Tema 1.- El animal y su medio ambiente. Adaptación, aclimatización

Ecofisiología animal.
Tema 1.- El animal y su medio ambiente. Adaptación, aclimatización y aclimatación.
Open Courseware.
Tema 1.- El animal y su medio ambiente. Adaptación,
aclimatización y aclimatación.
•
Tema introductorio: a modo de declaración de intenciones, en
el que se exponen definiciones y conceptos básicos generales
sobre:
¾ Variabilidad y diversidad morfológica de los animales frente
a unos aspectos de organización anatómica interna y
funcional comunes.
¾ Líneas generales de la variabilidad de factores ambientales
en distintas zonas de la biosfera.
¾ Conceptos de adaptación, aclimatación y aclimatización.
¾ Conceptos de conformidad y compensación y de regulación.
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1.1.- Diversidad y variabilidad del reino animal.
1.1.1.- Filogenia y clasificación.
1.1.2.- Organización corporal y funcional básica de los animales.
1.1.3.- Sistemas termodinámicos abiertos cuyas funciones se ven afectadas
por el entorno.
1.2.- Diversidad y variabilidad del medio ambiente.
1.2.1.- Factores bióticos y abióticos: disponibilidad de nutrientes o recursos.
1.2.2.- Espacial: macro y microambientes. Una cuestión de tamaño.
1.2.3.- Temporal: variaciones estacionales. Dependencia de la latitud.
1.3.- Interacción entre animal y medio ambiente: respuestas
funcionales a los cambios.
1.3.1.- Escala temporal.
1.3.1.1.- Actuando sobre individuos.
1.3.1.1.1.- Instantánea (s, min): sistema nervioso, comportamiento
(metabólicas).
1.3.1.1.2.- Plazo medio (días, meses).
1.3.1.1.2.1.- Aclimatización: cambios en los factores naturales
(ej., estacionales en zonas templadas).
1.3.1.1.2.2.- Aclimatación: cambios controlados de un factor en
el laboratorio.
1.3.1.2.2.3.- Normas de reacción que determinan el fenotipo.
1.3.1.2.- Actuando sobre varias generaciones de una especie:
adaptación.
1.3.1.3.- Tipos de selección: estrategias r, K y A.
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Randall et al. 2002
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(Tomadas de Romer y
Parsons, 1985)
Weisz, 1987
Kardong, 1999
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Tema 1.- El animal y su medio ambiente. Adaptación, aclimatización y aclimatación.
(Tomada de Willmer et al. 2005)
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(Tomada de Willmer et al. 2005)
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Los seres vivos son sistemas termodinámicos abiertos que
intercambian masa, energía e información con el medio externo
con objeto de mantener un grado de organización constante
(entropía baja).
m
E
Información
Reacciones
irreversibles
↓ S = cte
Vida
m
E
Información
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Los animales pluricelulares son sistemas termodinámicos
constituidos por miles de microsistemas (las células), cada
uno de los cuales intercambia m, E e Info con su entorno: el
medio interno del animal.
m
E
Información
m
E
Información
“Ruido”
Medio interno → constante
∆ Medio externo
Función
celular
estable
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(Modificada de Gardiner, 1987)
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% volumen
21%
1%
Aguas
profundas
Aguas
superficiales
Terrestre
78%
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(Tomadas de Hill et al. 2007)
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Adaptación
(Modificada de Willmer et al. 2005)
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Ej.: coloración de la superficie corporal
(Tomada de Willmer et al. 2005)
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Tipos de selección y mecanismos de adaptación en los animales
r
K
Tipo de selección
Ambiente
Estabilidad
Estrés abiótico
Disponibilidad
energética
Individuos
Tamaño corporal
Duración del ciclo vital
Madurez sexual
Reproducción
Modelo
Tiempo de generación
Fecundidad
Descendencia
Cuidados paternos
Poblaciones
Densidad
Estabilidad
Rangos
Competición
Interacciones bióticas
Visión de conjunto
A
Baja
Alto
Baja
Alta
Bajo
Alta
Alta
Alto
Baja
Pequeño
Corta
Temprana
Grande
Larga
Tardía
Grande o pequeño
Larga
Tardía
Semélparo
Corto
Alta
Abundante y pequeña
Ausentes
Iteróparo
Largo
Baja
Reducida y grande
Comunes
Ambos
Ambos
Baja
Ambos
Posibles
Alta
Constante
Bajos
Alta
Muchas y complejas
Grandes
Producción reproductora
lenta
Comunidades clímax
Especialistas
Sabanas africanas
Baja o fluctuante
Fluctuante
Ambos
Baja
Pocas y simples
Muy variados
Normalmente lenta
Fluctuante
Fluctuante
Altos
Baja
Pocas y simples
Pequeños
Producción reproductora
rápida
Colonialistas
Generalistas
Ejemplos
Charcos estacionales
Fuente: Willmer et al., 2005
Clímax simple
Especialistas
Polos o desiertos
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1.3.- Interacción entre animal y medio ambiente: respuestas a los cambios.
1.3.2.- Tipos de respuestas.
1.3.2.1.- Evitación: comportamiento.
1.3.2.1.1.- Espacial (ej., escape).
1.3.2.1.2.- Temporal (ej., hibernación).
1.3.2.2.- Conformidad: individuos conformistas: el medio interno cambia
paralelamente al medio externo.
1.3.2.2.1.- Cambia el medio interno → cambian las velocidades de
las funciones.
1.3.2.2.2.- Puede haber una compensación funcional con la
aclimatación (o la aclimatización) → recuperación de la velocidad
funcional anterior al cambio.
1.3.2.2.2.1.- Tipos de compensación.
1.3.2.2.2.2.- Consecuencias de la compensación: Homeocinesis
(velocidad constante de las funciones = independencia).
1.3.2.3.- Regulación: cambia la velocidad de algunas funciones necesarias
para mantener la constancia del medio interno.
1.3.2.3.1.- Individuos reguladores: hipo e hiperregulación.
1.3.2.3.2.- Consecuencias: Homeóstasis (mantenimiento del medio
interno de composición constante).
1.3.2.4.- Modelos reales: entre conformista y regulador (depende: factor y
especie).
1.3.3.- Márgenes de supervivencia.
1.3.3.1.- Estenotolerancia: estrecho (conformistas > reguladores).
1.3.3.2.- Euritolerancia: amplio (conformistas < reguladores).
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Niveles de organización en los que las respuestas adaptativas pueden ocurrir.
Evitación espacial
(escape)
Comportamiento
Evitación temporal
(ej. hibernación)
Morfológico
Conformidad
(MI ≈ ME)
Bioquímico
Regulación
(MI ≅ cte.)
Fisiológico
Willmer et al. 2005
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E= I
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Conformista perfecto
9
Factor en el medio
interno (I)
8
7
6
5
4
3
2
1
0
1
2
3
4
5
6
Factor en el medio externo (E)
7
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(Tomada de Willmer et al. 2005)
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(Modificada de Willmer et al. 2005)
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Compensación → independencia del cambio ambiental
Alteración de la velocidad con el cambio agudo
Factor ambiental (ej, temperatura: T1<T2<T3)
(Modificada de Prosser y Heath, 1991)
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Velocidad de función
Compensación inversa
Sin compensación
Compensación parcial
Compensación completa
Sobrecompensación
(Modificada de Prosser y Heath, 1991)
Factor de aclimatación (temperatura)
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1.4.- Algunas generalizaciones válidas.
1.4.1.- Los animales pequeños y de cuerpos blandos del medio marino
suelen ser evitadores (buscan los microhábitats adecuados) y
conformistas. Puede haber terrestres más grandes evitadores
temporales (hibernación).
1.4.2.- Los animales medianos y de cuerpo duro (exoesqueleto)
pueden mostrar algo de capacidad de regulación.
1.4.3.- Los animales grandes terrestres son reguladores.
1.4.4.- Una misma especie puede ser reguladora para un factor
ambiental y conformista para otro (ej., peces teleósteos).
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Bibliografía utilizada:
1.
2.
Gardiner, M.S. 1978. Biología de los invertebrados. Ediciones Omega, S.A., Barcelona. 940 págs.
Hill, R.W., Wyse, G.A. y Anderson, M. 2006. Fisiología animal. 3ª ed. Editorial Médica
Panamericana, Madrid. 655 págs. ISBN: 84-7903-990-6.
http://www.sinauer.com/detail.php?id=3158
3.
Kardong, V.K. 1999. Vertebrados: anatomía comparada, función y evolución. 2ª ed. McGraw-Hill /
Interamericana de España, S.A., Madrid. 900 págs.
4.
Moyes, C.D. y Schulte, P.M. 2007. Fisiología animal. Pearson/Addison Wesley, Madrid. 300 págs.
5.
Prosser, C.L. y Heath, J.E. 1991. Temperature. En: Environmental and metabolic animal
physiology, 4ª ed. (Prosser, C.L. Ed.) Wiley-Liss, págs. 109-165
6.
Randall, D.J., Burggren, W.W., French, K. y Fernald, R. 2002. Eckert's animal physiology. 5ª
ed. W.H. Freeman, New York. 768 págs. http://www.whfreeman.com/animalphys5/
7.
Romer, A.S. y Parsons, T.S. 1985. Anatomía comparada (vertebrados). 5ª ed. McGrawHill/Interamericana, Madrid. 435 págs.
8.
Somero, G.N. 1991. Hydrostatic pressure and adaptations to the deep sea. En: Environmental and
metabolic animal physiology, 4ª ed. (Prosser, C.L. Ed.) Wiley-Liss, págs. 167-204.
9.
Weisz, P.B. 1987. La ciencia de la zoología. 6ª ed. Omega S.A., Barcelona. 954 págs.
10. Willmer, P.G., Stone, G.N. y Johnston, I.A. 2005. Environmental physiology of animals. 2ª ed.
Blackwell Science, Oxford, U.K. 816 págs.