III. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΖΩΙΚΩΝ ΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ. Νευρικό Σύστημα Αισθητήρια όργανα ζωικών οργανισμών

Transcript

1 III. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΖΩΙΚΩΝ ΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ Νευρικό Σύστημα Αισθητήρια όργανα ζωικών οργανισμών

2 Νευρικό σύστημα Από τους μονοκύτταρους οργανισμούς μέχρι τους πιο πολύπλοκους πολυκύτταρους, το νευρικό σύστημα (;) είναι στη βάση του το ίδιο με κύρια λειτουργική μονάδα το νευρώνα. Ικανοποιεί την ανάγκη του οργανισμού για αντίληψη των εξωτερικών ερεθισμάτων και των εσωτερικών μηνυμάτων του οργανισμού, και ανάλογη αντίδραση, δίνοντάς του έτσι την ικανότητα της ερεθιστότητας. Από το φωτοτακτισμό της ευγλήνης μέχρι τη σύνθετη διαδικασία της μάθησης στον άνθρωπο, οι αλλαγές στην κατανομή των ιόντων Na +, K +, Cl - και Ca 2+ είναι που δημιουργούν τα σήματα πρόσληψης & μετάδοσης μηνυμάτων και εντολών Η διαφορά έγκειται στη διάταξη των νευρώνων και στη θέση και τον αριθμό των κέντρων του νευρικού ελέγχου

3 Νευρικό σύστημα στα ασπόνδυλα Νευρικό πλέγμα από νευροεπιθηλιακά κύτταρα χωρίς κεντρικό έλεγχο και με αμφίδρομες συνάψεις. Το ερέθισμα είναι τοπικό, διαχέεται προς όλες τις κατευθύνσεις και εξασθενεί όσο απομακρύνεται από το σημείο του ερεθίσματος. Στις μεγαλύτερες μέδουσες και θαλάσσιες ανεμώνες υπάρχει υποτυπώδης συγκέντρωση νευρώνων κοντά στα αισθητήρια (οφθαλμίδια & στατοκύστεις. Επίσης μεγάλοι νευράξονες κίνησης (γρήγορης αγωγής σήματος) και μικροί θρέψης (αργής αγωγής σήματος). Οπτική κηλιδα 2 εγκεφαλικά γάγγλια Εγκάρσιες νευρικές ίνες 2 νευρικές χορδές Νευρικό πλέγμα Κνιδόζωα Νευρικό σύστημα ανεμόσκαλα. Πρώτη εμφάνιση ιεράρχησης του ελέγχου: γάγγλια-νευρικές χορδές-πλέγμα. Μονοπολικοί νευρώνες (μονόδρομες συνάψεις) και νευρογλοιακά κύτταρα. Πλατυέλμυνθες Έντομα εγκεφαλικά γάγγλια Κοιλιακές νευρικές χορδές γάγγλια Δακτυλιοσκώληκες Πλήρης «εγκεφαλοποίηση» γαγγλίων «Εγκέφαλος» με 3ζ. γαγγλίων νευρική χορδή κάτω από πεπτικό σωλήνα, με 1ζ. γαγγλίων ανά μεταμερές. Τα γάγγλια αυτά έχουν σχετική αυτονομία ρύθμισης της κίνησης. Στα αρθρόποδα ανάλογο σύστημα με αποκλίσεις.

4 Μαλάκια Δίθυρα: 3 ζ. γαγγλίων που καθένα ελέγχει διαφορετική περιοχή και βρίσκεται στις αντίστοιχες θέσεις του ζώου. Εγκεφαλικά ελέγχουν αντανακλαστικά & κίνηση, σπλαχνικά- άνοιγμα/κλείσιμο του οστράκου, ποδικά κίνηση ποδιού) Γαστερόποδα: 4 ζ. γαγγλίων και σταδιακή τάση συγκέντρωσής τους στο κεφάλι. Κεφαλόποδα Χταπόδια: 4 ζ. γαγγλίων (εγκεφαλικά, οπτικά, οσφρητικά, ποδικά), που όλα τοποθετούνται σε ένα περιοισοφαγικό δαχτυλίδι και περιβάλλονται από χόνδρινη κάψα. Υψηλός βαθμός συγκέντρωσης νευρικού ιστού ~ από τα πιο έξυπνα ασπόνδυλα, με ικανότητα μάθησης & σύνθετων λειτουργιών.

5 Νευρικό σύστημα στα θηλαστικά ΚΝΣ: επεξεργάζεται τις πληροφορίες και καθορίζει τις απαιτούμενες αντιδράσεις ΠΝΣ: μεταφέρει πληροφορίες προς και από το ΚΝΣ Ορμόνες Μάτια, αυτιά, δέρμα, μυς, αρθρώσεις Αισθητήριες οδοί Κινητικές οδοί Σκελετικοί μυς Συνειδητό Ασυνείδητο Εγκέφαλος & Νωτιαίος μυελός (ΚΝΣ) Εκούσιο/ κινητικό Ακούσιο/ αυτόνομο Συμπαθητικό Παρασυμπαθητικό Όργανα Τα σώματα νευρώνων που βρίσκονται εκτός ΚΝΣ βρίσκονται σε συσσωματώματα, τα γάγγλια Περιφερικό ΝΣ (κρανιακά & νωτιαία νεύρα) Νευροορμόνες Αδένες, λείοι μυς, καρδιά

6 Αντανακλαστικά: αυτόματες, μη συνειδητές απαντήσεις σε αλλαγές χωρίς την άμεση παρεμβολή του εγκεφάλου. Κεντρικός έλεγχος από νωτιαίο μυελό Αυτόνομο νευρικό σύστημα: τμήμα του ΠΝΣ που ελέγχει εσωτερικά όργανα και εξασφαλίζει την ομοιόσταση του εσωτερικού περιβάλλοντος. Διακρίνεται σε συμπαθητικό και παρασυμπαθητικό. ΚΝΣ * * Προγαγγλιακός νευρώνας [ακετυλοχολίνη] γάγγλιο Μεταγαγγλιακός νευρώνας [ακετυλοχολίνη] [αδρεναλίνη] Εσωτερικά όργανα Παρασυμπαθητικό (χάλαση/ηρεμία) Συμπαθητικό (δράση) Ο εγκέφαλος και ο νωτιαίος μυελός προστατεύονται από τα αντίστοιχα οστά και από τρία στρώματα συνδετικού ιστού, τις μήνιγγες. Ανάμεσα στα δύο πρώτα στρώματα των μηνίγγων βρίσκεται το εγκεφαλονωτιαίο υγρό (ΕΝΥ). Ο ρόλος του εκτός από τη μηχανική προστασία είναι η απομάκρυνση μεταβολικών προϊόντων, φαρμάκων και τοξικών ουσιών. Ο νωτιαίος μυελός λειτουργεί : 1. ως ρυθμιστής των αντανακλαστικών και 2. ως μεταφορέας συνάψεων από και προς τον εγκέφαλο

7 Ο εγκέφαλος Σε όλα τα σπονδυλωτά χωρίζεται σε τρία μέρη (πρόσθιος, μεσεγκέφαλος, οπίσθιος), αλλά με διαφορετική ανάπτυξη ανάλογα με την ομάδα Θάλαμος ιεγκέφαλος Υποθάλαμος Υπόφυση Ημισφαίρια: κινητήριες/αισθητήριες περιοχές, ευφυΐα, σκέψη, συναίσθημα Θάλαμος: αναμετάδοση αισθήσεων (-όσφρησης), μνήμη, μάθηση, συγκινησιακές λειτουργίες Υποθάλαμος: ρύθμιση ομοιόστασης (!), συναισθήματα, σύνδεσμος μεταξύ νευρικού και ενδοκρινικού ημισφαίρια (τελεγκέφαλος) Παρεγκεφαλίδα (ασυνείδητη λειτουργία): μυϊκός τόνος, ισορροπία, στάση σώματος. Πτηνά-πτήση Μεταιχμιακό σύστημα Υπόφυση = αδένας που παράγει τις νευροορμόνες, FSH, ωκυτοκίνη & αντιδιουρητική ορμόνη (ADH) κ.ά. Μεσεγκέφαλος Γέφυρα Προμήκης Εγκεφαλικό στέλεχος Μεταφορά πληροφοριών και ρύθμιση ζωτικών λειτουργιών του οργανισμού (αναπνοή, πίεση, βήχας, εμετός κ.α.). Καταστροφή του = ακαριαίος θάνατος

8 Αισθητήρια όργανα Η αντίληψη του κόσμου δεν είναι τίποτα άλλο από τη νοητική επεξεργασία του εγκεφάλου μετά από νευρικές συνάψεις που φτάνουν σε αυτόν ξεκινώντας από ευαίσθητα σε διάφορα ερεθίσματα όργανα Αντιλαμβανόμαστε μόνο ό,τι μπορούμε να αισθανθούμε, όποιο δηλαδή ερέθισμα είναι ικανό να επιδράσει πάνω σε κάποιο εξειδικευμένο τύπο κυττάρου αλλάζοντάς του τη χημική και την ηλεκτρική κατάσταση (προσπαθήστε να πείσετε έναν τυφλό πόσο σας πάει το κόκκινο χρώμα!). Τα αισθητήρια κύτταρα/ υποδοχείς δέχονται ποικίλα ερεθίσματα για μεταβολές του περιβάλλοντος και τα μετατρέπουν σε ηλεκτρικά σήματα που φτάνουν στο ΚΝΣ. O κάθε οργανισμός δεν αντιλαμβάνεται τον κόσμο με τον ίδιο τρόπο. Διαφορές στις κυτταρικές δομές, στη λειτουργία τους και στο μηχανισμό μετάδοσης του ερεθίσματος προς τον εγκέφαλο δημιουργούν ποιοτικές διαφορές στις αισθήσεις. Κάθε υποδοχέας είναι εξαιρετικά εξειδικευμένος σε έναν τύπο ερεθίσματος και είναι αναίσθητος σε όλα τα άλλα. Ο κάθε οργανισμός ενεργοποιείται μόνο σε ένα συγκεκριμένο τμήμα του φάσματος της πηγής ενέργειας την οποία ανιχνεύει ο υποδοχέας (π.χ. φως). Το τμήμα αυτό διαφοροποιείται από τον ένα οργανισμό στον άλλο. Όσο το ερέθισμα αποκλίνει από τη συχνότητα που ο υποδοχέας μπορεί να αναγνωρίσει, τόσο η έντασή του πρέπει να αυξηθεί προκειμένου να διεγείρει τον υποδοχέα.

9 Τα αισθητήρια κύτταρα ταξινομούνται με βάση: Α. Τη θέση που έχουν σε σχέση με το ερέθισμα ΕΞΩΔΟΧΟΙ ΥΠΟΔΟΧΕΙΣ [Ευαίσθητοι σε ερεθίσματα εκτός σώματος] ΕΝΔΟΔΟΧΟΙ ΥΠΟΔΟΧΕΙΣ [Ευαίσθητοι σε ερεθίσματα εντός σώματος] Β. Τον τύπο του ερεθίσματος Μηχανοϋποδοχείς Χημειοϋποδοχείς Θερμοϋποδοχείς Απόστασης (π.χ. όσφρησης, όρασης, ακοής) Επαφής (π.χ. αφής, γεύσης) Ιδιοδόχοι (σε μυς και τένοντες. Πληροφορίες για τις σχετικές κινήσεις και θέσεις των μελών του σώματος) Σπλαχνικοί (Πληροφορίες για μεταβολές του ph, της θερμοκρασίας, της ωσμωτικής πίεσης κλπ, που εξασφαλίζουν την ομοιόσταση. Έμμεση η ενσυνείδητη αντίληψή τους από αισθήματα δίψας, πείνας, πόνου κλπ) (δέρμα, τένοντες, έσω αυτί, πλευρική γραμμή ψαριών, στατοκύστεις ασπονδύλων) (γλώσσα, μύτη) (δέρμα -ψυχρού/θερμού-, υποθάλαμος ) Φωτοϋποδοχείς (οπτικές κηλίδες στην επιδερμίδα Πρωτοζώων, ομματίδια ασπονδύλων, αμφιβληστροειδής θηλαστικών ) Ηλεκτροϋποδοχείς (στα ψάρια)

10 Οι αισθητήριοι υποδοχείς μπορεί να είναι: Α. Νευρικά κύτταρα Ποσότητα νευροδιαβιβαστή [Αφή, θερμοκρασία, πόνος, όσφρηση] Β. Εξειδικευμένα επιθηλιακά κύτταρα [Γεύση, ακοή, όραση] Συχνότητα & αριθμός δυναμικών δράσης Μέγεθος & διάρκεια Δεν παράγεται δυναμικό δράσης Όλα τα ερεθίσματα μετατρέπονται σε δυναμικά δράσης προκειμένου να φτάσουν στα κέντρα ελέγχου. Άρα τι τα διαφοροποιεί; Το είδος της αίσθησης διαφοροποιείται ανάλογα με τη διαδρομή που θα ακολουθήσει και όχι γιατί υπάρχει κάποια ποιοτική διαφορά στη μετάδοση του μηνύματος.

11 Υπάρχει μεγάλη οργάνωση στις αισθητήριες νευρικές οδούς: Επιθηλιακά κύτταρα Νευρώνες 1 ης τάξης Νευρώνες 1 ης τάξης Ιεραρχική οργάνωση με σαφή λειτουργία στην επεξεργασία των πληροφοριών Νευρώνες 2 ης τάξης Νευρώνες 3 ης τάξης κ.ο.κ... Κάθε αισθητήριο σύστημα έχει ξεχωριστές, παράλληλες οδούς για τις διάφορες υποκατηγορίες της κάθε αίσθησης χρώμα σχήμα υφή κίνηση ενός αντικειμένου γίνονται αντιληπτά από διαφορετικές παρ/λες οδούς του οπτικού συστήματος, οι οποίες συγκλίνουν στον εγκέφαλο και δημιουργούν το είδωλο του αντικειμένου

12 Μηχανοϋποδοχείς (δέρμα, τένοντες, έσω αυτί, πλευρική γραμμή ψαριών/αμφιβίων, στατοκύστεις ασπονδύλων) Υπάρχουν αισθητήριοι νευρώνες με ελεύθερες απολήξεις... ή άλλοι που περιβάλλονται από θυλακοειδείς δομές σαν κάψουλες Υποδοχείς γρήγορης εξοικείωσης & με πολύ χαμηλό όριο διέγερσης (αλλαγές απτικού σήματος). Σε άτριχα σημεία του δέρματος. Υποδοχείς αργής εξοικείωσης & χαμηλού ορίου διέγερσης. Μεταδίδουν συνεχή και έντονα σήματα του μεγέθους και της διεύθυνσης που έχει η πίεση που ασκείται. Υποδοχείς πίεσης υψηλών συχνοτήτων & γρήγορης εξοικείωσης. Γύρω από τα ελάσματα συνδετικού ιστού των σωματίων υπάρχει υγρό που προκαλεί την παραμόρφωση του νευράξονα και τη διέγερση των καναλιών Na+. Πυκνότητα των υποδοχέων! Τι κάνεις όταν θέλεις να αντιληφθείς το σχήμα ενός αντικειμένου με κλειστά μάτια; Υποδοχείς αργής εξοικείωσης. Σε άτριχα & τριχωτά μέρη του δέρματος. Επιτρέπουν τη συνεχή αίσθηση αφής. Η εξοικείωση των υποδοχέων είναι πολύ σημαντικός μηχανισμός επειδή έτσι ο οργανισμός μπορεί να αγνοήσει προηγούμενα συνεχή ερεθίσματα και να τα διακρίνει από νέα ερεθίσματα που αλλάζουν μία σταθερή κατάσταση.

13 Θερμοϋποδοχείς Οι θερμοϋποδοχείς υπάρχουν στο δέρμα και στον υποθάλαμο. Οι τελευταίοι είναι υπεύθυνοι για την αντίληψη της αλλαγής θερμοκρασίας σε εσωτερικά τμήματα του σώματος και ανάλογη αντίδραση από τον οργανισμό ή λαμβάνουν τα ερεθίσματα που δέχονται από τους υποδοχείς του δέρματος Οι θερμοϋποδοχείς του δέρματος είναι απολήξεις νευρώνων ευαίσθητοι σε μικρές τοπικές αλλαγές της θερμοκρασίας του δέρματος. Οποιαδήποτε απόκλιση από τους 37 ο C στον άνθρωπο γίνεται αντιληπτή Τι αντιλαμβάνεστε πιο γρήγορα: το κρύο ή τη ζέστη; 3-10 φορές περισσότεροι οι υποδοχείς του ψυχρού από τους υποδοχείς του θερμού

14 Πληροφορεί για τη δύναμη που ασκείται κατά τη σύσπαση του μυ. Όταν αυτή γίνει πολύ ισχυρή αναστέλλει τη δράση των αντίστοιχων κινητικών νευρώνων ώστε να χαλαρώσει ο μυς. Τροποποιημένες μυϊκές ίνες με αισθητήριες νευρικές απολήξεις. Ενεργοποιούν τη σύσπαση των μυών και εξασφαλίζουν τον μυϊκό τόνο και το συντονισμό των σύνθετων κινήσεων. Νευρομυϊκές άτρακτοι Τενόντια όργανα του Golgi

15 Μακρύς υποδόριος σωλήνας Η πλευρική γραμμή των ψαριών/ γυρίνων: αφή εξ αποστάσεως Κάθε παραμόρφωση του ρεύματος νερού μεταφράζεται στο ψάρι σε σήμα εμποδίου, λείας, εχθρού κλπ και συνεπαγόμενη αλλαγή πλεύσης Νευρομαστός Μία κινητή βλεφαρίδα & ~50 άκαμπτες Πόροι Βλεννώδες κύπελο Ρεύμα νερού πόροι Βλεννώδες κύπελο & κινητή βλεφαρίδα παραμόρφωση άκαμπτων βλεφαρίδων & κυτ. μεμβράνης μηχανοευαίσθητα τριχοκύτταρα Άνοιγμα καναλιών Na+ & δυναμικό δράσης

16 Υποδοχείς βαρύτητας Οι στατοκύστεις των ασπονδύλων: προσανατολισμός σε σχέση με τη βαρύτητα Αντικαθιστώντας το CaCo 3 με ρινίσματα Fe και τοποθετώντας ένα μαγνήτη στη ράχη μιας καραβίδας... Το αντίστοιχο όργανο στα σπονδυλωτά βρίσκεται μέσα στο αυτί....η καραβίδα αρχίζει να περπατά αναποδα! Συμπαγής μάζα ανθρακικού ασβεστίου Σε κατάσταση αλλαγής στάσης, ο στατόλιθος αγγίζει και διεγείρει διαφορετικά αισθητικά τριχοκύτταρα από ό,τι συνήθως κι έτσι ο οργανισμός αντιλαμβάνεται την αλλαγή στάσης και προσαρμόζεται ανάλογα.

17 Έσω αυτί Αυτί: το όργανο ισορροπίας & ακοής Αίσθηση ευθείας επιτάχυνσης ή στάσης ημικυκλικοί σωλήνες αίθουσα Ίδιος μηχανισμός λειτουργίας, με τη διαφορά ότι οι ωτόλιθοι (κρύσταλλοι CaCO 3 ) επηρεάζονται από τη βαρύτητα, ενώ στις ακρολοφίες ενεργοποιούνται από την αντίθετη ροή της ενδολέμφου εντός των ημικυκλικών σωλήνων. Αίσθηση περιστροφής Λήκυθος (στη βάση των ημικυκλικών σωλήνων) Λαβύρινθος (=έσω αυτί) ωτόλιθοι αιθουσαίο νεύρο ακρολοφία Κατά την επιτάχυνση, μαστίγιο & βλεφαρίδες κάμπτονται προς την ίδια κατεύθυνση, ανοίγουν τα κανάλια Κ+, εκπολώνεται η μεμβράνη > δυναμικό δράσης. Κατά τη στάση, αντίθετα.

18 Ακοή: κοχλίας, κοχλιακό νεύρο Όταν ένα ηχητικό κύμα φτάνει στον τυμπανικό υμένα, ένα μέρος του απορροφάται και ένα μέρος του ανακλάται. Αν δεν υπήρχαν τα 3 οστάρια, το 99,9% του ήχου θα ανακλούνταν. Τα 3 οστάρια είναι ο ενδιάμεσος στερεός φορέας του ήχου ανάμεσα στο αέριο και υγρό μέσο, που επιπλέον ενισχύουν τα σήματα που δέχονται 2,5 στροφές Οστάρια μέσου αυτιού (σφύρα-άκμονας-αναβολέας) Λεπτομέρειες στη δομή των τριχοκυττάρων και της βασικής μεμβράνης εξασφαλίζουν τη διέγερσή τους από ηχητικά ερεθίσματα ποικίλης έντασης και συχνότητας. Άνθρωπος:20-

19 ένα διαφορετικό παιχνίδι με τον ήχο εκεί που δεν υπάρχει φως... Echolocation/Ηχοεντοπισμός Ο ήχος ανακλάται από τα αντικείμενα που βρίσκονται μπροστά και επιστρέφει πίσω στη νυχτερίδα. Σε ειδικά διαφοροποιημένο τμήμα του εγκεφάλου, γίνεται η επεξεργασία των ήχων που ανακλώνται και η νυχτερίδα κινείται αναλόγως. Αυτή η ανάλυση οδηγεί στην αντίληψη του μεγέθους, του σχήματος και της υφής ακόμα και ενός εντόμου που βρίσκεται μπροστά τους, αλλά το οποίο δεν μπορούν να αναγνωρίσουν με τα μάτια τους λόγω της έλλειψης φωτός. Η παραγωγή και αναγνώριση ήχων είναι φαινόμενο ειδο-ειδικό, ώστε να επιτυγχάνεται η επικοινωνία μεταξύ τους (π.χ. ερωτικό κάλεσμα κλπ) Οι ελέφαντες μπορούν να αντιλαμβάνονται πολύ χαμηλές συχνότητες ήχου, πολύ χαμηλότερες από τον άνθρωπο. Έτσι επικοινωνούν σε αποστάσεις πολλών Οι νυχτερίδες προκειμένου να πλοηγηθούν στο σκοτεινό περιβάλλον του σπηλαίου, αλλά και να εντοπίσουν τα θηράματά τους, εκπέμπουν ήχους από το στόμα ή τη μύτη τους.

20 Φάλαινες: ηχοεντοπισμός και ακοή Ο λιπώδης ιστός της κάτω γνάθου και η δομή του οστού που είναι ρηχό στο βάθος του επιτρέπουν τη μετάδοση του ήχου στο εσωτερικό. Από εκεί μεταφέρονται οι περισσότεροι ήχοι. Ο ήχος στο νερό ταξιδεύει πολύ πιο γρήγορα (>4,5 φ.) από ό,τι στον αέρα κι έτσι η μετάδοσή του γίνεται σε αποστάσεις πολλών χιλιομέτρων. Φάλαινα δολοφόνος: 0,5-125kHz Άνθρωπος: 0,2-20kHz

21 Γεύση: Γεύση & Όσφρηση: οι αισθήσεις της χημείας! Οι γευστικοί και οσφρητικοί υποδοχείς είναι στη βάση τους όμοιοι και διεγείρονται από πλήθος οργανικών και ανόργανων ουσιών. Η διαφορά τους έγκειται στα εξής: 1. Οι οσφρητικοί υποδοχείς είναι νευρικά κύτταρα απόστασης, ενώ οι γευστικοί υποδοχείς είναι εξειδικευμένα επιθηλιακά κύτταρα επαφής που μεταδίδουν τη διέγερση σε γειτονικούς νευρώνες 2. Το όριο διέγερσης των οσφρητικών υποδοχέων είναι κατά πολύ χαμηλότερο από εκείνο των γευστικών. Άρα είμαστε πολύ πιο ευαίσθητοι σε μυρωδιές παρά σε γεύσεις μόρια/ml μόρια/ml στον άνθρωπο 100 μόρια/ml στο σκύλο! 3. Υπάρχουν πολύ περισσότερα είδη μυρωδιάς από ό,τι γεύσης. Τα θηλαστικά διακρίνουν >1000 κατηγορίες οσμών, αλλά μόνο 4 κατηγορίες γεύσεων! *[προσοχή!] 4. Ο τρόπος μεταγωγής των γευστικών ερεθισμάτων ποικίλει ενώ τα οσφρητικά ερεθίσματα ακολουθούν ένα κοινό μονοπάτι μετάδοσης. Όσφρηση:

22 Το 90% των γευστικών υποδοχέων μπορεί να διεγείρονται από 1-3 διαφορετικά βασικά ερεθίσματα. Μόνο το 10% είναι αυστηρά εξειδικευμένο σε ένα τύπο γεύσης. Μικρολάχνες: αυξάνουν την επιφάνεια του κυττάρου και των πρωτεϊνικών υποδοχέων που δέχονται διέγερση Πώς από 4 βασικές γεύσεις καταλήγουμε σε τόσο μεγάλη ποικιλία γευστικών απολαύσεων ; ξινό πικρό αλμυρό γλυκό Γευστική θηλή Γευστικός κάλυκας Πικρό: ουσίες που εμπλέκονται άμεσα με τα κανάλια Κ+ (κινίνη) ή έμμεσα με τις αποθήκες Ca 2+ μέσω πρωτεϊνικών υποδοχέων & δεύτερων διαβιβαστών. Αισθητικά κύτταρα Στηρικτικά κύτταρα: θρεπτικός ρόλος Βασικά κύτταρα: από αυτά διαφοροποιούνται τα τα γευστικά κύτταρα Αλμυρό: η γεύση του Na+. Η αύξηση της συγκέντρωσής του με μία αλμυρή τροφή, προκαλεί εκπόλωση της μεμβράνης και απελευθέρωση νευροδιαβιβαστή. Ξινό: Οφείλεται στα Η+. Το Η+ εισέρχεται από τα κανάλια Na+ και εκπολώνει τις μεμβράνες. Γλυκό: οφείλεται σε διάφορες ουσίες. Ο μηχανισμός δράσης πιο σύνθετος γιατί εμπλέκονται η πρωτεΐνη G και ένας δεύτερος διαβιβαστής (camp).

23 Χημικοί υποδοχείς στα ζώα Λόγω της έντονης λειτουργίας τους, οι γευστικοί υποδοχείς αναπαράγονται και αντικαθίστανται πολύ συχνά, σε αντίθεση με τους αντίστοιχους αισθητικούς νευρώνες. Τα χερσαία θηλαστικά έχουν γευστικούς αισθητήρες μόνο στη γλώσσα. Στα μονοτρήματα, ο πλατύπους έχει πληθώρα υποδοχέων σε όλο το μεγάλο του ράμφος. Τα ψάρια έχουν χημειοϋποδοχείς και στο δέρμα τους που τα βοηθούν να ανιχνεύουν την τροφή τους χωρίς οπτικό ερέθισμα. Τα κοράλια αντιδρούν με έκταση των πλοκαμιών/κεραιών τους, αν εκτεθούν σε ένα πρωτεϊνικό διάλυμα Στα έντομα οι χημειοϋποδοχείς είναι πολύ καλά αναπτυγμένοι αφού μέσω χημικών ερεθισμάτων (~φερομόνες) γίνεται η αναγνώριση συντρόφου από άτομα του ίδιου είδους. Πλήθος αρθροπόδων έχουν χημειοϋποδοχείς στις τρίχες ή στα πόδια τους (η μύγα πατάει στην τροφή για να δει αν θέλει να τη φάει και η πεταλούδα αντιδρά στο γλυκό με εκτίναξη της προβοσκίδας της αντανακλαστικό τροφοδοσίας) Ακόμα και τα βακτήρια έχουν χημειοϋποδοχείς! μεταξοσκώληκας Αυτή η φερομόνη (βομβυκόλη) γίνεται αισθητή από χιλιόμετρα μακριά! Το αρσενικό αντιδρά στην κλίση συγκέντρωσης της ουσίας και μπορεί να εντοπίσει το θηλυκό

24 Όσφρηση Σε αντίθεση με τη γεύση, ο μηχανισμός μετάδοσης των οσφρητικών σημάτων είναι ένας (μέσω πρωτεϊνικού υποδοχέα, δεύτερου διαβιβαστή και ενεργοποίηση των καναλιών Na + & Ca 2+ ). Η βλέννα είναι εντελώς απαραίτητη επειδή λειτουργεί ώς μέσο διάλυσης των ουσιών προκειμένου να περάσουν στους χημειοϋποδοχείς. Παράγεται από τα στηρικτικά κύτταρα. Τα οσφρητικά κύτταρα-υποδοχείς έχουν πολύ μικρό κύκλο ζωής (4-8 εβδομάδες). Επείδη είναι νευρο-υποδοχείς, είναι από τα ελάχιστα νευρικά κύτταρα που αντικαθίστανται. Η οσφρητική ικανότητα εξαρτάται από την επιφάνεια του οσφρητικού επιθηλίου και την πυκνότητας των υποδοχέων σε αυτό (π.χ. σκύλος 100φ. > πυκνότητα από άνθρωπο και 20φ. > επιφάνεια) Γιατί όταν έχουμε συνάχι, δεν μυρίζουμε; Πόσο καλή όσφρηση έχει ένας τυφλός; Πόσο καλή γεύση έχουμε όταν έχουμε συνάχι; Με ποιο όργανο μυρίζουν τα φίδια; Γιατί δεν χρησιμοποιούν τα ρουθούνια τους;

25 Αναγνώριση & διάκριση οσμών Σχεδιασμός κλειδί-κλειδαριά Περίπου 1000 διαφορετικές κατηγορίες πρωτεϊνικών υποδοχέων (=γονιδίων) που αναγνωρίζονται από διαφορετικές ουσίες. Οι υποδοχείς αυτοί εκφράζουν το 3% του ανθρώπινου γονιδιώματος και είναι μόνο το 1/3 των σχετιζόμενων με την πρωτεϊνική έκφραση οσφρητικών γονιδίων στον άνθρωπο. Ωστόσο ο αριθμός των κλειδιών (=οσμών) είναι κατά πολύ μεγαλύτερος Άρα πώς αντιλαμβανόμαστε όλες τις υπόλοιπες μυρωδιές; Κάθε μόριο μπορεί να προσδένεται σε περισσότερους από έναν υποδοχείς. Έτσι κάθε μόριο αντιστοιχεί σε ένα συγκεκριμένο συνδιασμό διέγερσης υποδοχέων. Η ποικιλία αυτών των συνδιασμών μπορεί να είναι πολλές φορές μεγαλύτερη από τον ίδιο τον αριθμό των υποδοχέων. Ορισμένα ζώα όπως η φάλαινα δεν έχουν καθόλου όσφρηση! Αλλα έχουν μειωμένη (πουλιά). Τα φίδια μυρίζουν το περιβάλλον τους με τη γλώσσα! Πολλά θηλαστικά σνιφάρουν για να πάρουν σεξουαλικά ή άλλα ερεθίσματα ενστικτώδους συμπεριφοράς!

26 Σε ψάρια που κοπαδιάζουν αυτή η πληροφορία είναι πολύ σημαντική για την αλλαγή της δομής του κοπαδιού (επικοινωνία). Κάθε άτομο φέρει φορτίο διαφορετικής συχνότητας. Ηλεκτρικά σήματα σε ψάρια Οι καρχαρίες, τα σαλάχια και άλλες ομάδες ψαριών έχουν στην πλευρική τους γραμμή ηλεκτρικούς υποδοχείς και εξειδικευμένα μυϊκά κύτταρα που μπορούν να παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα. Με αυτό το σύστημα μπορούν να εντοπίζουν καλύτερα τη λεία τους και να ρυθμίζουν την πλεύση τους, ειδικά σε περιβάλλοντα όπου το φως είναι λιγοστό, όπως στα αβυσσαία βάθη των θαλασσών ή σε ποτάμια με πολλή θολούρα. Άλλα ψάρια έχουν επίσης αρνητικά φορτισμένη ουρά κι έτσι δημιουργούν ένα ηλεκτρικό πεδίο γύρω τους κλείνοντας το κύκλωμα με το κεφάλι. Η οποιαδήποτε εκτροπή του πεδίου αυτού από το φυσιολογικό που μπορεί να προέρχεται από φυσικό εμπόδιο στην πορεία, την παρουσία εχθρού ή λείας, ειδοποιεί το ψάρι. Ηλεκτροφόρα ψάρια «ισχυρά» (ηλ. ρεύμα ικανό να ζαλίσει και τελικά να θανατώσει τη λεία) και «ασθενή» (ηλ. ρεύμα για αναγνώριση του χώρου)

27 Όραση Τα αισθητήρια όργανα των ζωικών οργανισμών που είναι ευαίσθητα στο φως ποικίλουν σε εξειδίκευση και πολυπλοκότητα. Παρόλα αυτά όλοι οι οργανισμοί που έχουν φωτοευαισθησία εμφανίζουν τρία κοινά χαρακτηριστικά στο οπτικό τους όργανο: φωτοευαίσθητα κύτταρα (νευρικά ή μη)- φωτοϋποδοχείς χρωμοφόρα κύτταρα που περιέχουν μαύρη χρωστική που απορροφά το φως και δεν το αφήνει να ανακλαστεί οψίνη, μία πρωτεϊνη που με την επίδραση του φωτός μετατρέπεται σε μεταροδοψίνη ΙΙ (ή ενεργοποιημένη οψίνη) και οδηγεί με μία σύνθετη διαδικασία στην υπερπόλωση των μεμβρανών και τη μετάδοση του φωτεινού σήματος. Η οψίνη είναι ένα από τα πιο συντηρημένα μόρια σε όλο το ζωικό βασίλειο, παρά το γεγονός ότι ο μηχανισμός της οπτικής αντίληψης έχει εξελιχθεί ανεξάρτητα στους διάφορους οργανισμούς Διακρίνονται τρεις βασικοί τύποι φωτοευαίσθητων οργάνων: Οπτικές κηλίδες (μονοκύτταροι οργανισμοί, πλανάρια, γεωσκώληκες) Απλά ή σύνθετα μάτια (έντομα και άλλα αρθρόποδα) Μάτια (σπονδυλωτά και κεφαλόποδα μαλάκια) φακός Διάκριση έντασης & κατεύθυνσης φωτός Διάκριση μορφής & σχήματος

28 Τα χρωμοφόρα που περιβάλλουν τους φωτοϋποδοχείς απορροφούν το φως και δεν το αφήνουν να φτάσει μέχρι αυτούς. Υπάρχει ένα μόνο άνοιγμα σε κάθε κηλίδα που αφήνει το φως να περάσει. Έτσι αν το φως έρχεται από δεξιά, διεγείρεται μόνο η δεξιά κηλίδα,......ενώ αν το φως έρχεται από αριστερά, διεγείρεται μόνο η αριστερή Το ζώο μπορεί να αντιλαμβάνεται την ένταση και την κατεύθυνση του φωτός. Όσο πιο πολλούς νευρώνες διαθέτει, τόσο καλύτερα μπορεί να εντοπίσει την φωτεινή πηγή Οπτική κηλίδα

29 Εξαιτίας των χρωμοφόρων, κάθε ομματίδιο λαμβάνει φως ανεξάρτητα από τα άλλα και από διαφορετική διεύθυνση. Το σύνολο είναι ένα μωσαϊκό τμημάτων της εικόνας (σήμα διαφορετικής έντασης). Όσο περισσότερα ομματίδια τόσο πιο ευκρινής εικόνα σχηματίζεται. <100 ομματίδια δεν σχηματίζεται εικόνα, αλλά μόνο σκιές διαφορετικής έντασης. Όραση ασπονδύλων -Σύνθετα & απλά μάτια Τα ασπόνδυλα μπορεί να έχουν απλά (αράχνες, σκορπιοί, γαστερόποδα, σκολόπεντρες κλπ) ή σύνθετα μάτια (τα περισσότερα έντομα, καρκινοειδή). Τα απλά μάτια είναι στην ουσία ό,τι και ένα ομματίδιο σύνθετου ματιού με φακό, αμφιβληστροειδή και ραβδία. Οι γεωσκώληκες δεν έχουν μάτια, αλλά φωτοευαίσθητα κύτταρα σε σχήμα φακού στην επιδερμίδα.έχουν αρνητικό φωτοτακτισμό στο έντονο φως και θετικό στο αχνό φως. Αντίθετα, ορισμένοι πολύχαιτοι έχουν πολύ καλά αναπτυγμένη όραση με μάτια που θυμίζουν αυτά των κεφαλόποδων.

30 Πώς διαφοροποιείται η όραση στο φως και στο σκοτάδι από τους σύνθετους οφθαλμούς; Τα χρωμοφόρα κύτταρα αλλάζουν διάταξη αλλάζοντας την ποσότητα φωτός που αφήνουν να περάσει προς το στρώμα των φωτοϋποδοχέων. Κατά τη διάρκεια της ημέρας φαρδαίνουν, κι έτσι κάθε ομματίδιο δέχεται φως μόνο από το δικό του κερατοειδή. Αντίθετα κατά τη διάρκεια της νύχτας, λεπταίνουν, αφήνοντας δέσμες φωτός να περνούν από γειτονικά ομματίδια. όμα και τα έντομα που φτιάχνουν είδωλο, αυτό είναι σίγουρα πιο θολό από το είδωλο που σχηματίζει το ανθρώπινο μάτι.

31 Οι μέλισσες έχουν μετατοπισμένο το φάσμα του ορατού φωτός κατά 100nm σε σχέση με αυτό που βλέπουν οι άνθρωποι. Βλέπουν δηλαδή το υπεριώδες, αλλά όχι το κόκκινο! Έτσι διακρίνουν σχέδια σε λουλούδια που εμείς βλέπουμε ως ομοιόχρωμα και γενικά έχουν πολύ διαφορετική αντίληψη των χρωμάτων από τη δική μας.

32 Το μάτι των θηλαστικών Αποτελείται από το τοίχωμα και το περιεχόμενό του Ινώδης χιτώνας: Σκληρός (ασπράδι ματιού) Κερατοειδής (διαφανής) Αγγειώδης χιτώνας: Χοριοειδής (σκούρα χρωστική & αγγεία) Ακτινωτό σώμα (λείος μυς) Ιριδα & κόρη οφθαλμού μφιβληστροειδής χιτώνας: Φωτοϋποδοχείς (ραβδία/κωνία) Δίκτυο νευρώνων Αμφίκυρτος, διαφανής και ελαστικός. Η κυρτότητά του εξαρτάται από τη συστολή του ακτινωτού μυ. Αυτή καθορίζει την εστίαση του αντικειμένου Η περιοχή με τη μεγαλύτερη οπτική ικανότητα λόγω μεγάλης συγκέντρωσης των κωνίων Περιοχή με μηδενική οπτική ικανότητα λόγω απουσίας φωτοϋποδοχέων. Από αυτήν περνάνε όλοι οι γαγγλιακοί νευρώνες για να σχηματίσουν το οπτικό νεύρο

33 Ο φακός ρυθμίζει την εστιακή απόσταση κοντά Η ίριδα αντιστοιχεί στο διάφραγμα της φωτογραφικής μηχανής: αυξομειώνει το άνοιγμα της κόρης και κατά συνέπεια την ποσότητα του φωτός που περνάει στον αμφιβληστροειδή ανάλογα με την ένταση του φωτός μακριά Ο αμφιβληστροειδής αντιστοιχεί στο φιλμ Ο χοριοειδής είναι το μαύρο περίβλημα προσαρμογή για την αποφυγή της ανάκλασης του φωτός Ο φακός είναι προσαρμοσμένος να βλέπει πρεσβυωπία; μακριά. Για να δει πιο κοντά από τα 6μ, γιατί από το έντονο φως στο σκοτάδι πρέπει να αυξήσει την καμπυλότητά του. και αντίστροφα, περνάει καποιος Κωνία χρόνος μέχρι να συνηθίσουμε; Ραβδία: μεγάλη φωτοευαισθησία, υπεύθυνα για την όραση σε αχνό φως, τα περισσότερα στον αμφιβληστροειδή του ανθρώπου. Σχήμα & κίνηση Κωνία: φωτοευαισθησία στο έντονο φως, συγκεντρωμένα στην ωχρή κηλίδα. Χρώμα & λεπτομέρειες. Ραβδία Τα νυκτόβια ζώα έχουν σχεδόν μόνο ραβδία εις βάρος της έγχρωμης όρασης και των λεπτομερειών. Η περιεκτικότητα σε κωνία καθορίζει την οξύτητα της όρασης Γεράκι: 1εκ. κωνία/mm 2 Άνθρωπος : κωνία/mm 2 Επίσης τα λιοντάρια δεν έχουν κωνία. Έτσι βλέπουν τη ζέβρα σαν ομοιόμορφη με το περιβάλλον της

34 Το φως διαπερνάει τα διαφανή στρώματα κυττάρων του αμφιβληστροειδή, απορροφάται από τους υποδοχείς και τα χρωμοφόρα και από εκεί μεταφέρεται το σήμα ξανά προς την εξωτερική επιφάνεια του χιτώνα. Όλοι οι νευράξονες συγκεντρώνονται στην τυφλή κηλίδα για να σχηματίσουν το οπτικό νεύρο. Σε αυτήν τη διαδρομή γίνεται σύγκλιση της οπτικής πληροφορίας, αφού από τα ~130εκ. φωτοϋποδοχέων μεταφέρεται η πληροφορία σε ~1εκ. γαγγλιακά κύτταρα και νευράξονες. αμακρινή δίπολα γάγγλια οριζόντια Χρωμοφόρα χοριοειδούς

35 Το τυφλό σημείο Επειδή το είδωλο ενός αντικειμένου δεν είναι εφικτό να δημιουργείται ταυτόχρονα από το τυφλό σημείο και των δύο ματιών, δεν αντιλαμβανόμαστε την παρουσία του!

36 Διαφοροποιήσεις μέσα στα σπονδυλωτά Τα πτηνά και θηλαστικά αλλάζουν το σχήμα του φακού (κυρτότητα) προκειμένου να εστιάσουν σε διάφορες αποστάσεις. Αντίθετα τα ψάρια, αμφίβια και ερπετά μετακινούν το φακό μπρος πίσω για να πετύχουν το ίδιο πράγμα, δηλαδή την εστίαση πάνω στον αμφιβληστροειδή. Κεφαλόποδα : ανεξάρτητη εξέλιξη ενός αντίστοιχα πολύπλοκου συστήματος Πάρα τη σχετικά καλά αναπτυγμένη αφή τους και την ευαισθησία τους σε χημικά ερεθίσματα, τα Κεφαλόποδα στηρίζονται κυρίως στην όραση για την επικοινωνία τους. Αυτό σχετίζεται με τη μεγάλη ικανότητα πολλών αντιπροσώπων τους να μεταβάλλουν το χρώμα τους με τη βοήθεια χρωμοφόρων (κάτω από νευρικό ή ορμονικό έλεγχο) για να μεταδίδουν μηνύματα κινδύνου, λείας, αναζήτησης συντρόφου κ.ο.κ. ή για καμουφλάζ. Ο ναυτίλος έχει σχετικά απλούς οφθαλμούς. Τα υπόλοιπα όμως κεφαλόποδα έχουν σύνθετες οπτικές δομές με κερατοειδή χιτώνα, φακό και αμφιβληστροειδή. Τα μάτια από μόνα τους δεν έχουν κίνηση, αλλά μετακινούνται με τη βοήθεια στατοκυστών, ώστε η κόρη -που είναι σαν σχισμή- να είναι πάντα οριζόντια. Τα χταπόδια δεν αντιλαμβάνονται χρώματα, αλλά σχήματα. Μαθαίνουν εύκολα και γρήγορα και έτσι μπορούν να εκπαιδευτούν ώστε να διακρίνουν ένα τετράγωνο από ένα παραλληλόγραμμο! Τα καλαμάρια μπορούν να αλλάξουν το χρώμα τους εξαιρετικά γρήγορα και έτσι να μεταδίδουν 3-4 μηνύματα ταυτόχρονα, ικανότητα επικοινωνίας που θεωρείται μοναδική μέσα στα ασπόνδυλα.

37 Έντομα/ ποντίκια??? υπέρυθρο Αυτό το μήκος κύματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας ο άνθρωπος το αντιλαμβάνεται ως θερμότητα Η υπέρυθρη ακτινοβολία εκπέμπεται από τα ενδόθερμα ζώα και μεταφράζεται ως θερμότητα (~τα ζώα στο παχνί) Άλλα ζώα έχουν την ικανότητα να βλέπουν την ακτινοβολία αυτή επειδή διαθέτουν αντίστοιχους υποδοχείς (νευρικές ίνες)- φίδια, έντομα Κροταλίας: αντιλαμβάνεται στιγμιαία την παρουσία ενός ζώου που βρίσκεται σε 1μ απόσταση και έχει μόλις 10 ο C διαφορά θερμοκρασίας με το περιβάλλον του.