Tema 10. Filogenia Filogenia del sistema sistema nervioso María Penado
1. INVE INVERT RTEB EBRA RADO DOS S
A. Organismos unicelulares (bacterias (bacterias y neuronas) B. Organismos Organismos pluricel pluricelulare ulares s con células especial especializada izadas s C. Red nervio nerviosa sa difu difusa sa D. Sistem Sistema a gangli gangliona onarr E. Ence Encefa fali liza zaci ción ón
2. VERT VERTEB EBRA RADO DOS S
A. Polarización rostrocaudal B. Especializ Especializació ación n funcional funcional dorsove dorsoventral ntral C. Extremo rostral rostral subdividido: subdividido: encéfalo anterior, medio y posterior
[email protected]
INVERTEBRADOS
[email protected]
INVERTEBRADOS: BACTERIAS La relación activa y adaptativa con el medio ambiente comienza con las bacterias como la escherichia coli Peculiaridades: - Presenta receptores de glucosa y moléculas que se encuentran en el ambiente - Cada uno de los receptores desencadena una respuesta en el interior de la bacteria que hace que se mueva de una zona a otra (buscando alimentos o huyendo de tóxicos) - Las bacterias presentan memoria y recuerdan sustancias nocivas
La integración de la información guiará l a actividad de los flagelos
Halobacterium salinarium
Además de los receptores de e. coli existe un fotopigmento sensible a la luz que es fuente de energía (cuando le da la luz la bacteria se dirige a la fuente luminosa) Capacidad de emitir comportamiento sin sistema nervioso Similitud con el modo de actuar de la neurona con el de la bacteria
[email protected]
INVERTEBRADOS: CÉLULAS ESPECIALIZADAS
Células especializadas La aparición de las células eucariotas además de otros procesos trajo consigo la aparición de organismos pluricelulares (metazoos) En los metazoos más antiguos como las esponjas (poríferos) ya hay agrupación de células con funciones específicas entre las que destacan las células neuroepiteliales que responden a estímulos táctiles y químicos abriendo y cerrando los poros.
[email protected]
INVERTEBRADOS: RED NERVIOSA DIFUSA Representativos de las hidras, medusas, corales y anémonas ( celentéreos) Presencia de un tejido nervioso propiamente dicho junto con fibras musculares, glándulas y células sensoriales. El tejido nervioso forma una red nerviosa difusa que se extiende por todo el cuerpo del animal. Neuronas bipolares y multipolares sin diferenciación funcional que hace que el impulso nervioso se transmita en todas las direcciones por igual ( no hay polaridad), haciendo que cualquier estimulación desencadene reacciones en el sistema efector ( no hay especialización regional)
En los celentéreos (medusas y anémonas) esa red nerviosa difusa presenta neuroepiteliales sensibles a estímulos táctiles y químicos que permiten un repertorio conductual más amplio (movimiento, depredación, agresividad)
[email protected]
INVERTEBRADOS: SISTEMA GANGLIONAR (anélidos, artrópodos y moluscos) Algunos celentéreos como las medusas muestran agrupaciones neuronales simples formando el sistema paso en la organización del sistema nervioso: el sistema ganglionar. Unidad es el ganglio (masa neuronal compacta que favorece un contacto más rápido y mayor integración de la información) Ejemplo de este tipo de organización anélidos como las lombrices y sanguijuelas. Sistema ganglionar formado por una parte central (ganglios) y una parte periférica constituida por los receptores sensoriales y los nervios que llevan información a los ganglios.
[email protected]
INVERTEBRADOS ENCEFALIZACIÓN Cambio en el tamaño del ganglio ya que depende de la cantidad de funciones que realice. Agrupación de ganglios en especies como las lombrices de tierra que permite una mayor integración de la información. Formación de ganglios cerebrales o encefálicos Fenómeno de agrupación de neuronas en la parte anterior del cuerpo de determinadas especies, encefalización Mayor grado de encefalización de invertebrados en artrópodos y moluscos donde hay diversificación de órganos sensoriales (tacto, audición, propiocepción, equilibrio y visión) En estas especies aparecen apéndices articulados (patas y alas) en artrópodos y tentáculos en moluscos que permiten ampliar el repertorio conductual.
[email protected]
Invertebrados axones de gran calibre dispuestos longitudinalmente a lo largo del animal para una conducción rápida de los impulsos nerviosos Los axones gigantes permiten una elevada velocidad del impulso nervioso sin que exista mielina Utilizadas en situaciones críticas como huida ya que no pueden ser moduladas (se producen por sinapsis eléctrica) Sistema nervioso de los invertebrados presenta limitaciones para aumentar su complejidad Tanto en cefalópodos como en artrópodos la velocidad de transmisión del impulso nervioso limita el tamaño que puede alcanzar el sistema nervioso En artrópodos el exoesqueleto presenta una limitación a la hora de aumentar el tamaño corporal y del encéfalo cosa que no pasa en los cefalópodos y explica la mayor capacidad de aprendizaje de estos y la existencia de calamares gigantes
[email protected]
VERTEBRADOS
[email protected]
VERTEBRADOS En los vertebrados se superan las limitaciones de los invertebrados para aumentar tamaño corporal, lo cual conlleva un incremento de la masa muscular y delas estructuras nerviosas que lo controlan además de la presencia de vainas de mielina que aumentan la velocidad de transmisión del impulso nervioso Además en los vertebrados encontramos las siguientes características: Un SNC situado dorsalmente protegido por tejido óseo (cráneo y columna) simetría bilateral y segmentado Un SNP organización ganglionar Diseño más básico del sistema nervioso de los vertebrados lo encontramos en anfioxo o lamprea: 1. Polarización rostrocaudal 2. Especialización funcional dorsoventral 3. Extremo rostral subdividido: encéfalo anterior, medio y posterior
[email protected]
Cambios en el SNC de los vertebrados producidos en las siguientes estructuras:
a. Colículo superior b. Cerebelo c. Hemisferios cerebrales
[email protected]
VERTEBRADOS: COLÍCULO SUPERIOR Es el centro visual primario en todos los vertebrados menos en los mamíferos (techo óptico) que recoge información visual y de otros sistemas sensoriales para la iniciación del comportamiento (conexión con el sistema motor) La decusación que se produce en las vías visuales de los animales de visión panorámica (ranas, ratones, conejos o peces) se mantiene en animales con visión binocular lo que indica la utilidad de la decusación para respuestas como puede ser la de huida.
Igualmente el cruce de la información visual resulta útil en animales como los peces, donde la respuesta de huida se produce por la flexión de los músculos axiales contralaterales a la posición espacial por donde es percibido el peligro
[email protected]
VERTEBRADOS: CEREBELO Cerebelo, junto con los hemisferios cerebrales, es la estructura más variable de la filogenia de los vertebrados debido al a mejora de las funciones motoras. A lo largo de la evolución han ido apareciendo paulatinamente las siguientes partes: - Arquicerebelo: sistema vestibular (peces cilclóstomos como la lamprea) - Paleocerebelo: coordinación de los movimientos del tronco de los peces en la natación (tiburones y rayas). La siguiente especie filogenéticamente más reciente (salamandras y tritones) presenta una disminución del desarrollo del paleocerebelo quedando prácticamente reducido al arquicerebelo y representa el cambio evolutivo de adaptación a la vida terrestre. - Neocerebelo: formado por hemisferios cerebelares y vermis medio y de aparición más reciente interviene según sus distintas zonas en los distintos logros evolutivos como especie. - espinocerebelo (parte más central): movimiento del tronco y extremidades - parte más lateral: coordinación fina de los dedos (más desarrollado en primates)
[email protected]
VERTEBRADOS: HEMISFERIOS CEREBRALES En los peces y especies filogeneticamente más antiguas los hemisferios tienen función principalmente olfativa y a medida que se utilizan para procesar la información de otros sistemas sensoriales se produce una expansión de estos hemisferios cerebrales Los ganglios basales modifican su estructura y función con la incorporación del habla mientras que la amígdala se mantiene prácticamente inalterada (señales de alarma) El gran cambio funcional que se produce en los hemisferios cerebrales de los mamíferos es la incorporación de la neocorteza El antecedente de la neocorteza en anfibios es el telencéfalo dorsolateral mientras que en reptiles ya se observa una corteza cerebral bien definida formada por tres capas En mamíferos solo la corteza piriforme (paleocorteza) y la formación hipocampal (arquicorteza) muestran tres capas, teniendo el resto seis capas y formando la corteza filogenéticamente más nueva (neocorteza o isocorteza) Es en la neocorteza donde se da una organización laminar y columnar con las células piramidales como células características y áreas corticales especializadas
[email protected]
VERTEBRADOS 5. Corteza cerebral En el sistema nervioso de los mamíferos lo que marca diferencias es la presencia de neocorteza Antecedentes de la neocorteza es una red asociativa en los anfibios y una corteza cerebral formada por tres capas en los reptiles
En mamíferos solo la corteza piriforme y la formación hipocampal presentan tres capas mientras que la neocorteza presenta seis. Corteza presenta organización laminar y columnar y especialización de neuronas (células piramidales)
Tamaño de la neocorteza muy limitado en mamiferos filogeneticamente más antiguos (erizo y murciélagos) mientras que en otros grupos como primates y cetáceos llega a cubrir otras estructuras cefálicas.
[email protected]
El tamaño de las áreas de la neocorteza variará en función de los nichos ecológicos que ocupen los animales: - Corteza sensorial: en ratas el espacio dedicado a su parte visual mínimo en comparación al que dedican a la parte somatosensorial (ciegas) - Corteza motora primaria no varía mucho en las especies de mamíferos (relacionada con la musculatura corporal) variando la representación de las distintas regiones corporales en función de la utilización por parte del animal (bigotes en ratas, dedos en ardillas, mapaches o primates) - Áreas corticales de asociación: donde se integra la información sensorial para responder de forma plástica a los retos ambientales (aquí si que hay aumento del tamaño del encéfalo en primates y cetáceos)
[email protected]
Factores que pueden estar involucrados en el desarrollo del encéfalo 1. 2. 3. 4.
Relación entre diferentes estrategias evolutivas y el CE Factores fisiológicos relacionados con el CE Factores ecológicos involucrados en el aumento del CE Factores etológicos involucrados en el aumento del CE
[email protected]
El tamaño del encéfalo Dos hechos destacables: 1. Los organismos con circuitos neuronales más numerosos y complejos tienen incrementadas sus posibilidades de supervivencia 2. El tamaño del encéfalo está determinado en parte por el tamaño del organismo Con el fin de tener una escala común para poder comparar el tamaño encefálico de distintas especies independientemente de su peso corporal se habla de cociente de encefalización (CE) que es el cociente entre el peso medio del encéfalo del una especie determinada (Pa) y el que cabría esperar según su peso corporal (Pe) (fig. 9.28 página 377) CE = Pa / Pe CE > 1 hay tejido neuronal extra no dependiente del peso corporal
[email protected]
1. Relación entre diferentes estrategias evolutivas y el CE
Dos tipos de estrategias evolutivas: -Selección r: muchos descendientes que requieren pocos cuidados (tortugas, ranas, orugas) -Selección k: pocos descendientes muchos cuidados (águilas, delfines o chimpancés)
Selección k promuevo periodos largos de aprendizaje donde interactúan adultos y crías favoreciendo mayores desarrollos neuronales mientras que la selección r promueve aprendizajes deterministas y poco plásticos que no necesitan grandes encéfalos.
[email protected]
2. Factores fisiológicos relacionados con el CE
Termorregulación Para mantener constante la temperatura corporal son necesarios cambios en la tasa metabólica y en la frecuencia y calidad de la ingesta que hace necesario un sistema nervioso específico para esta función (sistema nervioso autónomo) además de cuidados postnatales específicos que tienen que ser aprendidos para la supervivencia de la especie. Animales homeotermos tienen encéfalos más grandes que los poiquilotermos.
[email protected]
3. Factores ecológicos involucrados en el aumento del CE Longevidad: ya que cuanto mayores experiencias adquieren mejor pueden aprovechar el ambiente que le rodea pero para que sea posible tiene que tener un CE > 1 que le permita usar el tejido neuronal extra.
Hábitos alimenticios. Animales que se alimentan de fruta mayores encéfalos que los que se alimentan de hojas ya que implica que tengan que distinguir entre periodos de maduración.
Interacciones ecológicas entre distintas especies: interacción depredador – presa (coevolución)
[email protected]
4. Factores etológicos involucrados en el aumento del CE Interacciones sociales: la vida en grupo obliga a desarrollar inteligencia social para una interacción adecuada con otros miembros del grupo (cetáceos como ballenas y delfines)
Juego: estimula el desarrollo y permite localizar, identificar y acceder a nuevos recursos.
[email protected]
El encéfalo de los homínidos 1. 2. 3. 4. 5.
El uso de herramientas Cambios en la reproducción Cambios en la ontogenia Interacción social: el lenguaje La especie humana
[email protected]
La primera especie del género homo apareció hace 1,9 – 1,6 millones de años y recibió el nombre de homo habilis (supuso la desaparición del australopithecus)
El paso de las distintas especies que componen el género homo ha supuesto: - Un incremento en el tamaño del encéfalo - Una reestructuración importante de sus encéfalos sobre todo a nivel de lóbulos frontales (mayor plasticidad de conducta)
Esta evolución del encéfalo hasta llegar a su organización actual ha sido gracias a una serie de cambios que se han producido
[email protected]
1. El uso de herramientas
La utilización de herramientas produjo un cambio en la estructuración del encéfalo ya que: -Necesita de una mente inteligente capaz de representar el objeto final y anticipar su utilidad -Movimientos precisos
[email protected]
2. Cambios en la ontogenia La retención de características inmaduras en el estado adulto (neotenia) parece estar involucrado en el desarrollo de la corteza cerebral: 1. Mantener la configuración craneana juvenil permite el desarrollo postnatal del encéfalo 2. Periodos de proliferación celular que provocaron el desarrollo de la corteza 3. Más tiempo para modificar el funcionamiento y morfología del sistema nervioso
[email protected]
3. Cambios en la reproducción En el género homo hay menor dimorfismo sexual que hace sospechar que es posible que se diese la monogamia y que toda la familia estuviese involucrada en el cuidado de las crías. Periodos más largos de convivencia padres - hijos 4. Interacción social La vida en sociedad hace necesaria la interpretación de las señales sociales de los que nos rodean, favoreciendo la formación y desarrollo de zonas del cerebro específicas para ello.
[email protected]
El lenguaje La capacidad de comunicación está estrechamente ligada con la inteligencia y favorece el desarrollo de regiones encefálicas específicas del lenguaje. Asimetría cortical en relación con el lenguaje ya está presente en gorilas y chimpancés
5. La especie humana
El desarrollo cultural cambia el entorno haciendo que se diversifiquen las relaciones sociales y se planteen nuevos retos que hace que existan presiones selectivas en nuestro encéfalo para que cambie
[email protected]
EXÁMENES
[email protected]
Un cociente de encefalización superior a 1 indica a.Un gran tamaño corporal b.Que el encéfalo es menor que el que corresponde al tamaño corporal c. Que existe en el encéfalo tejido neural dedicado a funciones que no están relacionadas directamente con el tamaño corporal d.Un encéfalo de gran tamaño
[email protected]
Un cociente de encefalización superior a 1 indica c. Que existe en el encéfalo tejido neural dedicado a funciones que no están relacionadas directamente con el tamaño corporal
[email protected]
¿Cuál de las siguientes características corresponde a la estrategia reproductiva k ? a.El número de descendientes en cada ciclo reproductivo es alto b.Los descendientes tienen un rápido desarrollo que les lleva a alcanzar pronto la madurez sexual c. Favorece el desarrollo del sustrato neuronal necesario para el aprendizaje y la plasticidad neuronal d.Todas las opciones anteriores se corresponden a la estrategia reproductiva k
[email protected]
¿Cuál de las siguientes características corresponde a la estrategia reproductiva k ? c. Favorece el desarrollo del sustrato neuronal necesario para el aprendizaje y la plasticidad neuronal
[email protected]
Los ganglios cerebrales o encefálicos de los invertebrados a.Controlan el resto de los ganglios metaméricos b.Supusieron un gran avance filogenético para aumentar la velocidad de procesamiento sensorial c. Organizan gran parte del comportamiento animal d.Las tres anteriores son ciertas
[email protected]
Los ganglios cerebrales o encefálicos de los invertebrados d. Las tres anteriores son ciertas
[email protected]
