cuando percibimos un fuerte olor al entrar a una habitación, luego de un tiempo no logramos captarlo, sin embargo, si alguien más entra la habitación, sus receptores olfativos sí lo percibirán

Existe una gran variedad de receptores sensoriales , estos pueden clasificarse de acuerdo con su posición y con el tipo de respuesta (motora o secretora) que producen. Tambien los receptores pueden clasificarse de acuerdo con la procedencia de la información, así:

-Los exterorreceptores se encargan de monitorear el ambiente externo; este tipo de estructuras le permiten a los organismos desplazarse, identificar las fuentes del alimento, reconocer parejas para el apareamiento y conocer el entorno.

-Los interorreceptores se encuentran ubicados en el interior del organismo y responden a cambios en las condiciones del medio interno como el pH o la temperatura corporal; le permiten al organismo mantener las condiciones de equilibrio necesarias para su funcionamiento normal. En los animales, los interorreceptores se clasifican a su vez en: propiorreceptores que informan acerca de la orientación del cuerpo en el espacio y la postura, y están ubicados en los músculos, tendones y articulaciones, y en viscerorreceptores (presentes únicamente en animales) que informan acerca de la actividad visceral.

También pueden clasificarse según el tipo y la función del estímulo  que perciben. De acuerdo con esto pueden ser

-Los mecanorreceptores reaccionan a estímulos mecánicos como el tacto, la presión, la gravedad, el movimiento y la audición.

-Los quimiorreceptores son aquellos que responden a cambios químicos externos, como el cambio del pH en el agua, o internos, como el cambio en la concentración de sustancias en la sangre.

-Los termorreceptores responden a los cambios en el nivel de temperatura en el medio externo e interno y por tanto, permiten detectar el frío y el calor (figura 2).

-Los electrorreceptores solo se encuentran en algunos organismos y permiten detectar la energía eléctrica.

-Los nocirreceptores se encargan de percibir y responder al dolor por lo que permiten detectar daños físicos y químicos que ocurren en los diferentes tejidos que conforman a un organismo.

-Los fotorreceptores reaccionan a las radiaciones luminosas y por lo anta permiten percibir imágenes, formas y colores. 

Los organismos han desarrollado sistemas sensoriales que van desde unidades únicas receptoras (células receptoras) hasta estructuras y sistemas especializados como los órganos de los sentidos y los sistemas nervioso y endocrino. Estas estructuras especializadas se observan particularmente en los vertebrados ya que, a pesar de que en algunos invertebrados existen sistemas nerviosos, su estructura es muy sencilla.

En los organismos que presentan sistema nervioso se presentan centros de elaboración de respuesta. Estos son estructuras especializadas como el cerebro, que reciben la señal enviada por los receptores sensoriales y la traducen en una respuesta adecuada; esta respuesta es ejecutada a través de los efectores, que son los órganos capaces de emitir la respuesta.

En los animales, la respuesta puede ser motora, cuando implica movimiento y los órganos efectores son los músculos, o secretora, cuando implica la secreción de alguna sustancia y los órganos efectores son las glándulas endocrinas.

En el caso de los organismos que carecen de sistemas sensoriales complejos como plantas, hongos, organismos unicelulares y algunos invertebrados, las respuestas pueden ser de tres tipos:

1.   Tactismos: consisten en acercarse (tactismo positivo) o alejarse  (tactismo negativo) de la fuente del estímulo.

Existen, por ejemplo, fototactismos en respuesta a la luz y quimiotactismos en respuesta a la presencia de sustancias en el medio.

2.   Tropismos: se producen en las plantas y ocurren parla acción de hormonas que reaccionan en respuesta a los estímulos externos, dando lugar, por ejemplo, a procesos de crecimiento o de inclinación en los tallos. Cuando la planta crece en dirección hacia el estímulo se habla de tropismos positivos; en el caso contrario se denominan tropismos negativos, Existen diferentes tipos de tropismos dependiendo del estímulo que los genere; estos puede ser: quimiotropismos cuando responden ante la acción de sustancias químicas; fototropismos en respuesta a estímulos lumínicos; geotropismos o gravitropismos en respuesta a la fuerza de gravitación como el crecimiento de la raíz; hidrotropismos en relación con la búsqueda de fuentes de agua y tigmotropismos en respuesta a acciones mecánicas y la influencia del contacto físico, por ejemplo, en las plantas que se enredan en una columna o una superficie vertical que se encuentra cerca al lugar en el cual crecen.

3. Las nastias son respuestas producidas de forma pasajera por las plantas y solo en algunos de sus órganos, como las hojas, ramas y flores. Estas respuestas se producen como resultado de cambios en las células debido, por ejemplo, a procesos de turgencia que ocurren cuando se hinchan las células debido a la entrada de agua al citoplasma. Las nastias pueden ocurrir también en respuesta a la luz (fotonastia), al contacto o a la vibración de la planta (sismonastia), a los cambio de temperatura (termonastia), a las variaciones de humedad en el ambiente (hidronastia) ya las heridas sufridas por la planta (traumatonastia).

Las membranas celulares presentan en su estructura moléculas o receptores de membrana. Estos receptores son proteínas  capaces  de  reconocer  cambios  en  los  factores  fisicoquímicos  que  constituyen  el  lugar  en  el  cual se encuentran, así como efectuar labores de reconocimiento de otras células y organismos.

En los organismos unicelulares el cambio en la intensidad o concentración de estos factores fisicoquímicos, detectado a  través  de  los  receptores  de  la  membrana,  hace  que  respondan  a  través  de  movimientos  denominados  taxias (fototaxias y quimiotaxias). El estímulo genera un cambio en la molécula y esto desencadena una serie de reacciones químicas a través de las cuales la señal recibida es transmitida al interior del organismo y genera una respuesta, lo que se traduce, por ejemplo, en el cambio de dirección del movimiento de los pseudópodos, los flagelos o los cilios

Los organismos unicelulares que tienen movilidad pueden adaptarse a su entorno y se mueven hacia los estímulos favorables lo que permite su supervivencia. Además de este tipo de respuesta, los seres vivos unicelulares producen sustancias que les permiten comunicarse con otros organismos de su misma especie, evento que favorece procesos reproductivos como la conjugación.

Las células de los organismos pluricelulares se comunican a través de sustancias presentes en el medio externo. Al igual que en los organismos  unicelulares, la membrana celular presenta receptores que se encargan de recibir señales fisicoquímicas provenientes del medio exterior. Existen tres tipos de comunicación celular:

1. Contacto celular a través de una molécula soluble que no se encuentra de forma permanente cerca de la célula; puede ser por ejemplo una hormona de crecimiento.

2.   Contacto celular con moléculas que hacen parte de la estructura de la membrana de otra célula.

3. Contacto celular con moléculas que se encuentran siempre en la matriz  celular, es decir, en la zona líquida que se encuentra entre dos células.

En los organismos multicelulares cada una de las células que los conforman realiza una función que es vital para el mantenimiento del organismo.

En las plantas la respuesta a los cambios ambientales se produce a través de hormonas, es decir, sustancias químicas producidas por células especializadas y cuya función es actuar sobre las funciones de otras células alejadas de su centro de producción. Las hormonas vegetales o fitohormonas generan cambios en la intensidad y dirección del crecimiento de las plantas. A continuación, se presenta una síntesis de las hormonas vegetales y su función:

Los componentes básicos del sistema nervioso son células especializadas  que  pueden ser de dos tipos: las neuronas, capaces de recibir estímulos y convertirlos  en impulsos eléctricos, que a su vez son transmitidos hacia  los  centros de elaboración y los sistemas efectores (músculos y huesos), y las   células gliales que se encargan de proteger a las neuronas, brindarles  sostén  y alimento .

Además   de las neuronas, los sistemas nerviosos pueden presentar las siguientes estructuras:

•     Los ganglios formados por agrupaciones de neuronas.

•     Los nervios o conjuntos de axones, prolongaciones de las neuronas, unidos en grupos gracias al tejido conectivo.

• Un sistema nervioso central, en donde se encuentran estructuras especiales como el cerebro y la médula espinal que se encargan de procesar la información.

•     un  sistema  nervioso  periférico  conformado  por  la  unión  de  nervios  y ganglios  y encargado  de  llevar  la información hacia el sistema nervioso central y de allí hacia los órganos que efectúan la respuesta apropiada.

De acuerdo  con las estructuras  que componen cada sistema nervioso y el grado de complejidad que presente, pueden diferenciarse diversos tipos de sistemas nerviosos.

• La red difusa en el cual las neuronas se unen entre sí formando una red que transmite la información a través del cuerpo del animal; este tipo de sistema nervioso es común en los celenterados.

• Los cordones nerviosos, que se presentan cuando las neuronas  se unen formando cordones que van de uno a otro extremo del organismo; a partir de estos cordones se derivan ramas que van a las demás partes del cuerpo. Este tipo de sistema es común en los platelmintos.

• Los sistemas ganglionares formados por abultamientos o grupos de neuronas,  llamados ganglios, que se ubican en la zona ventral del cuerpo. En algunos organismos existe un ganglio céfalico que hace las veces de cerebro como en los anélidos, los  moluscos y los artrópodos.

La siguiente tabla resume las características  de los sistemas nerviosos y de los receptores sensoriales en el grupo de los invertebrados.

Los vertebrados, grupo de animales dentro de los cuales se encuentra el ser humano, poseen un Sistema nervioso complejo en el cual, además de las neuronas, se diferencia un sistema nervioso periférico conformado por nervios que llegan a la médula espinal y un sistema nervioso central constituido por el cerebro y la médula espinal. A través de receptores y órganos sensoriales (visión, olfato, gusto, oído, tacto)  los  vertebrados  son  capaces  de  recibir  información  que  es  transmitida  hacia  los  sistemas Periférico y central. Este último está constituido por el cerebro, en donde se elabora la respuesta apropiada que es mucho más compleja de lo que se observa en los demás organismos vivos. El grado de complejidad de las respuestas en los vertebrados es posible que incremente evolutivamente hasta llegar al grupo de los mamíferos. Así mismo, la ejecución de las respuestas a los estímulos involucra la integración de diferentes sistemas efectores  junto con el sistema nervioso: los sistemas muscular, óseo, endocrino y en algunos casos, el sistema inmune.

Esta complejidad en la elaboración y tipo de respuestas dentro de los vertebrados se manifiesta a nivel estructural en cambios en el sistema nervioso. El más evidente de ellos es el incremento en el tamaño del cerebro y el número de pliegues que forman su estructura. Por otro lado, las variaciones en la médula espinal, alojada dentro de la columna vertebral y  encargada de las conexiones nerviosas cervicales, torácicas, lumbares y sacras, todas ellas relacionadas con las funciones motoras y viscerales de los vertebrados. En la parte superior de la médula, o médula oblonga se encuentran los centros de control de los reflejos respiratorios y cardiovasculares. El cerebelo, ubicado justo antes del cerebro, integra la información de posición y movimiento proveniente de los sistemas visual y auditivo. En el hipotálamo se controlan las funciones viscerales y emocionales relacionadas con la alimentación, la función sexual y el control de la temperatura, entre

otros estímulos.