AUTOEVALUACIÓN - Capítulo 33. El reino animal II: los artrópodos

Cuestionario:

Distinga entre los siguientes términos: quelíceros/mandíbulas; nefridios/túbulos de Malpighi; larva/pupa; hormona/feromona; hormona cerebral/hormona de la muda/hormona juvenil; ommatidio/sensilia.
Describa las siguientes estructuras de los artrópodos y explique sus funciones: branquias laminares; tráqueas; espiráculos; glándulas hileras; ojo compuesto; órgano timpánico.
¿Cómo distinguiría un insecto de un arácnido? ¿Y de un crustáceo?
Note que tanto los moluscos como los artrópodos tienen un celoma notablemente reducido. ¿Qué dos rasgos, uno obvio y el otro no, lo comparten también la mayoría de los miembros de estos dos grupos? ¿Cuál es la correlación entre estas similitudes estructurales?
Describa el intercambio gaseoso en una almeja, en un caracol terrestre, en una lombriz de tierra, en un bogavante, en un arácnido y en un insecto. ¿De qué manera difiere el intercambio de gases en estos animales del que ocurre en un cnidario? ¿En qué se asemeja?
Compare el sistema nervioso de una almeja, de un pulpo, de un anélido y de un artrópodo. ¿Cómo difieren de los de la Hydra y de una planaria?

Respuestas:

1. Distinga entre los siguientes términos: quelíceros/mandíbulas; nefridios/túbulos de Malpighi; larva/pupa; hormona/feromona; hormona cerebral/hormona de la muda/hormona juvenil; ommatidio/sensilia.

Los quelíceros son el primer par de apéndices modificados de los quelicerados que toman la forma de pinzas o colmillos. En las arañas, los conductos de un par de glándulas ponzoñosas se vacían a través de los quelíceros, que son afilados y puntiagudos; con ellos pueden morder y paralizar a la presa. Las mandíbulas son los apéndices más anteriores de gran parte de los artrópodos con los que trituran el alimento. Las mandíbulas se mueven lateralmente, abriéndose y cerrándose de lado a lado como un par de pinzas de hielo; se cree que las mandíbulas de los miriápodos y de los insectos evolucionaron independientemente de las de los crustáceos.

Los nefridios son estructuras tubulares excretoras, características de moluscos, anélidos y algunos otros grupos de invertebrados; el fluido celómico es filtrado a través de los nefridios. Las sustancias necesarias retornan al celoma y los desechos son excretados hacia el exterior por un poro. Los túbulos de Malpighi son las estructuras excretoras en los artrópodos terrestres. Estos tubos ciegos, largos y delgados, surgen como evaginaciones del intestino, cerca de la unión del intestino medio con el posterior. Se encuentran libres en la cavidad del cuerpo, de la cual absorben los desechos nitrogenados y los descargan en el intestino posterior.

Las larvas son las formas inmaduras, incapaces de reproducirse, pero sí de alimentarse, de los insectos. en algunos casos estas formas de alimentación inmaduras se conocen comúnmente como orugas. Después del período larval, el insecto sufre la metamorfosis completa y pasa a un estado de pupa, en el cual ocurre una remodelación extensa del organismo. El insecto adulto (maduro sexualmente) emerge de la pupa. En muchos casos, los huevos o las pupas (que no se alimentan) son capaces de soportar épocas desfavorables, como por ejemplo, estaciones frías o secas.

- Las hormonas son moléculas orgánicas, secretadas por determinados tejidos de un organismo, que regulan las funciones de otro tejido u órgano del mismo organismo. Las feromonas son mensajeros químicos, que se producen habitualmente en glándulas especiales, se descargan al ambiente y actúan sobre otros miembros de la misma especie. Muchos insectos se comunican por estas sustancias químicas.

Al igual que la mayoría de los procesos controlados por hormonas, la muda y la metamorfosis son el resultado final de la interacción de varias sustancias. A intervalos durante el crecimiento larval, la hormona cerebral, producida por células neurosecretoras del cerebro, es vertida en la sangre. Esta hormona estimula, a su vez, la liberación de la hormona de la muda por una glándula del tórax. La hormona de la muda no sólo controla la muda, sino también la formación de una pupa y el desarrollo de estructuras adultas. Esto último, sin embargo, es también controlado por una tercera hormona, la hormona juvenil. Esta hormona es producida por órganos endocrinos localizados detrás del cerebro, denominados cuerpos alados. Sólo cuando declina la producción de la hormona juvenil, al final de la vida larval, puede producirse la metamorfosis a los sucesivos estadios hasta alcanzar la forma adulta.

El órgano sensorial más conspicuo de los artrópodos es el ojo compuesto, que es característico de este phylum. Los ojos compuestos están formados por múltiples estructuras de enfoque, cada una de ellas asociada a un número reducido de células fotorreceptoras; cada unidad constituye un ommatidio. El ommatidio es la unidad estructural básica del ojo compuesto. Cada ommatidio está cubierto por una lente, la córnea, habitualmente con una superficie circular o hexagonal. En conjunto, forman las facetas individuales del ojo. Por debajo de esta córnea hay un grupo de ocho células retinulares rodeadas de células pigmentarias. Cada célula retinular tiene una porción de su membrana plasmática modificada en microvellosidades, en las cuales se encuentran los pigmentos sensibles a la luz. El conjunto de las microvellosidades de todas las células fotorreceptoras de un ommatidio forman el rabdoma. El conjunto de fibras nerviosas de las células retinulares se conectan con interneuronas que transmiten el estímulo desde cada ommatidio al cerebro. Las células pigmentarias impiden que la luz viaje de un ommatidio a otro. La superficie corporal de los artrópodos terrestres frecuentemente está cubierta por unidades receptoras sensoriales conocidas como sensilias –"pequeños órganos sensoriales"–. La mayoría de las sensilias tienen forma de espinas finas o sedas, compuestas por columnas huecas de cutícula. En la base de estas columnas se encuentran las células sensoriales, que pueden responder selectivamente a estímulos mecánicos, químicos, térmicos, etc. En su forma más simple, las sensilias son receptores táctiles.

2.Describa las siguientes estructuras de los artrópodos y explique sus funciones: branquias laminares; tráqueas; espiráculos; glándulas hileras; ojo compuesto; órgano timpánico.

Las branquias laminares, que se encuentran en quelicerados acuáticos, se asemejan a páginas de un libro parcialmente abierto y funcionan en el intercambio gaseoso.

Las tráqueas, que se encuentran en los insectos, miriápodos y algunos arácnidos, son invaginaciones tubulares del exoesqueleto, que están engrosadas en ciertos lugares, formando soportes espiralados que mantienen los tubos abiertos. Las tráqueas están revestidas de quitina. El intercambio gaseoso ocurre en los extremos terminales delgados y húmedos de los tubos.

Los espiráculos son poros especializados que pueden abrirse o cerrarse, lo que regula el flujo de aire en la tráquea.

Las glándulas hileras son apéndices modificados de los arácnidos de los cuales se exuda una proteína fluida que se polimeriza formando seda cuando se expone al aire. La seda se usa, no sólo para tejer las telas con las que atrapan a las presas, sino para otros propósitos como para hacer una línea de descenso por la cual la araña puede hacer un escape defensivo, una cuerda guía para indicar un curso, un hilo finísimo para aterrizar, bisagras para puertas trampa, sacos de huevos, un tapiz para sus nidos o un recubrimiento de sus presas o del alimento que los machos de ciertas especies ofrecen al cortejar a las hembras.

Los ojos compuestos están formados por múltiples estructuras de enfoque, cada una de ellas asociada a un número reducido de células fotorreceptoras; cada unidad constituye un ommatidio; aunque es deficiente en el medio acuático, está exquisitamente adaptado a la detección de movimiento y a las respuestas rápidas a los estímulos.

Los órganos timpánicos son estructuras especiales que responden a los cambios de presión en las ondas sonoras; estas estructuras, que pueden estar localizadas sobre las patas (véase fig. 33-4a), el tórax o el abdomen. En estos órganos, una membrana fina, el tímpano, se extiende a través de uno o más sacos aéreos cerrados . La membrana timpánica vibra en respuesta a las diferencias de presión en las ondas sonoras de cierta frecuencia y esta vibración se transmite a células receptoras subyacentes.

3. ¿Cómo distinguiría un insecto de un arácnido? ¿Y de un crustáceo?

Las arañas tienen cuatro pares de patas, dos regiones corporales (cefalotórax y abdomen), quelíceros, glándulas hileras y ojos simples. Los insectos tienen tres pares de patas, tres regiones corporales (cabeza, tórax y abdomen), mandíbulas, un par simple de antenas y ojos compuestos; la mayoría de los adultos tienen dos pares de alas. Los crustáceos difieren de los insectos en que tienen dos regiones principales (cefalotórax y abdomen), apéndices en el abdomen y en el tórax, mandíbulas de diferentes características, dos pares de antenas y no tienen alas.

4. Note que tanto los moluscos como los artrópodos tienen un celoma notablemente reducido. ¿Qué dos rasgos, uno obvio y el otro no, lo comparten también la mayoría de los miembros de estos dos grupos? ¿Cuál es la correlación entre estas similitudes estructurales?

La característica más obvia compartida por los moluscos con concha y los artrópodos es el esqueleto externo que recubre gran parte del animal –la concha calcárea de los moluscos y el exoesqueleto de quitina de los artrópodos–. La característica menos obvia es un sistema circulatorio abierto en el cual la sangre desemboca en un espacio dentro de los tejidos, el hemocele. Ambos tipos de esqueletos proveen una estructura de soporte más efectiva para los animales que el celoma y el hemocele provee un ambiente interno lubricado en el cual los órganos internos se pueden expandir y contraer, como sea necesario.

5.Describa el intercambio gaseoso en una almeja, en un caracol terrestre, en una lombriz de tierra, en un bogavante, en un arácnido y en un insecto. ¿De qué manera difiere el intercambio de gases en estos animales del que ocurre en un cnidario? ¿En qué se asemeja?

El intercambio gaseoso en una almeja es por medio de branquias; el agua pasa a través de la cavidad del manto y atraviesa la superficie de la branquia. En un caracol terrestre, el intercambio gaseoso es un área altamente vascularizada de la cavidad del manto, que funciona como un pulmón. El intercambio gaseoso en una lombriz de tierra ocurre por difusión a través de la piel húmeda. En un bogavante, el intercambio gaseoso es por medio de branquias plumosas ubicadas cerca de la base de las patas. El intercambio gaseoso en un arácnido puede ser por medio de tráqueas que llevan aire directamente a varias partes del cuerpo o por medio de pulmones laminares. En un insecto, el intercambio gaseoso ocurre por medio de tráqueas.

El intercambio de gases en un cnidario se realiza por difusión de oxígeno a través de la superficie del cuerpo hacia el interior del animal y por difusión de dióxido de carbono fuera del animal. Cada célula está dentro de la distancia de difusión del agua circundante. El intercambio de gases difiere del de los animales descritos anteriormente en que la difusión de gases ocurre a través de zonas especializadas de la superficie del cuerpo (branquias, cavidad del manto, pulmones laminares) y entonces los gases son transportados hacia y desde las células individuales del cuerpo por un sistema circulatorio o por tráqueas. La similitud esencial de todos estos procesos es que los gases (oxígeno y dióxido de carbono) difunden a través de una superficie húmeda, moviéndose a favor de su gradiente de concentración.

6.Compare el sistema nervioso de una almeja, de un pulpo, de un anélido y de un artrópodo. ¿Cómo difieren de los de la Hydra y de una planaria?

Los bivalvos tienen tres pares de ganglios de tamaño aproximadamente igual, el ganglio cerebral, el visceral y el pedal, además de dos pares largos de cordones nerviosos que los interconectan. Tienen estatocistos localizados habitualmente cerca de los ganglios pedales y células sensoriales que les permiten discriminar estímulos táctiles, reaccionar ante cambios químicos y ante cambios en la iluminación. Los cefalópodos tienen cerebros bien desarrollados, compuestos de muchos grupos de ganglios, que sirven de base a sistemas sensoriales altamente desarrollados y comportamiento depredador. Sus ojos son notablemente similares a los de los humanos y tienen una agudeza similar aunque, aparentemente no tienen visión estereoscópica. El movimiento característico de la cabeza parece ser el modo mediante el cual estiman distancias, fijando un objeto desde dos puntos de vista distintos. Estos cerebros grandes tienen coberturas cartilaginosas. Las respuestas rápidas de los cefalópodos son posibles por la presencia de un haz de fibras nerviosas gigantes que controlan los músculos del manto. Las lombrices de tierra tienen fibras nerviosas que se reúnen en un cordón nervioso doble fusionado, que corre a lo largo de la superficie ventral del cuerpo y que deriva de un anillo que rodea la faringe en el extremo anterior del animal. Los cordones nerviosos contienen fibras de conducción rápida que hacen posible que la lombriz de tierra contraiga su cuerpo entero muy rápidamente, por ejemplo, al introducirse en su túnel cuando se la perturba. También tienen una variedad de células sensoriales. Las células del tacto, o mecanorreceptores, contienen pelos que, al ser estimulados, disparan un impulso nervioso. En cada segmento hay grupos de mecanorreceptores. Estos animales no tienen ocelos ni ojos, pero sí presentan células sensibles a la luz que abundan en los segmentos anteriores y posteriores del cuerpo. El sistema nervioso de los artrópodos es similar al de los anélidos; está compuesto por tres pares de ganglios dorsales fusionados que forman el cerebro y una cadena ganglionar ventral, que porta un par de ganglios por segmento. El cerebro (ganglio supraesofágico) y el primer ganglio de la cadena nerviosa ventral (ganglio subesofágico) se unen por medio de cordones nerviosos que rodean al esófago. En algunos artrópodos, los ganglios segmentales pueden fusionarse en distintas combinaciones. El cerebro es el centro principal de asociación de los estímulos que llegan de los diferentes órganos sensoriales y de integración de diferentes actividades. Sin embargo, muchas actividades de los artrópodos son controladas a nivel de cada segmento, como en los anélidos.

El sistema nervioso de estos animales es mucho más complejo que el de Hydra o de las planarias. El sistema nervioso de Hydra consiste en una red nerviosa difusa y células sensoriales relativamente simples. El de las planarias consiste en un par de ganglios en el extremo anterior del animal, dos cordones nerviosos longitudinales y receptores sensoriales para la luz (ocelos), químicos y al tacto.

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