FACA 1r Parcial - By Ire (2015)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología Ambiental - 2º curso
Asignatura Fisiologia Animal Comparada i Ambiental
Año del apunte 2015
Páginas 30
Fecha de subida 17/02/2015
Descargas 15
Subido por

Vista previa del texto

FISIOLOGIA ANIMAL COMPARADA AMBIENTAL 1r PARCIAL (09.08.14 – 31.10.14) IRENE GARCÉS TORREBADELLA 2n BIOLOGIA AMBIENTAL UAB ÍNDEX 1. Conceptes generals 1. Cas pràctic 1. Herba- Gasela – Guepard 1. Causa pròxima i causa última 2. Tipus de mutacions 3. Visió moderna de l'evolució 4. Cas pràctic 2. El silenci dels grills 5. Homeòstasi 1.
Factors d'influència sobre els animals 2.
Retroalimentació positiva i negativa 6. Al·lostàsia 1. Adaptació i aclimatació 7. Cas pràctic 3. Exemples d'adaptacions 1. Els primers homínids 2. Lactasa 3. Diferents medis 8. Plasticitat fenotípica 1. Norma de reacció 2. Coping style 9. Cas pràctic 4. Plasticitat fenotípica en el peix Polypterus 1. Fenotip extés 2. Fenotip social 10. Notes 2. Termorgulació i metabolisme 1. Definicions 1 2. Mecanismes de guany o pèrdua de calor 3. Cas pràctic 5. Capsaicina 4. La suor 5. Mecanismes reguladors de Tª 6. La febre 7. Factors que afecten la TM 8. Definicions 2 3. Termorgulació en animals 1. Cas pràctic 6. Els ratpenats (quiròpters) 2. Ecofisiologia de les zones àrides 1.
Evasors 2.
Evaporadors 3.
Resistents 3. Cas pràctic 7. Exemple de plasticitat fenotípica en Scaphopius 4. Ecofisiologia de les zones fredes 1.
Estrategies comunes 2.
Endoderms resistents 3.
Ectoderms evasors 5. Cas pràctic 8. Peixos polars 6. Ecofisiologia de les fonts submarines hidrotermals.
7. Cas pràctic 9. Exemple de simbiosi en Riftia sp.
4. Respiració - circulació 1. Pulmons 2. Cor 3. Intercanvi gasós 4. Intercanvi gasós en detall 5. HCO3- com a tampó de pH 6. Adaptacions respiratòries a l'altura 7. Cas pràctic 10. Evolució del vol en els ocells 1.
Eficiència de la difusió d'O2 en ocells 2.
Altres adaptacions CONCEPTES GENERALS TEMA 1 La variació genètica condiciona el procés evolutiu per: • Selecció natural ◦ Direccional: caràcters afavorits per un medi concret.
◦ Estabilitzadora: els extrems tenen tendència a ser eliminats. P.ex: les cries petites són massa indefenses i les grans costen de parir.
◦ Disruptiva: els extrems són necessaris per sobreviure al medi • Mutacions • Fluxos genètics (migracions...) • Derives genètiques • Plasticitat fenotípica Cal considerar l'efecte epigenètic, on els components químics de l'ambient modifiquen l'expressió dels gens. P.ex: la metilació modifica el patró d'enrotllament de les histones fent que es puguin llegir o no fragments d'ADN (expressant gens) que abans eren inaccessibles.
CAS PRÀCTIC 1. HERBA – GASELA – GUEPARD • Herba: autòtrofa de creixement ràpid i cicle vital breu amb gran capacitat de dispersió. Te una paret cel·lular poc llenyosa, suficient per a que la part superior de l'herba creixi i alhora sigui comestible pels depredadors (bona pal·labilitat, gust). Això és una estructura de defensa, ja que evita que els depredadors excavin i es mengin el tal·lus subterrani de l'herba. Això confereix a l'herba una alta resiliència (capacitat de recuperar-se d'una pertorbació).
• Gasela: és herbívora (explota un recurs concret). Conseqüentment te una fisiologia adaptada amb una digestió modificada per una màxima eficàcia metabòlica. Està poc especialitzada dins l'herbivoria, el qual li confereix flexibilitat tròfica i la condiciona a migrar. Degut a la presió dels depredadors ha desenvolupat un seguit de sistemes que es resumeixen en un desenvolupament perinatal accelerat, una tendència gregària (agrupació en manades) i una termorregulació eficient que li permet ser àgil, caràcter esencial per evitar els depredadors.
• Guepard: especialització tròfica en la carnivoria. Té un comportament social desenvolupat per assegurar l'éxit de les poques cries que té. Aquestes utilitzen el joc com a estratègia per aprendre a caçar. Gran velocitat i metabolisme molt eficient adaptat per la depredació. Fan osteofàgia, que consisteix en rosegar òssos com a font de Ca2+.
Extranyament, els guepards tenen pocs gens que codifiquin per proteïnes MHC (Complexe major d'histocompatibilitat), que són les encarregades d'identificar l'antígen i iniciar la resposta immune. Per compensar aquesta mancança, les femelles es tornen promisqües: busquen aparellar-se amb molts mascles diferents per augmentar la variabilitat genètica.
Tot plegat demostra un procés de coevolució. Així doncs, el cas ens demostra que és insuficient estudiar aïlladament l'anatomia d'un animal per justificar la seva fisiologia.
TIPUS DE MUTACIONS • Teoria NEUTRAL: regeix l'evolució molecular. Les mutacions són aprox: 50% negatives, 45% neutrals i 5% favorables. Al haver-hi tantes mutacions neutrals s'afavoreix la velocitat mitjana del canvi.
• Teoria CASI neutral: Les mutacions que són lleugerament perjudicials o favorables depenen de la quantitat de població que afectin.
VISIÓ MODERNA DE L'EVOLUCIÓ1 TÒPIC CORRECCIÓ El material per l'evolució prové Parcialment cert. En el repertori de canvis aleatoris cal pr i n c i pa l m e nt d e canvis aleatoris incloure: duplicació dels gens, de parts del genoma o del genoma al complet, la pèrdua de gens i material genètic, la heretables.
transferència horitzontal de gens, la transferència massiva de gens en les endosimbiosis, els gens mòbils egoistes i l'adopció de seqüències d'ells.
L a ( d i f í c i l ) f i x a c i ó d e c a n v i s Parcialment cert, ja que cal afegir que les mutacions beneficiosos és la principal força de neutrals són la principal font de variabilitat, així com l'epigenòmica (efectes del medi ambient sobre el genoma).
l'evolució.
Les variacions fixades per la seleció Fals. La transferència horitzontal de gens i la duplicació total natural són extremadament petites i d'aquests són grans canvis. També ho són la delecció de fragments, la reorganització del genoma, la duplicació graduals.
completa d'aquest i les endosimbiosis. Mutacions petites poden tenir un gran efecte sobre el fenotip (estudiat per Evo-Devo).
Uniformitarianisme: l'evolució a escala Parcialment cert. Actualment sí, ja que el procés evolutiu es dóna per replicació. No obstant, les majors transicions en macro ha estat molt gradual.
l'evolució s'han donat per processos alternatius com l'endosimbiosis en la formació de cèlules eucariotes.
L'evolució per selecció natural tendeix Fals. La complexitat del geneoma ha estat deguda a construïr estructures i propietats probablement com a selecció purificadora en petites 1 Egoísta – Selfish.
Adopció – Recruitment.
adaptatives més complexes amb el poblacions, no és el resultat de l'adaptació.
pas del temps.
L'evolució es pot concebre com un Fals. Aquesta representació només ens permet únic “arbre gran”.
considerar l'evolució individual de gens, sense tenir en compte la transferència horitzontal d'aquests i els elements mòbils del genoma.
CAS PRÀCTIC 2. El silenci dels grills (crickets) Lloc: Illa Kauai Cas: una mosca invasora sent els chirps (so del grill), els detecta i els hi pon els ous a sobre. Les larves (maggots) neixen sobre seu i es mengen el grill.
Resposta: en poc més de 20 generacions, els grills s'havien silenciat per evitar la mosca (adaptació selectiva per una forta presió de selecció). Els mascles mutants van adoptar ales semblants a les de les femelles, sense la capacitat d'emetre so per fricció. Aquesta mutació ve donada per un únic gen del cr. X, per això va ser possible que la seva freqüència augmentes tant ràpidament, ja que no poden ser trencades per recombinació com ho poden ser mutacions que depenguin de diferents gens.
Els grills d'aquesta illa van experimentar un efecte selectiu tipus Coll d'ampolla.
Quan la població es petita, la selecció afavoria les femelles que no eren tant selectives pels mascles sonors (plasticitat fenotípica).
Els grills silenciats també s'han trobat en una illa pròxima on no hi havia la mosca.
Així doncs, han evolucionat igual sota presions de selecció diferents (convergència evolutiva).
Causa pròxima Causa última factors fisiològics que fan possible el canvi. motiu ambiental pel qual s'ha produït el canvi.
com una estructura o procés funciona el perquè de l'existència o estructura Mutació en el cr. X dels grills i processos L'efecte de presió de depredació sobre el grill cel·lulars que ho han fet possible. ha promogut el canvi.
Síntesi de pigments controlada genèticament Variació de la depredació en funció del a les ales de la papallona (presència de pigment, el qual provoca una selecció dels polimorfismes pigmentats en la població). fenotips poblacionals.
HOMEÒSTASI Capacitat de mantindre unes condicions internes estables compensant els canvis ambientals amb intercanvis de matèria i energia (metabolisme). Això s'aconseguiex amb la termorregulació i l'equilibri del pH.
Equilibri: la constància amb el medi s'assoleix sense despeses energètiques.
Estat estacionari: aquesta constància requereix despeses energètiques. P. Ex: suar per mantindre la Tª enlloc de marxar de la zona de calor.
L'individu està constantment fora de l'equilibri termodinàmic.
Factors d'influència sobre els animals. Generen canvis fisiològics.
1. Estrès ambiental: canvis en el medi.
▪ Abiòtics: canvis fisicoquímics, pressió, salinitat, Tª...
▪ Biòtics: competició, població, presions de predació.
2. Magnitud dels canvis temporals i espaiats: adaptabilitat de l'organisme als canvis sobtats o pausats 3. Energia o disponibilitat de recursos: ▪ Restricció: ambients ectrems, petites comunitats que necessiten poca energia.
▪ Abundància: alt grau d'especialització i competició pel nínxol. Adaptabilitat.
Segons això trobem organismes tipus: • Regulador: incapaç de sobreiure a gaires canvis ambientals, poca capacitat d'estabilització del medi intern.
• Conformista: capaç de sobreviure a medis adversos sense dificultat.
Es troben combinacions d'aquests dos.
Retroalimentació (feedback) • Positiva: sense fi. Modificacions fisiològiques en la mateixa direcció que la variable ambiental. Allunyament de l'homeostasi. El cos afavoreix el canvi. P.ex: orgasme, contraccions del part, reaccions immunes...
• Negativa: s'atura la 2ª resposta quan la percepció és correcta i s'assoleix l'homeostasi. Modificacions fisiològiques en direcció contrària a la variable ambiental. P.ex: termoregulació (amb resposta 2 de suar, ventar-se...).
AL·LOSTASIA Activació de mecanismes (neurals, endocrins...) per estabilitzar l'organisme envers a canvis potencialment estressants en el medi. Estabilitat a partir del canvi, ajuda a mantenir l'homeòstasi.
Càrrega al·lostàtica: quan el canvi en el medi produeix una sobreestimulació dels sistemes al·lostàtics (ja sigui degut a que és molt estressant i prolongada o que aquests sistemes no funcionen correctament) i es sobrecarreguen els mecanismes de regulació. Provoca malalties, disfuncions o mort.
Adaptació: ajustaments heretables de caire fisiològic produïts com a conseqüència de canvis previs en el medi extern. P.ex: canvis moleculars, immunes, cel·lulars, comportamentals, morfològics, de desenvolupament...
Aclimatació: ajustaments NO heretables de caire fisiològic produïts com a conseqüència de variacions en el medi extern. P.ex: major tolerància a l'augment de Tª sense necessitat de termoregular en excès. També comporta canvis moleculars, comportamentals i etc.
CAS PRÀCTIC 3. Exemples d'adaptacions 3.1. Els primers homínids Pèrdua de pèl com a adaptació a climes càlids. Com a conseqüència, necessitat de pigmentació de la pell per protegir-la de la llum del sol, que trenca el Folat, necessari per tenir una fertilitat óptima i un bon desenvolupament fetal. Tampoc pot ser una pell exessivament pigmentada, ja que es necessita sol per catalitzar correctament la vitamina D, necessària pels ossos del fetus.
3.2. Lactasa Des de l'inici de la ramaderia al Neolític (10.000 a.C) s'ha seleccionat favorablement aquella part de la població que conservava l'enzim Lactassa passada l'adolescència, ja que els permetia digerir la llet i tenir així un avantatge de recursos.
Diferents medis Les adaptacions concretes d'individus a les diferents condicions d'un ecosistema es fa patent en la diversitat d'organismes que l'habiten, procurant explotar (colonitzar) totes les regions d'aquest.
N.T: Lòtic: aigua mòvil, Lèntic: immovil Medi variable: poc especialitzats, petits, generalistes i versàtils -> euroic Medi estable: adaptacions precises, organismes grans -> estenoics PLASTICITAT FENOTÍPICA C a p a c i t a t d e l genoma p e r e x p r e s s a r dif e ren ts f en o ti ps en medis variables. És necessaria per comprendre la capacitat de l'individu per respondre alternativament a diferents pressions de selecció en comportaments socials avançats.
Un fenotip preescrit per un genotip pot ser rígid en la seva expressió (com els cinc dits d'una mà o el color de l'ull) o flexible, on l'expressió d'aquest fenotip necessita dependre de l'ambient en que es desenvolupa l'individu. No queda clar del tot fins a quin grau la plasticitat fenotípica respon a les normes de la selecció natural. Exemple plasticitat 1: FIG. 17.2.
Exemple plasticitat 2: canvis comportamentals de preferència de llocs de nidificació per un tipus d'aus determinat. Aquestes prefereixen els roures, però quan la població de roures disminueix són capaces de canviar i nidificar en pins.
En la plasticitat fenotípica no es considera l'al·lelisme multiple, sinó les variables en l'eficiència dels enzims i en com condiciona el medi l'expresió de gens determinats.
Norma de reacció Descriu la relació de variació d'un fenotip en un medi continuament variable.
Coping style Relació consistent i fixa entre els patrons comportamentals de l'animal i la seva fisiologia. Fenòmen adaptatiu. P.ex: en funció dels nivells de cortisol (que varien per estrés del medi) el comportament de l'animal pot ser més agressiu (proactiu), menys agressiu (reactiu), dominant...
CAS PRÀCTIC 4. Plasticitat fenotípica en el peix extingit Polypterus Bo en el medi marí i capaç de sobreviure en el medi terrestre, on adopta una locomoció quadrípeda amb les aletes pectorals. Obviament la despesa energètica en el medi terrestre serà major que en l'aquàtic.
Així doncs, el pectoral del peix adaptat al medi terrestre presenta plasticitat fenotípica. Com més terrestrialitzat està, més adaptat fisiològicament per la optimització del moviment.
Els caràcters de plasticitat fenotípica poden ser ocasionalment heretables partir d'una assimilació genètica que fixi una part concreta d'aquests caràcters, disminuïnt la sensibilitat ambiental d'un tret.
Fenotip extés Fer manipulacions del medi a partir de l'utilització dels recursos d'aquest. P.ex: nius de tèrmits, les preses dels castors, utilització de pals pels simis. Això pot modificar el medi i afectar altres espècies.
Fenotip social En espècies Eusocials (realment socials), no en agregats (ramats...). Un sol genoma per tota la colònia. Les diferències es formen a partir de variacions en l'expresió del genoma (provocades per racionaments en el tipus i la quantitat de menjar, p.ex). Això permet una distribució de feines (especialització) per castes.
NOTES 1.
Si la Tª puja, els nivells d'O2 baixen, ja que la Tª és moviment de partícules; a altes Tª hi ha més moviment i es més fàcil que O2 s'escapi a la superfície.
2.
Neotèmia: presència de caràcters d'aspecte juvenil. Aspecte valorat en la selecció reproductiva humana.
3.
El pèl que ens queda serveix per augmentar la superfície on hi ha més abundància de glàndules sudoripares i bactèries, ja que aquesta olor és un sistema de selecció.
4.
Quan estem nerviosos, la glucosa en sang augmenta per si necessitem actuar, es com un reflex.
5.
Model: simplificació de tots els conceptes anteriors per l'estudi d'un fet concret. P.ex: estudiar el càncer s'utilitzen gossos com a model d'organisme.
TERMORREGULACIÓ I METABOLISME TEMA 2 Definicions 1 • Homeoterm: Tª corporal constant.
• Poiquiloterm: Tª corporal variable.
• Endoterm: Capaç de regular la seva pròpia Tª.
• Ectoterm: la Tª corporal depen de fonts externes.
• Euriterm: que aguanta un rang ample de Tª. Els humans ens podem considerar euriterms gràcies al nostre fenotip extés (jaquetes, calefacció, aire ac...) • Iteròpters: que es poden reproduïr varies vegades.
• Placentari: metabiolsimes de la mare i el nen conectats. Cries vinculades a la mare durant molt temps.
MECANISMES DE PÈRDUA O GUANY DE CALOR 1. Medi • Radiació: les superfícies de tots els objectes constantment emeten calor de les seves ones electromagnètiques. El radi d'emissió varia amb la Tª del radiant.
• Convecció: la pèrdua o guany de calor es dóna a través d'un intermediari: aire o aigua.
2. Animal • Conducció: Les colisions entre molècules adjacents transfereixen energia termal • Evaporació: es requereix molta energia per provocar un canvi d'estat de líquid a gas. Si això passa a la superfície de la pell, part d'aquesta calor es perd i provoca un refredament.
Variacions tèrmiques Core body Tª: temperatura interna. Es medeix al recte, ja que és més precisa que a la boca, on degut a l'entrada d'aire hi ha un cert refredament.
Receptors tèrmics • Externs (pell): termoreceptors perifèrics. Ajuden a la regulació • Interns: termoreceptors centrals. Inclouen òrgans abdominals i l'hipotalm.
Permeten mantenir la Core Body aportant els mecanismes essencials de feedback negatiu per a una òptima termoregulació.
CAS PRÀCTIC 5. Capsaicina La capsaicina és el component picant del pebre. Activa la proteïna transmembranal que permet l'entrada de Na+ i Ca2+ i H+. Aquests ions provoquen canvis químics, de Tª i de pH que són detectats pels Nociceptors (encarregats de detectar el dolor) i envien la senyal al Hipotalm, que te cells sensitives de calor (s'activaran) i de fred.
Aplicacions de la capsaicina: • Analgèsic: L'aplicació repetida provoca insensibilització de les cells de dolor. 2 • Ocells: no tenen receptors de capsaicina. Pot servir per fer menjar per aquests, aconseguint que no sigui consumit per altres animals, com els esquirols.
LA SUOR. Mecanisme d'aclimatació. (Exam) Pèrdua insensible d'aigua: es dóna per difusió a través de la pell i durant l'expiració.
La producció de suor ve activada pels nervis simpàtics, que estimulen les glàndules sudorípares.
La suor és una dissolució de NaCl principalment. Quan la persona no està aclimatada a la Tª medi sua més d'1L/h per eliminar calor per evaporació de l'aigua. Alhora es perd NaCl, uns 15 a 30g/dia.
2 Això també passa al plaer: si es sobrecarreguen els receptors de dopamina s'insensibilitzen i es necessitarà més dopamina per percebre el mateix.
Al cap de 4 o 6 setmanes, la persona es comença a aclimatar al medi. Disminueix la concentració de NaCl de la suor, conservant més eficientment les salts corporals (es perdran entre 3/5 g/dia). Això es degut a un increment en la secreció d' Aldosterona, una hormona steroide. L'Aldosterona també regula la presió sanguínea i l'abosroció d'ions i aigua per part del ronyó.
complementar amb apunts Unió de vasos sangínis. Regulació de la Tª en els testicles.
Les artèries i les venes dels testicles estan entrellaçades per compensar la pèrdua de calor de la part dels testicles que es troba a l'exterior del cos. També hi participen músculs que contrauen els testicles cap al cos quan aquests detecten un descens de la Tª. També tenen abundants glàndules sudorípares.
Resum dels mecanismes reguladors de Tª (Exam) FEBRE Es segueix termoregulant però a un punt més alt de Tª degut al hipotalm, que secreta prostaglandines (l'aspirina redueix la febre inhibint la síntesi d'aquestes).
Si la Tª augmenta (per l'augment de reaccions químiques provocades pels Endogenous Pyrogen (EP)) , els vasos sanguínis es dilaten i faciliten la circulació de les cèl·lules encarregades de la resposta immune, com els macròfags o els enzims que degraden els lipopolisacàrids tòxics secretats pels bacteris.
Els mamífers tenim febre, ja que som endoterms i homeoterms.
Els peixos tenen febre conductual: van a zones d'aigua càlida quan tenen infeccions per augmentar la Tª i suplir aquesta deficiència en la termoregulació (ectoterms).
Cal tenir en compte que la difusió (p.ex: de virus i bacteris) a través de l'aigua és més efectiva que per aire.
ALGUNS FACTORS QUE AFECTEN LA TAXA METABÒLICA (METABÒLIC RATE) • Increment de la TM per Hormona tiroidea Aquesta pot secretar tiroxina en climes calents (aug. TM) o no (dism. TM) en climes freds, una hormona responsable de que es duguin a terme reaccions quimiques en cèl·lules diveres -> efecte calorigenic.
• Testosterona També pot augmentar la TM basal i està relacionada amb l'augment de massa ossia dels homes. No relaciona amb els canvis emocionals, ja que hi ha una secreció constant.
• Epinefrina La mèdul·la adrenal pot secretar epinefrina, que també augmenta la TM, per tal de estimular el catabolisme del trigicèrid glycogen. Això està relacionat amb la gran producció de calor causada per canvis emocionals.
• Hormona del creixement Augmenta el metabolisme i, conseqüentment, la TM.
• Dormir Disminueix la TM reduïnt la producció de massa ossia i disminuïnt l'activitat del SNC.
• Malnutrició prolongada Si el metabolisme disminueix, la TM també, així com la Tª.
• Efecte de la ingestió de menjar Les reaccions quimiques que tenen lloc durant la digestió, absorció i emmagatzematge de menjar provoquen un augment de la TM i Tª. Aquest procés requereix energia perquè tingui lloc -> Efecte termogènic del menjar.
En la digestió de sucres i grasses augmenta. En proteïnes no -> dinamica específica d'acció de la proteïna. Molt augment de l'activitat renal.
Hi han mecanismes de retroalimentació que regulen la ingesta de menjar, enviant senyals al hipotalm. P.ex: Leptina, hormona produïda pels adipòcits.
Quan augmenta la seva producció inhibeix la ingesta de menjar, mentre que la digestió dels greixos fa augmentar la TM Definicions 2 • Taquimetabòlic: metabolisme ràpid.
• Bradimetabòlic: metabolisme lent.
• Heterotèrmia: zones del cos o moments temporals de l'any on la Tª es diferent.
◦ Teporal-Parcial: canvis en TM, sovint en endoderms.
◦ Facultativa: generació de calor intern per començar el dia. P.ex: tremolors musculars. Ecoterms.
• Inèrcia endotèrmica: la mida ajuda a retindre l'escalfor corporal (a més mida, més costa escalfar-se o refredar-se).
TERMORREGULACIÓ EN ANIMALS TEMA 3 CAS PRÀCTIC 6. Els ratpenats (Quiròpters) Tenen un consum més elevat d'energia (alta TM) durant els vols diürns que els nocturns, degut a la seva baixa capacitat termoreguladora (no tenen glandules sudorípares a les ales. Enlloc d'això, les membranes negres i sense plumes de les ales faciliten l'absorció de calor) (hipertèrmia).
Per comprovar aquest augment de la TM es va mesurar la quantitat de CO2 emés.
La pèrdua de calor en ratpenats es dóna a través d'intercanvi cutani de les ales amb les corrents d'aire.
Dos motius principals han forçat als ratpenats a adoptar nínxols nocturns: • La impossibilitat d'obtenir alguns recursos durant el dia per excés de calor i degut a la competició entre ocells (a la nit la majoria són menys actius).
• La presió de depredació. A la nit estan menys exposats visualment.
ECOFISIOLOGIA DE LES ZONES ÀRIDES Característiques comuns Molta variabilitat tèrmica, poca aigua, altes presions de resiliència.
Fauna • Generalistes (nemàtodes, colèmbols, àcars, tenbriodis) • Especialistes (tenebriònids, aràcnids, rèptils, rosegadors) Es segueixen tres tipus d'estratègies en funció de la taxa d'evaporació relacionada amb la massa corporal: els evasors, evaporadors i resistents.
1. EVASORS *Criptobiosis: estat consistent en la suspensió indefinida dels prcessos metabòlics degut a condicions medioambientals extremes. Aquest estat pot ser: criobiosis (congelació), anhidrobiosis (desecació), anoxibiosis (falta O2) o osmobiosis (medi molt hipertònic).
Alguns dels animals: tardígrads, bacteris i peixos.
• ALTA MOBILITAT: minimització del contacte amb el substrat • ALTA ACTIVITAT DIARIA RÍTMICA: l'alimentació segueix intèrvals determinats de temps (pautes circadianes) determinats de forma endògena (interna) i per l'estació de l'any.
El nivell d'activitat varia en funció de l'hora del dia.
• ELEVADA TOLERÀNCIA TÈRMICA: tenen cutícules gruixudes amb abundants lípids. Redueixen la TM i procuren evitar l'acceleració tèrmica.
• REGULACIÓ DEL BALANÇ HÍDRIC: control de les pèrdues d'aigua.
◦ Impermeabilitat cuticular ◦ Respiració reduïda (ja que es dóna pèrdua d'aigua) i discontínua (apnea) ◦ Intercanvi nasal de calor: becs llargs perque s'arrofredi l'aire calent al entrar i no escalfi el cervell ◦ Bona regulació osmòtica ◦ Orina hiperosmòtica (molt concentrada, amb la mínima aigua) i excreció àcid úric (extremadament concetrat).
◦ Pells de caràcter reflector • QUIESCÈNCIA: com “passotisme”. Inactivitat comportamental. Es desperta a mesura que milloren les condicions externes.
• DIAPAUSA (Artròpodes): dormició estacional regulada hormonalment per compensar escassetat d'aliments o de precipitacions.
• ESTIVACIÓ: entre 10 mesos i dos anys.
◦ S'atura el creixement i la reproducció per reduïr al màxim la TM. Supresió glicòlisi i de la síntesi d'àcids grassos.
◦ Dormicions prolongades (molta quiescència) i enterrats en caus humits.
◦ Tolerància a la deshidratació.
◦ Reducció de la taxa de recanvi energètica tissular.
◦ Variació dels nivells d'enzims: a partir de la fosforilació de proteïnes s'activen o no gens reguladors de les funcions anteriors. P.ex.: Síntesis d'enzims antioxidants protectors durant la reoxigenació del despertar, per evitar la degradació del teixit cel·lular pels electrons lliures del O2.
CAS PRÀCTIC 7. Exemple de plasticitat fenotípica en la granota Scaphiopus Dos tipus de fenotips causats per les condicions ambientals de la bassa (pond): • Si la bassa persisteix amb un nivell òptim d'aigua, el desenvolupament continua amb normalitat. Scaphiopus Hervíbora.
• Si la bassa s'asseca, es torna més petita i hi ha sobre-població i pocs recursos.
Scaphiopus desenvolupa una mandíbula per poder menjar altres Scaphiopus.
Fenotip caníbal.
Això es dóna per retroalimentació +, ja que la percepció de massa individus en la bassa provoca l'alliberament de CRH, que estimula secreció de TSC i ACTH per part de la pituitària (hipòfisi), que regulen la tiroides. Aquesta provoca el creixement de les mandíbules i un augment de la TM. La ACTH va a les glàndules renals, que sintetitzen cortisol, que provoca l'alliberament de glucosa pel fetge, permetent crèixer l'individu.
2. EVAPORADORS • REFREDAMENT PER EVAPORACIÓ ◦ Suor ◦ Panteig: al escalfar les mucoses s'evapora més aigua i es produeix un refredament de la zona cerebral. Estrategia Transespecífica (utilitzada per vàries espècies).
• HIPERTÈRMIA: capacitat d'aguantar altes Tª.
• ORINA HIPEROSMÒTICA: molt concentrada, ja que tenen les nanses de Henle del ronyó més llagues. Àcid úric.
• MIGRACIÓ, NOMADISME 3. RESISTENTS. Camells, antílops grans i estruços.
• HIPERTÈRMIA ADAPTATIVA: molta inèrcia tèrmica. Fluctuacions dàries de Tª.
• APÈNDIX GRANS PER IRRADIAR CALOR • LLET DILUÏDA • ERECCIÓ PLOMATGE I PELATGE POC DENS • TRIA D'ALIMENTS: es prefereixen aquells menys greixosos.
• DESHIDRATACIÓ TISSULAR, MOLTA INGESTA D'AIGUA I EMMAGATZEMAMENT.
• RESISTÈNCIA CEL·LULAR AL XOC OSMÒTIC.
ECOFISIOLOGIA DE LES ZONES FREDES 1. ESTRATEGIES COMUNES. EVASORS ECTOTERMS I RESISTENTS ENDOTERMS • Microhàbitats, caus i agregacions • Termoregulació comportamental • Endotèrmia facultativa (típica d'ectoterms): escalfar el cos abans de començar una activitat (amb tremolors, moviments...) • Aïllament (cutícules, pelatge, plomatge) • H e t e r o t è r m i a r e g i o n a l : diferents temperatures dins el cos en un mateix moment. P.ex: en les potes de les aus, ja amb poca sang i poca carn, on també s'hi dóna un intercanvi d'escalfor per contacte entre venes i artèries.
• Migracions 2. ENDODERMS RESISTENTS Estalvi energètic Preparació estacional p r o g r a m a d a (acumulació Hibernació Torpor 98,00% 40-67% Si No Si No Variable per espècie Variable per espècie aliments, síntesi lipídica, caus...) Limita la reproducció i el comportament social Hipometabolisme 3. ECTOTERMS EVASORS • CONGELACIÓ DELS LÍQUIDS I TEIXITS EXTRACEL·LULARS: els agents nucleadors (glucosa i proteïnes) són molt hidrofílics i fan de lligam dels cristalls de gel. Així te lloc una congelació pausada i concreta per regions a mesura que s'alliberen aquests nucleadors.
Es dóna en insectes àrtics (coleòpters, dípters, himenòoters, lepidòpters) i en vertebrats (amfibis i rèptils).
• CONGELACIO DEL LÍQUID INTRACEL·LULAR: només en nemàtodes àrtics.
CAS PRÀCTIC 8. Peixos polars Com a conseqüència de l'adaptació metabòlica a climes freds, els peixos euriterms, ectoterms i pelàgics (nivell més superior del mar) són petits i tenen gran capacitat d'oxidació de metabòlits per poder realitzar moviments ràpids tot i la seva mida reduïda. Les grans quantitats de greixos proporcionen aïllament i ATP. Una TM baixa i una preferència pel catabolisme de lípids indiquen una gran eficiència del catabolisme en medis molt aeròbics, com és el cas del nivell pelàgic del mar.
Degut a canvis de Tª, la fluidesa de les membranes cel·lulars pot variar. El colesterol actua com a reestablidor de l'equilibri en les membranes.
La presència de proteïnes anticongelants (AP) és una adaptació exclusiva de peixos polars. Amb les AP aconsegueixen un estat metaestable (un equilibri dèbil) durant el sobrerefredament sense presència de gel. Són sintentitzades al fetge i al pancrees.
El gel pot ser exògen (a la pell, el tegument de la qual actúa com a barrera al gel del medi intern ja que te moltes AP) o endògen. En el segon cas, es creu que les AP que s'uneixen al gel són detectades com antígens i són fagocitades per macròfags, que les porten a la melsa, encarregada de destruïr les cèl·lules sangínies velles.
Adaptació homeoviscosa: Reducció de la viscositat de la sang (fer-la + líquida): menys eritròcits per disminuïr la densitat, facilitar la circulació i baixar el punt de congelació.
Heat shock proteïns (HSP): quan la cèl·lula pateix estrés (per augment de Tª), aquestes proteïnes ajuden al correcte plegament d'altres proteïnes i marquen les que estan fetes malbé per poder-les reparar.
Supressió dels eritròcits: els gens que codifiquen per l'hemoglobina s'han eliminat. Es l'única espècie de vertebrats en que s'ha trobat aquest fet. A canvi, tenen brànquies grans (gills) i la pell carregada de vasos sanguínis i sense escames, per facilitar la difusió d'O2. Les cèl·lules de les membranes tenen moltes mitocòndries i enzims aeròbics. També s'h suprimit el gen que codifica per mioglobina, molècula que actúa com a reservori d'O2 en els músculs.
Està previst que els gel de l'Antàrtida es desfaci completament durant l'estiu del 2016.
Els peixos polars d'allà desapareixeran perquè vindran espècies diferents de peixos més ben adaptats a zones càlides i per l'arribada de pescadors i petrolers.
L'escalfament també afectarà el tròpic, si la Tª aug, ens nivells d'O2 baixen. La oxidació del menjar serà més difícil de fer, obtindran menys ATP, creixeran menys i migraran cap a les zones fredes.
ECOFISIOLOGIA DE FONTS SUBMARINES HIDROTERMALS *euritèrmia: canvis, gradients de Tª Medi extremadament variable en quant a Tª, (si es alta hi ha molts sulfits i silicats i poc O2). Components tòxics i metalls pesats, medi anòxic i pH baix. La fauna de la zona es endèmica, ja que només es troba en aquell tipus d'hàbitat.
Algunes adaptacions a aquest medi • Simbiosis marines quimiosintetitzadores i epibionts (organisme que viu sobre un altre): Per la unió d'alguna bactèria capaç de processar el sofre o similars amb: poliquets, crustacis decàpodes, moluscs bivalbs i moluscs gasteròpodes.
• Ulls toràcics: enlloc de normals en les gambetes, adaptats per poder detectar les emisions de radiació d'aigua calenta de les fonts hidrotermals.
• Rang òptim de Tª en la larva diferent que en l'adult.
• Capacitat d'aturar el desenvolupament larvari quan la Tª baixa i nova posada en marxa quan torna a estar al rang òptim.
• Resistència a la toxicitat dels sulfurs H 2S. En l'hemoglobina, el S es capaç de substituïr el Fe, inhibint la funció de captació d'O2. Aquestes espècies secreten proteïnes que s'uneixen amb el sofre per inhabilitar-lo i mucosa per evitar-ne la difusió. També cal considerar els microbis simbionts com a processadors de sofre en organismes més complexos.
CAS PRÀCTIC 9. Exemple de simbiosis en Riftia sp.
En la forma sèssil (adulta), el tub digestiu de la cavitat celomàtica ha estat substituït per un trofosoma, ple de bacteries simbionts capaces d'oxidar els sulfits. La bacteria fixa el CO2 i proporciona C reduït.
Les altes concentracions de nutrients permetent que el cuc tingui un alt metabolisme. Els plomalls són densos en vasos sanguínis per facilitar l'intercanvi de gasos i soluts.
Tampons termals P.ex: Alvinella pomeiana: gran colonitzador que construeix estructures en el CaCO3 amb circuits de ventilació per disminuïr la Tª i regular el pH (fenotip extés).
RESPIRACIÓ – CIRCULACIÓ TEMA 4 A la cavitat nasal hi trobem mucoses per termoregular i glàndules per captar olors i feromones.
Les cavitats buides ajuden a disminuïr el pes del crani i actúen com a caixes de ressonància.
A la tràquea, les globbet cells sintetitzen moc per poder-lo expulsar (moviment de cilis de l'epiteli) juntament amb les impureses enganxades de l'aire.
Pulmons. La cavitat pleural envolta cada pulmó.
Brànquies invaginades que es ramifiquen al màxim per suplir la manca d'espai i maximitzar l'intercanvi gasós. Cells dels pulmons: • Pneumòcits/cells alveolars tipus I: conformen l'epiteli dels bronquíols. Funció estructural.
• Pneumòcits tipus II: estan sobre les anteriors i secreten sulfactant (com el sabó) que disminueix la tensió superficial de l'aigua.
• Macròfags: fagociten les partícules tòxiques inhalades.
Les cèl·lules epiteials del capilar i l'alveol són un factor que condiciona la velocitat de l'intercanvi gasós, relantitzant-la, ja que provoca que hi hagi una distància entre l'interior del capilar i l'alveol. En ocells s'optimitza al màxim la velocitat (la distància de separació), ja que al volar necessiten oxidar molta energia.
Capacitat vital: quantitat màxima d'aire que podem alliberar en una inspiració profunda.
Volum residual: aire que queda de la inhalació anterior.
Bulb raquídi (pons, angles) Centres secundaris de regulació de la respiració. Te dues protuberancies: • Pneumotaxi: incrementa les respiracions/minut.
• Apneuxic: disminueix la respiració/minut (prolonga el temps d'inspiració).
Medul·la Centre de respiració primari Altres factors que influeixen en la respiració Quimioreceptors perifèrics (detecten pujades de CO2, O2 H) i centrals (CO2 i H), senyals enviades per l'hipotalm (dolor, emoció), receptors dels pulmons i dels músculs.
Cor El cor és un sinciti: fibres musculars unides per GAP, formant una gran cèl·lula amb citoplasma comú.
Nòdul senoauricular (sinoatrial): genera la primera contracció dels cardiomiòcits (cells musculars del cor), evniant l'estímul al nòdul auricoventricular, que l'exten per tot el cor.
Circuit: ventricle esquerra -> sang amb O2 per l'aorta -> teixits -> vena cava CO2 -> atri dret -> ventricle dret -> artèria pulmonar CO2 -> pulmons -> vena pulmonar O2 -> atri esquerra.
Artèria: quan el flux sanguini surt del cor, sigui O2 o CO2.
Cístole: enviament de sang del cor al cos.
Venes: tenen una estructura muscular més desenvolupada perquè soporten més presió. La presió disminueix al incrementar la superfície (als capilars) i augmenta al tornar a entrar en una vena. També tenen vàlvules per evitar un refluxe.
Intercanvi gasós Pigments transportadors d'O2: • Hemoglobina, en vertebrats -> Fe • Hemocianina, en crustacis i moluscs -> Cu • Clorocruorina, en poliquets -> Fe L'afinitat de l'hemoglobina per l'O2 va en funció de la concentració d'aquest en relació amb la concentració de CO2. Quan inhalem, als pulmons hi ha una saturació d'O2, amb una PO2 de 100mmHg, front a uns 40mmHg de CO2. L'O2 tindrà més afinitat per unir-se a l'hemoglobina, oxidant el Fe3+. Als teixits, on hi ha menys Pparcial d'O2, aquest abandonarà l'hemoglobina i el seu lloc l'ocuparà el CO2, que als teixits te una PCO2 de 100mmHg. No obstant, cada hemoglob seguirà retenint 3 dels seus 4 O2, actuant com a reservori d'aquests (estarà saturada al 75%, normal en exercici lleu o repòs).
Efecte Bohr: quan el metabolisme augmenta per necessitat de produïr més energia, s'allibera més quantitat de CO2. Conseqüentment, la pressió de CO2 varia de 40 a 80mmHg. L'hemoglobina detecta això i sent més afinitat pel CO2. Alliberarà més O2 per poder captar més CO2, mantenin en reserva un 65% del O2 enlloc del 75%.
El CO2 amb combinació amb H2O forma àcid carbònic H+HCO3-, el qual provoca pH àcid. L'efecte Bohr aporta més O2 als teixits, prevenint aquest efecte.
L'intercanvi gasós ve mediat per factors externs com la Tª. Si aquesta augmenta, el lligam entre l'O2 i el Fe es debilita i facilita un major intercanvi d'O2 cap als teixits, escalfats per la realització d'exercici, alhora amb mes PCO2.
Mioglobina: als musculs. Reserva d'oxigen: té més afinitat per l'O2 que l'hemoglobina.
La PO2 haurà de baixar a 15mmHg perquè aquesta alliberi un dels 4 O2.
2-3 DPG (Difosfoglicèrc): debilita l'enllaç entre l'O2 i el Fe de l'hemoglobina, disminuïnt l'afinitat d'aquesta per l'O2 i permetent així que els teixits captin O2 més facilment.
L'enzim que produeix DPG es inhibit per l'oxiHg. A cotes altes, hi ha menys glòbuls vermells perquè hi ha menys quantitat d'O2, per això es sintetitzarà més DPG.
Intercanvi gasós en detall • Als teixits: alliberen el CO2 que han produït. Aquest entra a dins l'Hg, on amb l'aigua es forma l'acid carbònic (HCO3-) dissociat (H+). El HCO3- es transporta dissolt pel plasma sanguini, fora de l'Hg. Per compensar la falta de càrregues -, entra Cl-. L'Hg estarà unida al H fins que arribi als pulmons.
• Als pulmons: procès invers, amb sortida de Cl- i entrada de HCO3- dins l'Hg per formar CO2+H2O, ser exhalat i poder unir-se amb l'O2.
HCO3- com a tampó de pH a 7.4 (òptim) al plasma sanguini Els ronyons mantenen el pH òptim al plasma sanguini eliminant els bicarbonats formats (units amb els H+ que causaven l'acidesa).
Hipoventilació: hi ha massa poc O2 per extreure el CO2. Acidosis.
Hiperventilació: hi ha més entrada d'O2 que producció de CO2. Faltarà àcid carbonic.
Alcalosis Adaptacions respiratories degudes a l'altura (menys [O2]) Els quimioreceptors perifèrics detecten el canvi de [O2], envien una senyal al hipotalam, que respon amb hiperventilació.
EPO(Eritropoyetin), sintetitzada pels ronyons, incrementa la producció de eritròcits de la mèdul·la òssia, de manera que la quantitat d'hemoglobina en sang augmenta.
Aclimatació.
CAS PRÀCTIC 10. Evolució del vol en els ocells Maximització de la cantitat d'O2 assimilable i optimització de la combustió d'aquest per obtenir energia ràpida.
La major despesa energètica en el vol es dóna al despegar. Adopten estratègies comportamentals per minimitzar el consum d'energia: • Dinamic soaring: aprofiten la innèrcia del descens en planeig per tornar a pujar, aprofitant alhora les corrents d'aire.
• Flap-Gliding: combinació de batre ales (flap) i planeig.
• Gliding (passarells) planejar : Aprofiten les corrents convectives d'aire (aire calent puja, s'arrofreda i torna a baixar). Volen en cercles.
• Hoaring (colibrís): poden rotar les ales per suspendre's a l'aire. Molt cost metabòlic.
La TM basal dels ocells (tenin en compte que són endoterms homeoterms) ve condicionada per: • Mida: si són petits, TM més alta • Alimentació • Alçada: a altes quotes hi ha menys O2.
En conseqüència els ocells voladors tenen una TM una mica més alta que la resta de mamífers.
Adaptacions per maximitzar l'adquisició i processament d'O2: • Nas laberíntic i amb moltes invaginacions per termoregular. S'aconsegueix escalfar l'aire fred de les altes altures.
• Becs llargs i tràquea llarg: fan inspiracions més profundes i menys freqüents.
• Pulmons rígids i sacs aeris (no fan intercanvi de gasos, proporcionen espai buit). El pulmó està format per Parabronquis (equivalents als alveols), dividits en moltes cavitats envoltades per vasos sanguinis: gran superfície d'intercanvi d'O2 molt ben irrigada.
• Flux unidireccional d'entrada d'aire: en comparació amb el nostre sistema (molt més ineficient, ja que acomula CO2 de l'anterior respiració), els ocells tenen una tràquea d'entrada d'aire, que el condueix cap als sacs aeris. Quan expira, els sacs traspassen l'aire cap als parabronquis. D'aquests va als sacs aeris anteriors durant la 2na inspiració. En la segona expiració, s'expulsa aquest CO2 per la tràquea.
Eficiència de la difusió d'O2 en ocells • Gran àrea de captació d'O2 (en funció de la mida i demanda d'O2) • Separació entre els capilars i els parabronquis és molt reduïda (en comparació amb els nostres epitelis alveolars). Mes suports epiteials fibrosos entre els alveols per compensar aquests epitelis tan fins.
• Optimització de l'intercanvi de gasos: sistema de fluxe creuat Altres adaptacions • Sistema circulatori eficient. Cor dividit com el dels humans, però més gran en proporció.
• Músculs molt irrigats amb distribució uniforme dels capilars amb moltes mitocòndries pròximes a la paret de les membranes de les cèl·lules musculars (a la superfície, per captar ràpidament l'O2).
• Corba d'afinitat de l'Hg per l'O2 desplaçada a la dreta -> poca afinitat per O2 -> cedeix fàcilment l'O2 als teixits.
• Hiperventilació a altes altures per manca d'O2. Aquestes espècies, a diferència de nosaltres, no sufreixen alcalosis ni marejos.
• Molta adaptació cardiovasculars als canvis posturals (pujen, baixen, es submergeixen...) Se suposa que l'orígen de les plomes es tèrmic, que aniria abans o despres d'una endotèrmia que sorgeix en dinos petits amb malatermoregulació. Tenen els ossos foradats per comunicar els sacs aeris, com els dinosaures.
Hi ha la teoria que la baixada d'O2 del període d'extinció degut al volcanisme va afavorir el sorgiment dels sacs aeris per optimitzar el rendiment del poc O2 que quedava.
...



Comentario de igarces en 2015-02-17 20:06:30
Els apunts s'han realitzat amb les presentacions i la informació reunida a les classes del professor Joan Carles B., completats a posteriori durant el curs 2014 - 2015. Garanteixo de primera mà que els apunts han sigut perfectament funcionals en aquest curs.