La respuesta de las plantas y de los animales

Las respuestas de las plantas

Todo ser vivo responde a los cambios que se producen en su entorno. Si esta respuesta es efectiva, la especie seguirá existiendo; si no lo es, simplemente se extinguirá.

En los seres vivos existen dos tipos de respuesta frente a estímulos ambientales: respuestas rápidas (mediadas por el sistema nervioso) y respuestas lentas (mediadas por el sistema hormonal). En el caso de las plantas no existe un sistema nervioso y sus respuestas frente a los cambios ambientales son mediadas por hormonas vegetales. A estas respuestas se las conoce como tropismos.

Tropismos son las respuestas específicas que dan las plantas a los cambios o estímulos que se producen en algún factor del ambiente.

Los tropismos son, por lo general, respuestas que consisten en movimientos de crecimiento de algunas partes del vegetal, como los tallos, hojas y raíces.  Se caracterizan por involucrar un aumento de la biomasa, razón por la cual son respuestas irreversibles y lentas.

Tipos de tropismos

Los estímulos que determinan respuestas de los vegetales pueden ser: físicos, químicos o de contacto.

Atendiendo al estímulo que los produce, los tropismos se denominan:

fototropismos, hidrotropismos, tigmotropismos y gravitropismos.

Los tropismos son respuestas que pueden ser de acercamiento o alejamiento del estímulo que los produce.  Llamamos tropismos positivos a aquellos que provocan una respuesta de acercamiento al estímulo, y tropismos negativos a aquellos movimientos de alejamiento.

Fototropismo es la respuesta del vegetal frente al estímulo luminoso. El fototropismo positivo hace referencia al crecimiento de la planta hacia la fuente de luz, mientras el fototropismo negativo implica un crecimiento de la planta en la dirección contraria a la de la fuente lumínica. En el caso del tallo, se observa un fototropismo positivo, porque este crece hacia la fuente luminosa. La raíz, en cambio, no necesita de la luz, por lo tanto presenta un fototropismo negativo.

Hidrotropismo es la respuesta de las plantas frente al estímulo agua. Es positivo cuando el vegetal o una parte de él, frente a este estímulo, realiza un movimiento hacia zonas húmedas, donde se encuentra el agua. Frente a este estímulo la raíz manifiesta una respuesta positiva, por lo cual se habla de un hidrotropismo positivo.

Tigmotropismo es la respuesta direccional, o el movimiento de una planta al tocar o hacer contacto físico con un objeto sólido, aunque ahora también se sabe que hasta las vibraciones causan esta respuesta. Tigmo viene del griego thigma, que significa "tocar".
Es una cualidad que poseen todas las plantas hasta cierto grado; algunas plantas se han especializado en ello, ganando ventaja en la adaptación. Esta habilidad sensitiva llega mas allá que la de animales, ya que algunas plantas son capaces de percibir 0.0008-0.00025mg, mientras que nosotros percibimos pesos de hasta 0.002mg.
En si, el efecto que el "tigmo" que reciba la planta es el alterar su velocidad de crecimiento, cambiar la morfología, evitar barreras, controlar la germinación, apoyarse en estructuras, facilitar la polinización, acelerar el movimiento del polen, esporas o semillas, y capturar presas.

Gravitropismo es un tipo de tropismo, propio de las plantas, que se refleja en un crecimiento en respuesta a la aceleración de la gravedad. Permite el crecimiento basípeto de las raíces, que deben hundirse en el suelo para su correcto funcionamiento, y el crecimiento de los tallos hacia el medio aéreo. Es de especial importancia durante la germinación de las semillas.

Antiguamente, a este último ejemplo se lo denominaba geotropismo, pero los científicos prefirieron cambiarlo, ya que, si se analiza el nombre antiguo, éste sugiere la respuesta de un vegetal al estímulo "tierra" (geo = tierra).

Las plantas responden en forma diferente a un mismo estímulo, dependiendo de la parte del vegetal que está recibiendo el estímulo.  Así, el tallo posee fototropismo positivo, mientras que la raíz posee fototropismo negativo.

Frente a la fuerza de gravedad, el tallo presenta gravitropismo negativo, ya que éste crece hacia arriba, en dirección opuesta a la fuerza de gravedad.  La raíz, en cambio, tiene gravitropismo positivo porque crece en la misma dirección que el estímulo.

Algunas plantas, como las parras, presentan tigmotactismo positivo. Esto significa que se acercan a objetos que estén en su proximidad, de forma que se apoyan sobre ellos para seguir creciendo.

Mecanismos de acción de los tropismos

El conocimiento que actualmente se tiene de los tropismos ha sido producto de las investigaciones realizadas desde hace muchos años.  Un pionero en estas investigaciones fue Charles Darwin, quien, en 1880, junto a su hijo Francis, estudió por qué las plantas crecían siempre hacia la luz.

Como cualquier científico, Darwin identificó este problema y formuló una hipótesis para explicar lo que había observado.  Luego, diseñó un experimento para poner a prueba su hipótesis, donde se sugería básicamente que el curvamiento de las plantas, al acercarse hacia la luz, se debe a la presencia de una sustancia química que es producida en la punta del tallo de las plantas.

a. Hormonas vegetales

Los estudios realizados por Darwin primeramente, y luego por un botánico holandés llamado Fritz Went, han permitido a los actuales científicos comprender que las plantas responden a los estímulos gracias a la producción de ciertas sustancias químicas conocidas como hormonas.

Las hormonas vegetales son producidas por células que se ubican en las zonas apicales de la planta.  Estas células no están agrupadas en estructuras específicas formando glándulas, como se presentan en los animales.

Hormona es una sustancia química producida por células especializadas, que actúan sobre otras células del individuo y que se encuentran lejos del lugar de producción de la hormona.

b. Acción de las hormonas vegetales

Las hormonas determinan una enorme gama de funciones en las plantas. Participan en el crecimiento de los vegetales gracias a que producen el alargamiento de sus células.  También participan en la maduración de los frutos, en la caída de las hojas y cicatrización de las heridas.

La importancia de las hormonas se debe a que las plantas no poseen un sistema nervioso, como los animales; un vegetal que se acerca hacia la luz no lo hace porque "le conviene", ya que no es consciente de ello, sino por el efecto de una hormona que determina que la planta se curve en esa dirección.

Esta respuesta al estímulo es vital para la planta, porque de esta forma obtiene la energía luminosa para realizar fotosíntesis. Pero debe quedar en claro que esta respuesta es involuntaria y se debe a la producción de una sustancia química específica.

Las nastias: otra forma de respuesta vegetal

Una mención especial requiere la respuesta que presentan algunas plantas ante estímulos de contacto.

Nastia es una respuesta que produce un movimiento pasajero en alguna parte del vegetal respondiendo a estímulos táctiles, lumínicos, etc.

Nastias: Son movimientos relacionados con los tropismos; pero se diferencian  de estos en que el estímulo no provoca una dirección determinada en la respuesta de la planta. Las nastias se efectúan de acuerdo con trayectorias predeterminadas por la estructura dorsoventral del órgano correspondiente; son transitorios. Resumiendo, son movimientos independientes de la dirección que tiene el estímulo. Cuando hablamos de nastia, sólo indicamos movimiento. 

Se conocen varias clases de nastias.

Termonastias son movimientos de apertura y cierre, según la variación de la temperatura, de las hojas periánticas de muchas flores, debido a que el óptimo de crecimiento de la cara superior responde a una temperatura diferente de la cara inferior; así sucede con la flor de una planta, tulipan, que si pasa del aire libre a una habitación que esté más caliente, se abre; y si la temperatura desciende, se cierra. Esto se debe a que una elevada temperatura determina el crecimiento de la cara superior, en tanto que un descenso lo provoca en la inferior.

      

Trébol pata de conejo

Fotonastias son variaciones debidas a cambios en la intensidad de luz. La iluminación produce, en general, apertura de las flores; la oscuridad, el cierre. En las plantas de floración nocturna ocurre al revés. Muchos movimientos de las hojas en relación con la intensidad de luz no son debidos a diferencias en el crecimiento, sino a variaciones en la temperatura de las células. Se relacionan con la temperatura y la luminosidad las nastias producidas por la alternancia del día y la noche (nictinastias); son notables estos movimientos en la Falsa acacia (Robinia pseudoacacia) y Trébol pata de conejo(Trifolium arvense). Generalmente, las hojas nictinásticas se disponen por la noche en forma que los foliolos ocultan parte de la superficie superior, que durante el día exponen a la luz en grado máximo; tales movimientos deben responder a variaciones de permeabilidad del plasma. 

Falsa acacia

La respuesta a la intensidad luminosa que provoca la apertura y el cierre de muchas flores ocurre en el dondiego de noche (Mirabilis jalapa), que abre sus flores durante la noche y las cierra durante el día. 

Dondiego de noche

El girasol (Helianthus annuus) presenta fotonastia positiva

Girasol

Sismonastias, movimientos rápidos en los que una parte de la planta adopta posiciones particulares; se deben a la turgencia de las células de determinados tejidos. Los más llamativos se observan en mimosas tropicales, cuyas hojas y peciolos se pliegan rápidamente después de un golpe. Las causas de estos movimientos no están todavía bien aclaradas y se reducen a hipótesis.

Es el caso de una planta cuyo nombre científico es mimosa púdica.  Esta planta, al ser tocada por algún objeto o por el contacto de la mano de una persona, responde plegando sus pequeños folíolos, y si la intensidad del contacto es mayor, puede suceder que la rama completa caiga.

Esta respuesta no corresponde a movimientos de acercamiento o alejamiento ante el estímulo, y tampoco está controlada por la acción de hormonas como ocurre en el caso de los tropismos.

Quimionastia: respuesta de movimiento ante sustancias químicas, como las plantas carnívoras, que atrapan insectos.

Algo más:

La mimosa sensitiva (Mimosa pudica en botánica) es una de aquellas plantas que tanto gusta a los niños y sorprende a los mayores por sus características “mágicas”.

La mimosa sensitiva reacciona al tacto contrayendo sus hojas en dirección a su tallo. Esta característica es producto de la evolución genética de la planta ya que de este modo busca la protección de sus predadores naturales. La planta una vez contraída tiene un aspecto mustio que la hace poco apetitosa para herbívoros, insectos, orugas y caracoles.

Este mecanismo de contracción también se activa para evitar que la planta pierda agua durante las horas de más calor, durante la noche y en días de mucho viento.

Es importante no “jugar” excesivamente con ella, ya que un continuo abrir y cerrar de hojas le supone un exceso gasto de energía que muchas veces la planta no puede asumir.

La mimosa sensitiva es originaria de las zonas tropicales de Sudamérica. En nuestro clima puede vivir perfectamente como planta de interior siempre y cuando la ubiquemos en lugares muy luminosos y que siempre superen los 13ºC de temperatura.

El riego de la planta ha de ser abundante, y es importante mantenerla alejada del humo del tabaco.

En condiciones óptimas de cultivo puede alcanzar, fácilmente, más de 1 metro de altura. Por contra, es difícil que viva más de 5 años tanto en exterior como en interior.

Otro detalle a destacar es su espectacular floración de color rosa que aparece a mediados del verano.

Relación y coordinación en el nivel celular. Respuestas en invertebrados y vertebrados

Las células perciben los cambios del medio y responden a estos cambios de manera adecuada. Las variaciones del medio se llaman estímulos, y las reacciones de las células, respuestas.

Las respuestas de las células a estímulos se manifiestan con cambios de forma, movimientos, cambios metabólicos, secreciones, etc.

Ciertas células responden a algunos estímulos (falta de alimento, excesivo calor…) segregando sustancias que se depositan en su membrana y las aíslan del exterior. La célula así envuelta se llama quiste y puede permanecer mucho tiempo con una vida latente hasta que cambian las condiciones y reanuda su actividad. Es una respuesta típica de las bacterias.

Las respuestas de movimiento se denominan tactismos o taxismos: son positivos si se acercan al estímulo y negativos si se alejan. Según el tipo de estímulo, puede ser fototactismo (si el estímulo es la luz), quimiotactismo (una sustancia química), termotactismo (una variación de temperatura), etc.

Los protozoos y las algas microscópicas se mueven ante la presencia de luz o de sustancias en el medio. El movimiento celular se realiza por seudópodos, flagelos o cilios.

Las bacterias que poseen flagelos tienen movilidad, o sea, el movimiento de traslación de un punto a otro en forma rápida y de zig zag permitiéndoles responder a estímulos por ejemplo: químicos cuando las bacterias son atraídas a determinados compuestos como la glucosa, la galactosa y se denomina quimiotactismo positivo o por el contrario son repelidas de algunos compuestos como los antibióticos, quimiotactismo negativo, luminosos es el caso de las bacterias fotosintéticas que tienen fototactismo positivo a los rayos luminosos.

Las respuestas de los invertebrados a los estímulos

Las respuestas de los invertebrados a los estímulos externos son más complejas que los tropismos, pues estos animales, además de un control hormonal, poseen una regulación de sus respuestas al ambiente dado por un sistema nervioso primitivo.  Esto determina que sus respuestas sean más rápidas y por tanto más eficientes para responder ante los cambios del medio. Taxismos o tactismos son las respuestas que ofrecen los animales inferiores a los diferentes estímulos del medio ambiente. Además, los movimientos que se producen como parte de las respuestas son reversibles, a diferencia de lo que ocurre en los tropismos.

1. Tipos de tactismos

Los tactismos se denominan de acuerdo al tipo de estímulo. Se distinguen: fototactismo, gravitactismo, hidrotactismo y tigmotactismo.

Como en los tropismos, las respuestas o movimientos que experimentan los animales invertebrados pueden ser de acercamiento o de alejamiento hacia el estímulo.  Se habla de tactismo positivo cuando el movimiento del animal se dirige hacia el estímulo, y de tactismo negativo si el movimiento tiende a alejarse del estímulo.

Fototactismo: es la respuesta de los animales a variaciones en la cantidad de luz.

Gravitactismo: es la respuesta a estímulos de origen gravitatorio.

Hidrotactismo: es la respuesta a estímulos cuyo origen es el agua.

Tigmotactismo: es la respuesta a estímulos táctiles.

Heliotactismo: es la influencia que el sol ejerce sobre la orientación de los seres vivos.

Galvanotactismo: es la respuesta a estímulos eléctricos.

Termotactismo: es la respuesta a la variación de la temperatura.

Quimiotactismo: es la respuesta a estímulos químicos.

Cuando encendemos una lámpara las polillas se dirigen hacia esta fuente artificial de luz.  Corresponde a un fototactismo positivo. 

También se puede dar el caso opuesto, como ocurre con las cucarachas, que al acercarse a ellas la luz tienden a escapar. 

Las Orugas cortadoras (insecto cosmopolita con alta capacidad de dispersión)  que a partir del tercer estadio larval manifiestan un fototactismo negativo, escapándole a la luz y permaneciendo durante el día bajo la tierra enroscadas sobre si mismas. 

Las medusas poseen ocelos en el borde umbrelar que son unidades fotorreceptoras, para captar la mayor o menor luminosidad para que suban o bajen debido a que poseen un fototactismo negativo por lo que huyen de la luz, esto constituye un mecanismo de defensa. Estos ejemplos corresponden a un fototactismo negativo.

Las vaquitas de San Antonio son insectos que al tomarlos en tu mano, siempre suben a través de ella. Éste es un claro ejemplo de gravitactismo negativo, ya que la vaquita se mueve siempre en dirección contraria a la fuerza de gravedad.

La lombriz de tierra presenta un hidrotactismo positivo; siempre construye sus galerías subterráneas en dirección a las zonas húmedas.

En las lombrices de tierra existen quimiorreceptores especializados distribuidos por todo el cuerpo, capaces de detectar agua. Estas células llamadas higrorreceptores permiten que la lombriz permanezca en suelos de humedad adecuada.


2. Mecanismos de acción de los tactismos

A diferencia de los tropismos, la causa de las respuestas denominadas tactismos está regulada y controlada por la presencia de un simple pero eficiente sistema nervioso.

Este sistema nervioso está formado por tres grupos de neuronas que equivalen a un cerebro primitivo, ya que posee nervios que se conectan con los ojos, antenas y patas del insecto, permitiéndole detectar y responder ante un estímulo cualquiera, en un movimiento de acercamiento o alejamiento del mismo.

Gracias a este sistema nervioso rudimentario que les permite responder ante los cambios del medio, los insectos han llegado a constituirse en los animales terrestres más numerosos, con más de 900.000 especies diferentes, capaces de habitar los lugares más diferentes del planeta.

Respuestas de los vertebrados

La ciencia ha postulado que los primeros vertebrados aparecieron en nuestro planeta en el medio acuático, hace unos quinientos millones de años. Desde entonces se fueron diversificando a medida que se adaptaban a las diferentes formas de vida.  Así, fueron apareciendo paulatinamente las cinco clases de vertebrados que hoy conocemos: peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos, incluyendo al hombre en esta última clase.

Una de las características principales de un animal vertebrado es que posee un sistema nervioso capaz de captar la información o los estímulos que provienen del medio, manejarlo e integrarlos para que el individuo elabore respuestas o comportamientos adecuados.

Este sistema opera a través de los receptores y órganos sensoriales que se constituyen en vías de entrada para toda información.

En los animales dicha información es procesada en los diferentes centros nerviosos que se integran con la finalidad de que el organismo pueda responder de manera uniforme a los diversos estímulos que recibe.

De acuerdo a la integración de estos centros nerviosos, las respuestas elaboradas por los animales pueden ser más o menos complejas.  Así por ejemplo, el aprendizaje por discernimiento es una respuesta que se da en los animales superiores, sobre todo en los primates y, por supuesto, en el hombre.  Esta respuesta se elabora cuando el individuo percibe y experimenta diferentes estímulos, los relaciona y los maneja para conseguir lo que quiere.  Este tipo de comportamiento se adquiere por medio del contacto permanente del organismo con su entorno y evidencia una capacidad más compleja de elaboración de respuestas, dirigidas por la voluntad (querer hacer algo) y la conciencia de los propios actos (comprender las diferentes posibles respuestas).

El sistema nervioso en los vertebrados necesita además, de la cooperación de otro sistema llamado endocrino, en el cual se producen las hormonas.  La presencia de una hormona es un estímulo que provoca una reacción en un órgano determinado o en un grupo de órganos.

Por ejemplo, la hormona del crecimiento se produce en una parte específica del cerebro y estimula o provoca el crecimiento de tejidos, huesos y demás estructuras de un animal.

La coordinación de los sistemas nervioso y endocrino en los vertebrados controla tanto las respuestas rápidas (sistema nervioso) como las más lentas y generalizadas (sistema endocrino).

Otras características no menos importantes de los vertebrados, son las de poseer un esqueleto interno, un aparato respiratorio y otro circulatorio.

Con todos estos sistemas, en perfecta coordinación, los animales vertebrados son capaces de manifestar los más asombrosos comportamientos, como por ejemplo, la protección de las crías, la defensa de su territorio, la búsqueda de alimento y la notable capacidad para mantener la supervivencia de la especie.

Los distintos tipos de respuestas son:

Respuestas motoras: son las que involucran movimientos, los músculos son los encargados de ejecutar la respuesta.

Respuestas secretoras: son las que implican la acción de las glándulas (endócrinas y exócrinas), órganos que tienen la capacidad de producir secreciones.

Respuesta inmunológica: ante el ingreso de un agente extraño (bacteria, virus) se desencadena una respuesta de defensa ejecutada por diferentes tipos de células (denominadas en conjunto glóbulos blancos) o bien por anticuerpos (proteínas) capaces de destruir a los agentes externos.

¿Por qué las polillas se sienten atraídas por la luz?

Las polillas y otros insectos nocturnos se sienten atraídos por la luz artificial de una manera suicida. Vuelan en círculos alrededor y se golpean una y otra vez contra la fuente luminosa hasta morir achicharradas. ¿Y por qué hacen esto? ¿A qué se debe un comportamiento tan irracional? 

Su comportamiento es totalmente coherente con su naturaleza, lo que ocurre es que la luz artificial las confunde, ¡y de qué manera! 

Hablemos primero de la fototaxis, que es el movimiento automático de un organismo con respecto a la luz. Las cucarachas, por ejemplo, son insectos lucífugos ya que muestran una fototaxis negativa al correr a esconderse en grietas oscuras al percibir la luz. Se trata de un mecanismo que les facilita la supervivencia. En cambio las polillas son insectos lucípetos ya que muestran una fototaxis positiva y se sienten atraídos por la luz. Este mecanismo les facilita la orientación, pues la luz del firmamento estrellado y de la Luna les permite situar el arriba-abajo en la oscuridad y les sirve de guía en sus movimientos migratorios al utilizar nuestro satélite como punto de referencia primario. Es más, al ser atraídas por la luz lunar las polillas vuelan más alto y evitan muchos obstáculos y depredadores y pueden aprovechas las corrientes de aire más efectivamente. Algunos entomólogos sugieren, incluso, que las polillas pueden definir su ruta de migración mientras la Tierra gira por el cambio de posición de la luna. 

Además la intensidad lumínica también influye en el movimiento de sus alas. Así cuando la luz proviene de una fuente distante (léase la Luna) e incide por igual en ambos ojos del insecto, éste vuela en línea recta; pero si la fuente de luz está más cerca, un ojo percibe más cantidad de luz que el otro y el ala de ese lado tiende a moverse más rápido al recibir mayor estímulo. 

Entonces, cuando una luz artificial se cruza en su camino, se sienten atraídas por ella y vuelan hacia la fuente de luz. Hacia una fuente de luz que alcanzan aunque nunca deberían haberlo hecho. Y debido a su cercanía se ven impelidas volar en círculos y en trayectorias espirales. 

Las polillas son más sensibles a unas longitudes de onda del espectro lumínico que a otras. Detectan la luz ultravioleta y prefieren las luces blancas y azuladas a las luces amarillas.