TP Nro. 2 - Sistema Sensorial

TRABAJO PRACTICO N°°2
SISTEMA SENSORIAL
Coordinador: Lic. Silvia Pedetta
En este trabajo práctico se estudiarán dos sistemas sensoriales utilizando como modelos
experimentales animales invertebrados. En primer lugar, analizaremos el sistema visual en un crustáceo, en
particular en un cangrejo de estuario que habita en la Bahía de Samborombón, San Clemente del Tuyú,
Provincia de Buenos Aires. Se estudiará cuál es la estrategia que utilizan estos animales para detectar el
movimiento de un objeto y de qué forma pueden maximizar la agudeza visual y realizar el reconocimiento de
objetos en movimiento.
Por otro lado, estudiaremos el sistema gustativo en un insecto, la abeja de la miel Apis mellífera. En
este caso, analizaremos la respuesta refleja innata de estos animales (extensión de la probóscide) ante la
estimulación de los receptores gustativos localizados en las antenas y en las piezas bucales.
Parte A. Visión en un artrópodo: De la morfología a la fisiología
Propiedades de los pedúnculos oculares de cangrejo: Los ojos de los cangrejos están ubicados en
pedúnculos oculares. Este hecho provee a los cangrejos de una visión de 360° y hace posibles los
movimientos oculares. Sus ojos son compuestos, haciendo que su agudeza visual sea 100 veces inferior a la
de los vertebrados (1-2 grados en las zonas de mayor resolución comparada con 1/60 de grado en la fovea
humana). Los ojos compuestos están formados por cientos a miles de unidades hexagonales llamadas
omatidias o facetas. Cada una de las omatidias es responsable de la formación de un punto de la imagen final
(como un pixel). Cuanto mayor es el número total de omatidias en un ojo, mejor es la calidad de la imagen
percibida. En el caso particular de Neohélice granulata cada ojo posee alrededor de 7000 omatidias.
Una omatidia se compone de una lente
córnea usualmente convexa, debajo se halla
un cono cristalino que enfoca la luz hacia la
parte distal del rabdoma, el cual se encuentra
rodeado por varias células retinulares que
contienen un pigmento visual empaquetado
en unas estructuras llamadas microvili.
Cuando la luz llega al rabdoma, el pigmento
visual cambia su configuración molecular
ocasionando un cambio en el potencial
eléctrico de la membrana celular. La señal
generada es transmitida vía sinapsis hacia
centros de mayor integración del cerebro.
a) Ojo compuesto
b) Omatidia
c) Corte transversal de la omatidia
http://cariari.ucr.ac.cr/~insectos/Visión/Diag_omatidia.htm
Una característica de estos ojos es la presencia de una pseudopupila, la cual se observa como una
mancha oscura elongada, que parece moverse alrededor del ojo siguiendo al observador. La pseudopupila
indica el conjunto de omatidias que están formando la imagen del observador. Este hecho se utiliza para
identificar la dirección del espacio que detecta cada región del ojo. Al mover el pedúnculo se observa que la
pseudopupila cambia de tamaño. Una pseudopupila de mayor tamaño puede indicar que existen más
omatidias muestreando esa región del espacio y/o que el tamaño de las omatidias es mayor en esa región del
ojo. También se utiliza para medir la resolución de cada zona del ojo al medir el ángulo interomatidial. Por
ejemplo, si al rotar el ojo 10 grados, la pseudopupila se mueve a través de 5 omatidias, entonces el ángulo
interomatidial es de 2 grados (Layne et al., 1997). Ángulos menores indican zonas de mayor resolución.
La fovea se define como un área de la retina de elevada agudeza visual. En el caso de los cangrejos
semiterrestres Uca sp., está representada como una banda de mayor resolución a lo largo del ecuador del ojo
(Barnes et al., 2002).
Detección de movimiento: La capacidad de detectar movimiento se encuentra extensamente representada en
diversos grupos de animales. Para mejorar la agudeza visual y el reconocimiento de objetos en movimiento
es importante la estabilización de las imágenes sobre los ojos. Existen distintas formas de compensar el flujo
de imágenes que se genera sobre la retina como consecuencia del movimiento, en algunos casos se logra por
desplazamiento del individuo (ej. insectos) y en otros por desplazamiento de sus ojos (humanos, cangrejos).
El tracking o seguimiento es otro tipo de respuesta que estabiliza, a partir de movimientos corporales
y/u oculares suaves, figuras de interés en la fovea. Como fue comentado previamente, los cangrejos poseen
en la región ecuatorial del ojo una banda de alta resolución y por lo tanto no necesitan seguir el movimiento
de los objetos con sus ojos. Sin embargo, realizan una variedad de otros movimientos oculares incluyendo la
retracción defensiva de los pedúnculos, movimientos sacádicos ante rotaciones del entorno y movimientos
oculares compensatorios entre otros.
Se ha observado que en la especie Uca pugilator los pedúnculos oculares son mantenidos en posición
vertical, alineando de esta forma la zona de mayor agudeza visual con el horizonte. Este hecho es
adaptativamente importante dado que los cangrejos de dicha especie realizan la discriminación entre
predadores y coespecíficos detectando la posición de éstos relativa al horizonte (Layne et al., 1997). Al
mover el cuerpo de estos cangrejos en los tres ejes posibles, se puede observar el movimiento de los
pedúnculos compensando el ángulo desplazado. Estos movimientos pueden estar guiados por entrada visual,
por órganos de equilibrio (estatocistos) o por propioceptores (ubicados en las patas). Depende de la especie
de cangrejo y de su hábitat cuál de estas entradas resulta dominante en caso de señales contradictorias
(Nalbach et al., 1989).
OBJETIVOS DEL TRABAJO PRACTICO
•
•
Observar las características de un ojo compuesto. Reconocer las omatidias, su morfología, la
pseudopupila y la distribución espacial de las omatidias en Neohélice granulata.
Identificar los factores que influyen en los movimientos de estabilización ocular en el cangrejo Neohélice
granulata.
MATERIALES A UTILIZAR
• Cangrejos machos adultos de la especie Neohélice granulata
• Aerosol negro, con el cual se pintarán uno o los dos pedúnculos oculares para impedir la visión.
• Pedúnculos oculares removidos del animal
• Lupas binoculares y microscopios
DISEÑO EXPERIMENTAL Y METODOLOGIA
1) Morfología de los ojos compuestos
- Realizar observaciones bajo lupa binocular de pedúnculos oculares de Neohélice granulata
- Identificar las omatidias y describirlas en cuanto a tamaño y forma.
- Describir la distribución espacial de las omatidias alrededor del ojo ¿cómo es el campo visual de cada ojo?
Observar la pseudopupila al rotar el ojo en distintos planos ¿cambia de forma en las distintas zonas?
Esquematizar.
2) Identificación de los movimientos de compensación ocular
Se observará cómo el movimiento de los pedúnculos intenta compensar el movimiento del cuerpo. Para esto
se estudiarán tres grupos experimentales: grupo ojos intactos, grupo un ojo pintado, grupo dos ojos
pintados.
a) Se entregará a cada grupo de alumnos un total de 3 cangrejos (grupo ojos intactos). Los cangrejos
tendrán una varilla insertada en la zona dorsal del caparazón para facilitar su manipulación.
b) Mover el cangrejo según los ejes de rotación o inclinación e identificar y describir los movimientos de los
pedúnculos oculares respecto de los ejes establecidos (ver esquema).
c) En éste y en los próximos experimentos, cada alumno dentro del grupo deberá realizar una observación
independiente. Armar una tabla por grupo con los resultados.
Interrogantes del experimento ¿Los movimientos de compensación ocular ocurren de igual manera en los
dos ejes de rotación? ¿Existe algún eje preponderante? ¿Hasta que ángulo es posible la compensación en
cada caso?
d) Se entregará a cada grupo de alumnos un total de 3 cangrejos a los cuales se les pintará un solo ojo (grupo
un ojo pintado). Repetir los pasos de los puntos b) y c).
Interrogantes del experimento ¿Qué pasa con el ojo que no ve? ¿Se queda fijo o se mueve sincrónico al que
ve?
e) Se pintarán los dos ojos (grupo dos ojos pintados) para determinar si existe otra entrada sensorial que
guíe los movimientos de compensación ocular. Repetir los pasos de los puntos b) y c).
Interrogantes del experimento ¿Existen otros factores ajenos a la visión involucrados en los
movimientos de compensación ocular?¿Existe otra entrada sensorial (proveniente de los estatocistos)
que sea suficiente para guiar los movimientos de compensación ocular?
INFORME
Objetivos. Mencionar brevemente.
Resultados: Presentar tablas del grupo con los datos observados por cada alumno. Describir las
observaciones realizadas, comparando entre los tres grupos experimentales (ojos intactos; un ojo pintado;
dos ojos pintados).
Discusión y Conclusiones: Se deben discutir los resultados obtenidos en cada sección (contestando las
preguntas que se plantean a lo largo del práctico), y realizar conclusiones generales del TP.
BIBLIOGRAFIA
Barnes W.J.P., Horseman B.G., Macauley M.W.S. The detection and analysis of optic flow by crabs:
from eye movements to electrophysiology. In Konrad Wiese (Ed.) The Crustacean Nervous System.
Springer-Verlag. pp: 468-485 (2002)
Layne J., Land M., Zeil J. Fiddler crabs use the visual horizon to distinguish predators from conspecifics:
A review of the evidence. J. mar. Biol. Ass. U.K., 77, 43-54. (1997)
Nalbach H.-O., Zeil J., Forzin L. Multisensory control of eye-stalk orientation in space: crabs from
different habitats rely on different senses. J. Comp. Physiol. A 165, 643-649. (1989)