Sistemas sensoriales en peces - Sensory systems in fish

La mayoría de los peces poseen órganos sensoriales muy desarrollados. Casi todos los peces a la luz del día tienen una visión del color que es al menos tan buena como la de los humanos (ver visión en los peces ). Muchos peces también tienen quimiorreceptores que son responsables de los extraordinarios sentidos del gusto y el olfato. Aunque tienen orejas, es posible que muchos peces no oigan muy bien. La mayoría de los peces tienen receptores sensibles que forman el sistema de línea lateral , que detecta corrientes y vibraciones suaves y detecta el movimiento de los peces y presas cercanos. Los tiburones pueden sentir frecuencias en el rango de 25 a 50  Hz a través de su línea lateral.

Los peces se orientan usando puntos de referencia y pueden usar mapas mentales basados ​​en múltiples puntos de referencia o símbolos. El comportamiento de los peces en los laberintos revela que poseen memoria espacial y discriminación visual.

Visión

Sección vertical esquemática a través del ojo de pez teleósteos. Los peces tienen un gradiente de índice de refracción dentro de la lente que compensa la aberración esférica . A diferencia de los humanos, la mayoría de los peces ajustan el enfoque acercando o alejando el cristalino de la retina . Los teleósteos lo hacen contrayendo el músculo retractor del lentis.

La visión es un sistema sensorial importante para la mayoría de las especies de peces. Los ojos de pez son similares a los de los vertebrados terrestres como aves y mamíferos, pero tienen una lente más esférica . Sus retinas generalmente tienen dos bastones y conos (por escotópica y fotópica ), y la mayoría de las especies tienen la visión del color . Algunos peces pueden ver la luz ultravioleta y algunos pueden ver la luz polarizada . Entre los peces sin mandíbula , la lamprea tiene ojos bien desarrollados, mientras que el pez bruja solo tiene manchas oculares primitivas . La visión de los peces muestra la adaptación a su entorno visual, por ejemplo, los peces de aguas profundas tienen ojos adecuados para el entorno oscuro.

Los peces y otros animales acuáticos viven en un entorno de luz diferente al de las especies terrestres. El agua absorbe la luz de modo que al aumentar la profundidad, la cantidad de luz disponible disminuye rápidamente. Las propiedades ópticas del agua también conducen a que diferentes longitudes de onda de luz se absorban en diferentes grados, por ejemplo, la luz de longitudes de onda largas (por ejemplo, rojo, naranja) se absorbe con bastante rapidez en comparación con la luz de longitudes de onda cortas (azul, violeta), aunque la luz ultravioleta ( incluso una longitud de onda más corta que el azul) también se absorbe con bastante rapidez. Además de estas cualidades universales del agua, diferentes cuerpos de agua pueden absorber luz de diferentes longitudes de onda debido a las sales y otros químicos en el agua.

Audiencia

La audición es un sistema sensorial importante para la mayoría de las especies de peces. El umbral de audición y la capacidad de localizar fuentes de sonido se reducen bajo el agua, donde la velocidad del sonido es más rápida que en el aire. La audición subacuática se realiza por conducción ósea y la localización del sonido parece depender de las diferencias de amplitud detectadas por la conducción ósea. Como tal, los animales acuáticos como los peces tienen un aparato auditivo más especializado que es efectivo bajo el agua.

Los peces pueden sentir el sonido a través de sus líneas laterales y sus otolitos (orejas). Algunos peces, como algunas especies de carpas y arenques , escuchan a través de sus vejigas natatorias, que funcionan como un audífono.

La audición está bien desarrollada en las carpas , que tienen el órgano weberiano , tres procesos vertebrales especializados que transfieren las vibraciones de la vejiga natatoria al oído interno.

Aunque es difícil evaluar la audición de los tiburones, pueden tener un agudo sentido del oído y posiblemente escuchar a sus presas a muchas millas de distancia. Una pequeña abertura a cada lado de la cabeza (no el espiráculo ) conduce directamente al oído interno a través de un canal delgado. La línea lateral muestra una disposición similar y está abierta al medio ambiente a través de una serie de aberturas llamadas poros de la línea lateral . Este es un recordatorio del origen común de estos dos órganos de detección de vibraciones y sonidos que se agrupan como el sistema acústico-lateralis. En los peces óseos y los tetrápodos, se ha perdido la abertura externa al oído interno.

Detección de corriente

Un espinoso de tres espinas con neuromasts teñidos

La línea lateral en peces y formas acuáticas de anfibios es un sistema de detección de corrientes de agua, compuesto principalmente por vórtices. La línea lateral también es sensible a las vibraciones de baja frecuencia. Se utiliza principalmente para la navegación, la caza y la escolarización. Los mecanorreceptores son células ciliadas, los mismos mecanorreceptores para el sentido vestibular y el oído. Las células ciliadas de los peces se utilizan para detectar los movimientos del agua alrededor de sus cuerpos. Estas células ciliadas están incrustadas en una protuberancia gelatinosa llamada cúpula. Por tanto, las células ciliadas no se pueden ver y no aparecen en la superficie de la piel. Los receptores del sentido eléctrico son células ciliadas modificadas del sistema de línea lateral.

Los peces y algunos anfibios acuáticos detectan estímulos hidrodinámicos a través de una línea lateral . Este sistema consta de una serie de sensores llamados neuromastres a lo largo del cuerpo del pez. Los neuromasts pueden ser independientes (neuromasts superficiales) o dentro de canales llenos de líquido (neuromasts de canal). Las células sensoriales dentro de los neuromasts son células ciliadas polarizadas contenidas dentro de una cúpula gelatinosa. La cúpula y los estereocilios, que son los "pelos" de las células ciliadas, se mueven una cierta cantidad dependiendo del movimiento del agua circundante. Las fibras nerviosas aferentes se excitan o inhiben dependiendo de si las células ciliadas de las que surgen se desvían en la dirección preferida u opuesta. Las neuronas de la línea lateral forman mapas somatotópicos dentro del cerebro que informan a los peces de la amplitud y dirección del flujo en diferentes puntos del cuerpo. Estos mapas están ubicados en el núcleo octavolateral medial (MON) de la médula y en áreas más altas como el toro semicircular .

Detección de presión

La detección de presión utiliza el órgano de Weber , un sistema que consta de tres apéndices de vértebras que transfieren los cambios en la forma de la vejiga de gas al oído medio. Puede utilizarse para regular la flotabilidad de los peces. También se sabe que los peces como los peces del clima y otras lochas responden a áreas de baja presión, pero carecen de vejiga natatoria.

Quimiorrecepción (olfato)

La forma de la cabeza del tiburón martillo puede mejorar el olfato al espaciar más las fosas nasales.

El equivalente acuático a oler en el aire es saborear en el agua. Muchos bagres más grandes tienen quimiorreceptores en todo el cuerpo, lo que significa que "saborean" todo lo que tocan y "huelen" cualquier sustancia química del agua. "En el bagre, el gusto juega un papel primordial en la orientación y ubicación de los alimentos".

El salmón tiene un fuerte sentido del olfato. Las especulaciones sobre si los olores proporcionan señales de búsqueda se remontan al siglo XIX. En 1951, Hasler planteó la hipótesis de que, una vez en las proximidades del estuario o la entrada a su río de nacimiento, el salmón puede utilizar señales químicas que pueden oler y que son exclusivas de su corriente natal, como mecanismo para regresar a la entrada de la corriente. . En 1978, Hasler y sus estudiantes demostraron de manera convincente que la forma en que el salmón localiza sus ríos de origen con tanta precisión era, de hecho, porque podían reconocer su olor característico. Además, demostraron que el olor de su río se imprime en el salmón cuando se transforma en smolts, justo antes de emigrar al mar. El salmón del regreso a casa también puede reconocer olores característicos en los arroyos tributarios a medida que avanzan por el río principal. También pueden ser sensibles a las feromonas características emitidas por conespecíficos juveniles . Existe evidencia de que pueden "discriminar entre dos poblaciones de su propia especie".

Los tiburones tienen sentidos olfativos agudos, ubicados en el conducto corto (que no está fusionado, a diferencia de los peces óseos) entre las aberturas nasales anterior y posterior, y algunas especies pueden detectar tan solo una parte por millón de sangre en el agua de mar. Los tiburones tienen la capacidad de determinar la dirección de un olor determinado en función del tiempo de detección del olor en cada fosa nasal. Esto es similar al método que utilizan los mamíferos para determinar la dirección del sonido. Se sienten más atraídos por los productos químicos que se encuentran en los intestinos de muchas especies y, como resultado, a menudo permanecen cerca o en los desagües de aguas residuales . Algunas especies, como los tiburones nodriza , tienen barbillas externas que aumentan en gran medida su capacidad para detectar presas.

Los genes MHC son un grupo de genes presentes en muchos animales e importantes para el sistema inmunológico ; en general, la descendencia de padres con genes MHC diferentes tiene un sistema inmunológico más fuerte. Los peces pueden oler algún aspecto de los genes MHC de posibles parejas sexuales y prefieren parejas con genes MHC diferentes a los suyos.

Electrorrecepción y magnetorrecepción

Receptores de campo electromagnético (ampollas de Lorenzini) y canales de detección de movimiento en la cabeza de un tiburón

Electrolocalización activa. Los objetos conductores concentran el campo y los objetos resistivos expanden el campo.

La electrorrecepción , o electrocepción, es la capacidad de detectar campos o corrientes eléctricos . Algunos peces, como el bagre y los tiburones, tienen órganos que detectan potenciales eléctricos débiles del orden de milivoltios. Otros peces, como los peces eléctricos sudamericanos Gymnotiformes , pueden producir corrientes eléctricas débiles, que utilizan en la navegación y la comunicación social. En los tiburones, las ampollas de Lorenzini son órganos electrorreceptores. Se cuentan de cientos a miles. Los tiburones utilizan las ampollas de Lorenzini para detectar los campos electromagnéticos que producen todos los seres vivos. Esto ayuda a los tiburones (particularmente el tiburón martillo ) a encontrar presas. El tiburón tiene la mayor sensibilidad eléctrica de cualquier animal. Los tiburones encuentran presas escondidas en la arena al detectar los campos eléctricos que producen. Las corrientes oceánicas que se mueven en el campo magnético de la Tierra también generan campos eléctricos que los tiburones pueden usar para orientarse y posiblemente navegar.

El bagre eléctrico utiliza la detección de proximidad de campo eléctrico para navegar a través de aguas fangosas. Estos peces hacen uso de cambios espectrales y modulación de amplitud para determinar factores como forma, tamaño, distancia, velocidad y conductividad. Las habilidades de los peces eléctricos para comunicarse e identificar el sexo, la edad y la jerarquía dentro de la especie también son posibles a través de los campos eléctricos. Se pueden encontrar gradientes de EF tan bajos como 5nV / cm en algunos peces de agua salada débilmente eléctricos.

El pez espátula ( Polyodon spathula ) caza plancton utilizando miles de diminutos electrorreceptores pasivos ubicados en su hocico extendido o tribuna . El pez espátula es capaz de detectar campos eléctricos que oscilan entre 0,5 y 20 Hz, y grandes grupos de plancton generan este tipo de señal. Ver: Electrorreceptores en peces espátula

Los peces eléctricos utilizan un sistema sensorial activo para sondear el medio ambiente y crear imágenes electrodinámicas activas.

En 1973, se demostró que el salmón del Atlántico ha condicionado las respuestas cardíacas a los campos eléctricos con fuerzas similares a las que se encuentran en los océanos. "Esta sensibilidad podría permitir que un pez migrante se alinee río arriba o río abajo en una corriente oceánica en ausencia de referencias fijas".

La magnetocepción , o magnetorrecepción, es la capacidad de detectar la dirección en la que uno está mirando basándose en el campo magnético de la Tierra . En 1988, los investigadores encontraron que el hierro, en forma de magnetita de dominio único , reside en los cráneos del salmón rojo . Las cantidades presentes son suficientes para la magnetocepción .

Navegación de peces

El salmón suele migrar miles de kilómetros hacia y desde sus zonas de reproducción.

Los salmones pasan sus primeros años de vida en los ríos y luego nadan hacia el mar, donde viven su vida adulta y obtienen la mayor parte de su masa corporal. Después de varios años deambulando grandes distancias en el océano donde maduran, la mayoría de los salmones sobrevivientes regresan a los mismos ríos natales para desovar. Por lo general, regresan con asombrosa precisión al río donde nacieron: la mayoría de ellos nadan río arriba hasta llegar al mismo lugar de desove que fue su lugar de nacimiento original.

Existen varias teorías sobre cómo sucede esto. Una teoría es que existen señales geomagnéticas y químicas que el salmón usa para guiarlo de regreso a su lugar de nacimiento. Se cree que, cuando están en el océano, utilizan la magnetocepción relacionada con el campo magnético de la Tierra para orientarse en el océano y localizar la posición general de su río natal, y una vez cerca del río, utilizan su sentido del olfato. para ubicarse en la entrada del río e incluso en su lugar de desove natal.

Dolor

Pez vela enganchado

Los experimentos realizados por William Tavolga proporcionan evidencia de que los peces tienen respuestas de dolor y miedo. Por ejemplo, en los experimentos de Tavolga, el pez sapo gruñó cuando recibió una descarga eléctrica y, con el tiempo, llegó a gruñir ante la mera visión de un electrodo.

En 2003, científicos escoceses de la Universidad de Edimburgo y el Instituto Roslin concluyeron que las truchas arcoíris exhiben comportamientos a menudo asociados con el dolor en otros animales. El veneno de abeja y el ácido acético inyectados en los labios provocaron que los peces mecieran el cuerpo y se frotaran los labios a lo largo de los lados y el piso de sus tanques, lo que los investigadores concluyeron que eran intentos de aliviar el dolor, similar a lo que harían los mamíferos. Las neuronas se dispararon siguiendo un patrón que se asemeja a los patrones neuronales humanos.

El profesor James D. Rose de la Universidad de Wyoming afirmó que el estudio era defectuoso, ya que no proporcionaba pruebas de que los peces posean "conciencia consciente, en particular un tipo de conciencia que es significativamente como la nuestra". Rose sostiene que dado que los cerebros de los peces son tan diferentes de los cerebros humanos, los peces probablemente no son conscientes de la manera en que lo son los humanos, por lo que las reacciones similares a las reacciones humanas al dolor tienen otras causas. Rose había publicado un estudio un año antes argumentando que los peces no pueden sentir dolor porque sus cerebros carecen de neocorteza . Sin embargo, el conductista animal Temple Grandin sostiene que los peces aún podrían tener conciencia sin un neocórtex porque "diferentes especies pueden usar diferentes estructuras y sistemas cerebrales para manejar las mismas funciones".

Los defensores del bienestar animal expresan su preocupación por el posible sufrimiento de los peces causado por la pesca con caña. Algunos países, como Alemania, han prohibido tipos específicos de pesca, y la RSPCA británica ahora procesa a las personas que son crueles para pescar.

Ver también

Referencias

Otras referencias

• Collin SP y Marshall NJ (Eds) (2003) Procesamiento sensorial en entornos acuáticos Springer. ISBN  9780387955278 .
• Green, WW y Zielinski BS (2013) "Quimiorrecepción" En: DH Evans, JB Claiborne y S Currie (Eds) La fisiología de los peces , 4ª edición, págs. 345–373, CRC Press. ISBN  9781439880302 .
• Popper AN y Fay RR (1993) "Detección y procesamiento de sonido por peces: revisión crítica y preguntas de investigación importantes" (2 partes) Cerebro, comportamiento y evolución , 41 (1): 14–25. doi : 10.1159 / 000338719 PDF parte 1 PDF parte 2
• Stevens, Martin (2013) Ecología sensorial, comportamiento y evolución Oxford University Press. ISBN  9780199601783 .
• Webb JF, Fay RR y Popper AN (2008) Fish Bioacoustics Springer. ISBN  9780387730288 .