Natacion y Patinaje

Densidad del agua destilada: 1 g cm-3
Densidad del agua de mar: 1,021-1,028 g cm-3
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LAS ALGAS SE MUEVEN
Citoplasma + cubiertas celulares / esqueletos
=
células más densas que el agua (1,03-1,1 g cm-3)
• Las que tienen cubierta de sílice o escamas pueden llegar a
una densidad de 2,6 g cm-3
• Los cocolitofóridos pueden llegar a 2,7 g cm-3
• Inevitablemente van a tender a caer al fondo
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¿CÓMO EVITAR IRSE AL FONDO?
Una de dos soluciones:
a.- Dinámica (nadar)
b.- Estática (flotar)
Pueden tener mecanismos para controlar la flotación o tener adaptaciones que
reduzcan la velocidad de caída
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inercia
escasa influencia
pequeño tamaño
viscosidad
importante
Es por esto que cuando el flagelo cesa su movimiento, el alga se detiene en el acto,
sin desacelerar gradualmente.
eficiencia propulsiva óptima
célula 15-40 veces > radio del flagelo
Si el cuerpo es más grande que lo esperado, el radio efectivo del flagelo se modifica agregando
pelos simples, no tubulares.
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•
El patrón de batido de los flagelos lisos es 3D
•
La dirección en que se mueve la célula es opuesta a la dirección en
que se propagan las ondas a lo largo del flagelo,
•
El inicio por la parte basal es más común que el de la distal
•
La velocidad de avance siempre es una pequeña fracción de la
velocidad de la onda corriendo por el flagelo y su eficiencia
propulsora depende de la relación entre la longitud y la amplitud de
la onda.
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¿Qué es nadar?
Tener la capacidad de desplazar el fluido en el que se está inmerso en
dirección opuesta a la del movimiento
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A diferencia del flagelo liso, la fuerza propulsora generada por un
flagelo con pelos tubulares va en la misma dirección que la de la
propagación de la onda.
Estos pelos rígidos permanecen perpendiculares al eje del flagelo
mientras este se curva
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Una onda que se aleja del cuerpo puede
hacer que los pelos actúen como remos y
el efecto general será propulsar primero el
flagelo
Si la célula es asimétrica, avanza girando sobre su
eje.
Puede
corregir
su
trayectoria
cambiando
abruptamente de dirección al cambiar el ángulo de
inserción de los flagelos o endureciendo las
estructuras internas.
Esto sucede en todos los heterokontos y en8 los
uniflagelados
Ejemplo: Ochromonas
Solo el flagelo con pelos parece ser activo en la locomoción. Se
dirige hacia adelante y produce simultáneamente ondas sinuosas y
helicoidales que se desplazan desde la base hasta la punta del flagelo.
• El movimiento resultante hace que la célula gire y avance.
• Es flagelo corto es arrastrado pasivamente y yace contra la célula.
Puede actuar como un timón, dirigiendo la célula.
• Las dos hileras de pelos rígidos causan una reversa del empuje
flagelar.
• El agua es impulsada a lo largo del flagelo del ápice a la base, así
la célula es empujada en la dirección del flagelo
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Dinoflagelados
desmocontos y dinocontos
Prorocentrum
Lingulodinium
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Gambierdiscus
Scrippsiella
DESMOCONTOS
Ej. Prorocentrum sp.,
El flagelo longitudinal, que se extiende apicalmente, bate con dirección anterior
hacia posterior, generando una onda con modo “ápice a base”.
El segundo flagelo, perpendicular al primero, está enroscado y unido al cuerpo,
excepto en su ápice que bate como un látigo mientras ondula la parte que no está
libre
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DINOCONTOS
El flagelo longitudinal
• actúa como propulsor y timón.
• bate en una forma planar que contribuye al movimiento hacia delante.
• puede también revertir la dirección de natación: se detiene, apunta en otra dirección
curvándose y luego continua batiendo.
• esta habilidad está relacionada con el cambio de orientación de los cuerpos basales y la
contracción de estructuras asociadas al axonema
El flagelo transversal, acintado, rodea la célula
• Es el responsable de guiar a la célula hacia delante y también
produce alguna rotación.
• aquí, una espiral generada en un modo “base a ápice” se propaga a lo
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largo del axonema, logrando propulsión hacia atrás y rotación
al
mismo tiempo
Euglenoideos
Los pelos aumentan el impulso del
flagelo contra el agua circundante.
Durante la natación el flagelo se
acerca al cuerpo y produce ondas
helicoidales, generadas en un
modo “base a ápice”
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Chlorarachniophyta
• Las zoosporas de Chlorarachnion reptans y Bigelowiella
natans tienen un flagelo simple insertado un poco por
debajo del ápice celular, con pelos muy diferentes de
los tubulares típicos de las Heterokontophyta.
• Durante la natación, el flagelo se enrosca alrededor de la célula en una espiral
descendente, situada en un surco a lo largo del cuerpo celular.
• Las células giran alrededor del eje longitudinal durante la natación y el extremo
anterior o el posterior de la célula se mueve, ya sea en trayectoria helicoidal
angosta o amplia, que parece como si se balanceara de un lado a otro.
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Chlorophyta
•
En flagelados isocontos como Chlamydomonas o Dunaliella, durante el batido efectivo, el
flagelo se curva solo en su base, empujando más agua hacia atrás que la que se le
adhiere durante el batido de recuperación produciendo un movimiento neto de avance.
•
Estas células rotan mientras nadan. La velocidad varía entre 100 - 200 µm/seg.
•
También puede nadar hacia atrás, para lo cual el flagelo hace movimientos ondulatorios
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Otros tipos de movimientos
Deslizamiento
Siempre sobre un sustrato sólido.
Ej.: cyanobacterias, Porphyridium, diatomeas y algunas desmidiaceas (Chlorophyta).
Los deslizadores más eficientes son las cyanobacteria filamentosas (Oscillatoria, Spirulina, Phormidium
y Anabaena) que pueden viajar a la velocidad de 10 µm/seg, con movimientos lineales o helicoidales
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Cuando se mueven, las células secretan mucílago que juega un rol activo en el
deslizamiento.
Es extruído por hileras de finos poros agrupados circunferencialmente alrededor de
los septos.
Estos poros son parte de una estructura denominada “junctional pore complex”
(JPC, algo así como complejo de poros empalmadores), que abarca toda la 17
pared
celular
DIATOMEAS
Pennadas con rafe
movimiento espasmódico
Algunas céntricas y
pennadas sin rafe
rotación sobre un punto
La velocidad general es de 1–25 µm/seg pero pueden acelerar hasta 100–200
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µm/seg.
sigmoideo
(Pleurosigma)
Rafe recto
(Navicula)
rafe curvo
(Amphora)
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• Filamentos de actina por debajo del rafe.
• Hay componentes transmembrana, con una
sustancia adhesiva conectados a esos
manojos de actina.
• También hay microtúbulos y vesículas
secretoras con polisacáridos, cerca de los
filamentos de actina.
• Proveen las bandas de mucílago que salen
por el rafe y se adhieren al sustrato durante
el deslizamiento.
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Numerosos modelos para explicar la locomoción de las diatomeas.
1º) el de las proteínas transmembrana.
2º) cambios conformacionales en el mucílago adhesivo que se
hidrata al ser secretado a través del rafe. Los filamentos de actina
restringen la secreción de mucílago a un extremo del rafe y genera
una fuerza neta que mueve la célula sobre el sitio de secreción
En ambos modelos, el mucílago secretado juega un rol central
proveyendo tracción para traducir la fuerza en movimiento de la
célula o generando la energía por cambios conformacionales o por
hidratación
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Deslizamiento lento sobre un sustrato sólido
También se ha observado en Porphyridium sp. (Rhodophyta) y en
algunas desmidiaceas (Chlorophyta).
En Porphyridium, el mucílago se produce en vesículas dentro de la
célula y se excreta a través de la membrana.
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En las desmidiaceas el mucílago se excreta a través de poros en la
pared celular. Al moverse, estas células dejan tras de sí un rastro
fibrilar de mucílago, el que al hincharse en el agua empuja a las
células hacia adelante.
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Velocidad de deslizamiento
Velocidad
Especie
División
Movimiento x
(µm/seg )
(m/hora )
Gymnodinium gracilentum
Dinophyta
Flagelos
500
1,80000
Symbiodinium sp.
Dinophyta
Flagelos
250
0,90000
Tetraselmis suecica
Chlorophyta
Flagelos
180
0,64800
Chattonella sp.
Ochrophyta
Flagelos
120
0,43200
Criptomonadoide
Cryptophyta
Flagelos
110
0,39600
Chlorarachnion reptans
Chlorarachniophyta
Flagelos
110
0,39600
Euglena gracilis
Euglenophyta
Flagelos
100
0,36000
Dunaliella salina
Chlorphyta
Flagelos
95
0,34200
Ochromonas danica
Ochrophyta
Flagelos
80
0,28800
Bigelowiella natans
Chlorarachniophyta
Flagelos
70
0,25200
Pavlova salina
Prymnesiophyta
Flagelos
50
0,18000
Oscillatoria spp.
Cyanobacteria
Deslizamiento
10
0,03600
Leptolyngbya spp.
Cyanobacteria
Deslizamiento
0,004
0,00001
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Control de la flotación
La alternativa a la natación es flotar por medio de algún dispositivo
OCHROPHYTA
Flotadores (pneumatocistos) dentro del talo (Fucus vesicolosus, Ascophyllum
nodosum y Sargassum sp.,)
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Chlorophyta
Enteromorpha sp. : burbujas de gas atrapadas en el hueco central del
talo
Codium fragile: el gas que queda atrapado entre los filamentos
produce el mismo efecto de flotación que los neumatocistos.
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CYANOBACTERIA
Aerotopos.
• Su densidad es de alrededor de 0.12 g/cm3 (1/8 de la del agua) y, si la cantidad es
suficiente la célula esta puede flotar.
• la flotación está regulada tanto por la formación de aerotopos, como por la composición
citoplasmática, a través de la síntesis y degradación de fotosintatos
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Se producen en condiciones de baja iluminación (p. ej. Aguas profundas con luz insuficiente),
donde:
•
•
•
FS! reducida
PO de los azúcares recién sintetizados es baja
Baja producción de materiales pesados (ej. Carbohidratos), por lo tanto no
aumentan la densidad celular,
Gran cantidad de aerotopos
↑ flotabilidad
Inversamente, si el potencial osmótico de la célula es alto
•
•
alta producción de azúcares,
aumento del lastre en forma de productos secundarios de la FS!
↑ presión de turgencia
Colapsan los aerotopos
células ↓
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El aumento en presión de turgencia con alta irradiancia se ha visto en muchas
cyanobacteria; sin embargo para que esto resulte en una regulación de los aerotopos la
presión alcanzada debe exceder la presión de los aerotopos.
Esto ocurre, por ejemplo, en Anabaena flos-aquae, con una presión crítica de colapso con
un promedio de 6 bars.
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En Trichodesmium sp. los aerotopos pueden soportar presiones de 12–37 bars
dependiendo de las especies y el colapso por presión de turgencia no es posible como un
mecanismo de regulación de la flotabilidad en este género.
Aquí se considera que el único mecanismo de regulación de la flotabilidad serían cambios
en el lastre de carbohidratos, con una reducción de la densidad celular pero sin poder
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tener una flotabilidad neutra.
Flotación por líquidos con menos densidad que el agua
Son flotadores virtualmente incompresibles pero ocupan más espacio
que el se necesita para llenar un flotador con gas con la misma
flotabilidad
En diatomeas, la gran vacuola central contiene un líquido de densidad
reducida (acumulan selectivamente K+ y Na+, en reemplazo de iones
bivalentes más pesados).
Algunas spp tienen ritmos circadianos: suben a la superficie durante el
día y caen durante la oscuridad, posiblemente por cambios en la
gravedad específica del jugo celular o por formación o desaparición de
vacuolas con gas en el citoplasma.
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Reducción del hundimiento por aumento en el contenido lipídico (densidad ~0.86 g/cm3)
en Chrysophyceae y Phaeophyceae (Ochrophyta), Prymnesiophyta, Cryptophyta y
Dinophyta.
La expansión térmica de estos compuestos debe tener algún significado afectando los
cambios diurnos de profundidad mediante la reducción de la densidad pero sin producir
flotación neutra.
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Noctiluca (dinoflagelado)
Grandes vacuolas con:
- alta concentración de iones NH4+
- exclusión de iones bivalentes (especialmente sulfatos)
- gran contenido intracelular de iones Na+ en relación a los de K+
Como resultado la densidad del jugo celular en las vacuolas es menor que la del33agua
de mar y por lo tanto la célula puede ascender y flotar.
Otras adaptaciones para reducir la tasa
de hundimiento
La tasa a la cual un pequeño objeto se hunde en el agua varía con
la cantidad por la cual su peso excede al del agua que desplaza e
inversamente con las fuerzas viscosas entre la superficie del
objeto y el agua.
Las fuerzas viscosas que se oponen al movimiento son
aproximadamente proporcionales a la superficie y por lo tanto,
siendo las otras cosas iguales, a mayor superficie, menor
velocidad de hundimiento.
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La mayoría de los planctontes son de pequeña talla y por lo tanto tienen una mayor relación
superficie/volumen.
En otros casos hay estrategias para aumentar esta relación y que ayudan a mantenerse a flote.
Ej. modificaciones en la superficie que aumentan el área sin modificar el peso (achatamiento
del cuerpo o una expansión formando espinas, sedas, cuernos, alas o aletas.
Chaetoceros sp.
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En dinoflagelados la pared celular también se prolonga en espinas (Ceratium) o alas
(Dinophysis).
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CHLOROPHYCEAE
Pediastrum: manojos de delicadas cerdas quitinosas.
Scenedesmus: células revestidas por un gran número de cerdas de estructura compleja, que
parecen ayudar a mantener las células en suspensión.
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