Las funciones de relación (2º ESO A-B-D)

Los organismos nos encontramos siempre en relación con nuestro entorno, del cual obtenemos recursos, pero del que también pueden proceder riesgos que nos afecten. Un animal, por ejemplo, busca el alimento en su ambiente, pero a la vez puede encontrar en el medio que le rodea algún posible depredador del cual tratará de escapar.

Las funciones de relación consisten en que los organismos reciben información, la analizan y producen una respuesta adecuada a la información que han recibido. Dicha información puede proceder del exterior, pero también del interior del propio organismo.

Cualquier situación de relación que tiene lugar en un organismo incluye siempre los mismos procesos, que se producen en el mismo orden, sea cual sea el organismo o la información que desencadena la respuesta:

1. Recepción de la información: Los seres vivos somos sensibles a diferentes formas de energía (luz, sonido, movimiento) o a ciertas sustancias químicas, como las que producen los olores o los sabores. Las formas de materia o de energía que pueden dar lugar a una respuesta en un organismo reciben el nombre de estímulos. Para que los estímulos puedan ser detectados y respondidos el individuo correspondiente debe poseer órganos especializados, denominados receptores. Los receptores que pueden percibir estímulos desde el exterior se denominan órganos de los sentidos, pero también existen receptores capaces de percibir estímulos procedentes de nuestro propio cuerpo, que reciben el nombre de propioceptores.
2. Coordinación: incluye todos los procesos que van desde la recepción de un estímulo hasta que el organismo produce una respuesta adecuada. Eso incluye varios pasos diferentes:
1. Transmisión de la información desde los órganos sensoriales hasta el sistema que se va a encargar de elaborar la respuesta. En la mayoría de los animales quien elabora la respuesta es el sistema nervioso central, y la información llega hasta él por medio de los nervios sensoriales.
2. Procesamiento de la información: el sistema nervioso central valora la información recibida y considera cuál es la respuesta más adecuada a cada estímulo.
3. Transmisión de la respuesta: el sistema nervioso central comunica la respuesta que ha "tomado" a los órganos encargados de llevarla a cabo, que reciben el nombre genérico de órganos efectores (porque se encargan de los "efectos"). Esta comunicación puede ocurrir por medio de dos sistemas diferentes: por una parte los nervios motores, que suelen llevar órdenes que deben ser ejecutadas de forma rápida durante un tiempo relativamente corto, y por otra parte el sistema endocrino, un conjunto de órganos que producen sustancias que vierten a la sangre (hormonas) y que, aunque transmiten la información más lentamente, producen efectos más duraderos, en ocasiones incluso permanentes.
3. Ejecución de la respuesta: los diferentes órganos del cuerpo realizan sus respectivas funciones como consecuencia de las órdenes que reciben de los sistemas de coordinación. Existen muchos tipos de respuestas diferentes, porque cada órgano funciona de un modo distinto.

Los estímulos pueden proceder, como se ha dicho, tanto del exterior del cuerpo como de su propio interior. Un ejemplo de estímulo externo es la presencia de una posible presa, como se observa en el siguiente ejemplo.

Además, los estímulos también pueden proceder del interior del cuerpo, como las sensaciones de hambre o sed, el dolor, etc. A continuación hay un ejemplo de cómo se produce la respuesta al estímulo de la sed.

Las funciones de relación en las células

 La célula es la unidad de función de los seres vivos también en lo que se refiere a las funciones de relación. Todas y cada una de las células de un organismo pluricelular reciben estímulos que proceden de otras partes del cuerpo, integran y procesan esa información y, como respuesta a los estímulos recibidos, modifican su funcionamiento en función de las necesidades del organismo.

Todos los estímulos llegan a la célula a través de su membrana, y lo hacen en forma de impulso nervioso o mediante sustancias químicas que actúan como mensajeros. Esa información es transmitida hasta el núcleo celular, el encargado de elaborar la respuesta que realizarán los diferentes orgánulos y las moléculas que forman parte de la célula, en especial sus proteínas.

Las funciones de relación en las plantas

Las plantas no tienen órganos de los sentidos ni sistemas de coordinación, a pesar de lo cual también se relacionan con el entorno que las rodea.

Los estímulos más importantes que detectan las plantas son la dirección de la que procede la luz, que les permite conseguir energía para realizar la fotosíntesis, y la dirección de la gravedad. La respuesta más habitual que las plantas dan a estos estímulos es el crecimiento en una determinada dirección, relacionada con el origen del estímulo. Este crecimiento dirigido se denomina tropismo, y es positivo si se produce hacia la fuente del estímulo y negativo si va en dirección contraria. Para completar el nombre del tropismo se acompaña el nombre del estímulo que lo produce:

estímulo-tropismo + dirección

Por ejemplo, el crecimiento de los tallos hacia la luz recibe el nombre de fototropismo positivo. De este modo, se tienen las siguientes respuestas vegetales:

Estímulo	Nombre de la respuesta	Positivo	Negativo
Luz	Fototropismo	Tallos	Raíces
Gravedad	Geotropismo	Raíces
Agua	Hidrotropismo	Raíces
Contacto	Tigmotropismo	Tallos

En algunos casos, las plantas también pueden responder a un estímulo realizando un movimiento rápido de alguna de sus partes. Estos movimientos se denominan nastias y se observan, por ejemplo, como respuesta a la luz (fotonastia positiva en los girasoles) o al contacto (tigmonastia positiva en algunas plantas carnívoras).

Las funciones de relación en los animales

En las funciones de relación de los animales intervienen tres tipos de órganos diferentes, especializados en diferentes fases del proceso:

• Órganos receptores: se encargan de percibir los estímulos.
• Sistemas de coordinación: se ocupan de transmitir la información recibida por los órganos sensoriales, integrar la información y producir y transmitir la respuesta.
• Órganos efectores: su función es la de ejecutar la respuesta ordenada por los sistemas de coordinación.

Órganos receptores

Los animales poseen muchos tipos diferentes de órganos receptores, que se clasifican teniendo en cuenta el tipo de estímulo que reciben y su origen, es decir, si el estímulo procede del exterior o del interior del organismo. Los órganos receptores que detectan estímulos externos se denominan exteroceptores u órganos de los sentidos, mientras que los receptores que perciben estímulos internos reciben el nombre de propioceptores.

	Origen de los estímulos
	Exterior	Interno
Estímulos	Órganos de los sentidos	Propioceptores
Luminosos	Fotorreceptores
Mecánicos	Mecanorreceptores
Térmicos	Termorreceptores
Químicos	Quimiorreceptores

Los fotorreceptores captan la radiación electromagnética y permiten detectar la luz y, en muchos casos, formar una imagen a partir de los datos recibidos. Los mecanorreceptores captan información relacionada con la energía mecánica: contacto, presión o movimiento, mientras que los termorreceptores son sensibles al calor. Por último, los quimiorreceptores son capaces de detectar la presencia de algunas sustancias químicas.

Fotorreceptores

Los fotorreceptores están presentes en todos los animales y en algunos protistas, porque les proporcionan una ventaja muy importante: les permiten acercarse o alejarse de la luz y detectar alimentos y posibles depredadores.

Los ojos más sencillos, que aparecen en algunos protistas, son simples manchas de una sustancia sensible a la luz, que permiten detectar su dirección y que el individuo se mueva hacia ella. Otros organismos un poco más complejos, como los cnidarios o las planarias, tienen ojos simples, formados por unas cuantas células fotosensibles, que permiten diferenciar la oscuridad de la luz y detectar la dirección de la que procede la iluminación, pero que no forman imágenes.

Los insectos poseen un tipo especial de fotorreceptores, los ojos compuestos, que están formados por un gran número de ojos sencillos (omatidios), cada uno de los cuales detecta solo la luz que procede de una dirección concreta. Cada omatidio produce un punto, y la unión de todos los puntos de luz detectados por todos los omatidios da lugar a la formación de una imagen parecida a una fotografía digital: cada pixel de la foto corresponde a la información recogida por un único omatidio.

Los vertebrados, pero también  algunos invertebrados como los cefalópodos, poseemos ojos en cámara. Se caracterizan porque están formados por un globo, abierto al exterior solo a través de un pequeño orificio, la pupila, por el que penetra la luz. El interior del ojo se comporta como una cámara oscura, de modo que permite la formación de una imagen nítida en el fondo del globo ocular, donde se encuentran las células sensibles a la luz que forman una capa llamada retina. La visión mejora gracias a que el ojo posee una lente que hace posible enfocar, el cristalino, y un músculo que permite regular la cantidad de luz que entra a través de la pupila, el iris.

Mecanorreceptores

Los mecanorreceptores son órganos especializados en detectar estímulos mecánicos, es decir, debidos a presiones o a vibraciones. A diferencia de lo que ocurría con los fotorreceptores, en los distintos tipos de animales existen tanto mecanorreceptores que perciben estímulos procedentes del exterior del cuerpo como otros que reciben información del interior del cuerpo, por ejemplo los que se encuentran en el interior de los músculos y que permiten que nuestro sistema nervioso sepa si un músculo determinado está contraído o relajado.

Existen tres tipos distintos de órganos mecanorreceptores, según el tipo de estímulo que pueden percibir:

• Los órganos del tacto captan estímulos debidos a presiones débiles procedentes del exterior del cuerpo.
• Los receptores auditivos son capaces de percibir las vibraciones del medio en el que se encuentra el animal, ya sea el aire o el agua, o las vibraciones del sustrato en el que se apoya.
•  Los receptores del equilibrio son capaces de detectar estímulos relacionados con la gravedad (equilibrio estático) o con el movimiento (equilibrio dinámico).

Receptores del tacto

En muchos animales, tanto invertebrados como vertebrados, los receptores del tacto se encuentran en prolongaciones del cuerpo en forma de hilo, que toman la forma de pelos (por ejemplo, los "bigotes" de los gatos), pero en la mayoría de los casos los receptores del tacto son células nerviosas situadas en la piel, por debajo de la epidermis, que se activan como resultado de la presión que algo hace sobre ellas.

Receptores auditivos

El oído es el órgano que se encarga de detectar las vibraciones que se producen en el medio que rodea al animal, aunque en los vertebrados se ocupa también de recibir otros estímulos relacionados con el equilibrio.

En los peces, los mecanorreceptores se encuentran en un órgano que recorre su cuerpo en toda su longitud, la línea lateral. El movimiento del agua a lo largo de este tubo le indica al animal si el agua se está moviendo a su alrededor o permanece en reposo.

En el medio terrestre, las vibraciones del aire son más difíciles de detectar, porque el sonido se transmite menos eficazmente. Por esa razón, el oído de los vertebrados terrestres tiene estructuras que se encargan de recoger el sonido (pabellón auditivo, es decir, la oreja) y amplificarlo (conducto auditivo, tímpano, cadena de huesecillos), trasladando esas vibraciones al oído interno. En el interior del oído interno existe un órgano llamado caracol o cóclea, formado por tres conductos rellenos de líquido. La vibración de este líquido llega hasta las células sensoriales, que la transmiten hasta el cerebro.

Receptores del equilibrio

Otro tipo de órganos mecanorreceptores son los que intervienen en la sensación de equilibrio, es decir, los que detectan sensaciones debidas a la gravedad o al movimiento del organismo respecto a su medio.

Muchos invertebrados poseen órganos del equilibrio sencillos, llamados estatocistos, formados por una o varias piedrecillas situadas dentro de un órgano esférico recubierto interiormente por células ciliadas. El cambio de posición del animal provoca que las piedrecillas (otolitos) se apoyen en unas células o en otras, transmitiendo informaciones diferentes al cerebro en los distintos casos.

En los vertebrados, el principio es el mismo aunque el órgano es algo más complejo. Se encuentra alojado en el oído interno y está formado por dos cavidades, el utrículo y el sáculo, y tres conductos llamados canales semicirculares todos ellos rellenos por un líquido. En el utrículo y el sáculo, que se encargan de detectar el equilibrio estático, hay otolitos que se apoyan sobre células ciliadas, transmitiendo al cerebro la posición relativa del cuerpo.

El movimiento se detecta en los canales semicirculares, en los que existen de nuevo células ciliares, esta vez rodeadas por una cúpula gelatinosa, que responden al movimiento del líquido que los rellena.


Termorreceptores

Algunos animales, como ciertas serpientes, poseen órganos termorreceptores especiales, situados en unas fosetas de la parte anterior de su cabeza. Estos órganos les permiten formar una imagen térmica que superponen a las imágenes visuales, gracias a lo cual pueden detectar mejor las presas de las que se alimentan.

En el resto de los vertebrados, sin embargo, las sensaciones de calor se perciben a través de células nerviosas situadas en la piel, bajo la epidermis.

Quimiorreceptores

Los órganos quimiorreceptores se encargan de detectar la presencia de algunas sustancias químicas, presentes en el medio que rodea al animal o en su medio interno. Existen varios tipos de receptores químicos que reciben estímulos del interior del cuerpo, y que permiten que el organismo detecte el grado de acidez de la sangre, la cantidad de oxígeno o de dióxido de carbono que va en ella, o la cantidad de sales que circulan, lo que permite que el animal mantenga en el interior de su cuerpo las condiciones adecuadas para su supervivencia.

Los receptores externos capaces de detectar la presencia de sustancias químicas son el olfato y el gusto. 

El sentido del olfato se encuentra localizado en el interior de la cavidad nasal, y es capaz de detectar la presencia de un gran número de sustancias diferentes disueltas en el aire. Para poder ser detectada, cada sustancia debe poder unirse a una molécula específica presente en la membrana de las células sensoriales.

El sentido del gusto se encuentra localizado en la lengua, y puede percibir algunas sustancias disueltas en agua. Puede distinguir unos pocos tipos de sabores, en humanos concretamente cinco: dulce, salado, ácido, amargo y umami, sabor característico de las carnes y el pescado. Todas las partes de la lengua son capaces de percibir todos los sabores.

Algunas sensaciones relacionadas con el gusto o el olfato, como el picante o la menta, no son propiamente sabores ni olores, sino que son sensaciones detectadas directamente por el nervio trigémino, que se extiende por la mayor parte de la cara.

Sistemas de coordinación

Los sistemas de coordinación son los conjuntos de órganos encargados de ajustar el comportamiento y las respuestas del organismo a los estímulos, externos e internos, que ha recibido.

En los animales existen dos tipos de sistemas de coordinación: los sistemas nerviosos, que llevan a cabo respuestas rápidas pero en general de poca duración, y los sistemas endocrinos, que tardan más tiempo en responder a los estímulos, pero cuando lo hacen dan respuestas duraderas, algunas de las cuales pueden tener incluso efectos permanentes en el individuo.

Sistemas nerviosos

Los sistemas nerviosos están formados por un tipo de células especializadas, llamadas neuronas, que son capaces de transmitir impulsos eléctricos a lo largo de su membrana. Estos impulsos viajan siempre solo en una dirección, desde unas prolongaciones llamadas dendritas, generalmente cortas, hacia otra prolongación de la célula, normalmente más larga y fina, llamada axón. Esto hace que los organismos necesiten unos nervios para llevar la información desde los receptores hasta los sistemas de coordinación, y otros para llevar la información de la respuesta desde los sistemas de coordinación hacia los órganos efectores.

Existen distintos tipos de sistemas nerviosos que se diferencian por el modo en que están organizados y su grado de centralización, es decir, la proporción de células que se encuentran juntas formando órganos especializados en la elaboración de respuestas.


Redes difusas


El sistema nervioso más sencillo es el de los cnidarios (medusas y pólipos), formado por una red de neuronas equivalentes entre sí e interconectadas. Cuando el animal recibe un estímulo, la información se difunde por todo el cuerpo, y la respuesta se produce simultáneamente en todo el organismo.


Sistemas ganglionares ventrales

La mayor parte de los invertebrados tienen un sistema nervioso formado por dos cadenas de neuronas que se extienden en paralelo a lo largo de todo el individuo, por su parte ventral, y que se conectan entre sí por medio de prolongaciones transversales, formando un esquema parecido a una escalera. La mayor parte de los cuerpos de las neuronas se encuentran agrupadas formando engrosamientos del sistema nervioso, llamados "ganglios". Los ganglios nerviosos, al concentrar los cuerpos de las neuronas, actúan como órganos de coordinación: son los puntos donde se "toman las decisiones", es decir, donde se decide cuál es la respuesta más adecuada a cada estímulo.


En algunos tipos de invertebrados, como los insectos, los ganglios situados en la cabeza se hacen más grandes, y se ocupan de realizar un mayor número de funciones. 

Sistema nervioso radial

Los equinodermos (estrellas y erizos de mar) tienen un sistema nervioso con una estructura radial: en el centro del animal hay un anillo nervioso, que se ocupa de la coordinación, a partir del cual nacen ramas que se extienden por los apéndices del cuerpo.


Tubo neural dorsal

Los vertebrados poseemos un sistema nervioso que se localiza en la parte dorsal del cuerpo, y que está formado por un tubo hueco. En este tipo de sistemas nerviosos la mayor parte de las neuronas se encuentran en la cabeza del organismo, con lo que el tubo se hace mucho más grueso en esa zona, dando lugar a un grupo de órganos de coordinación llamado encéfalo. Las prolongaciones de las neuronas se extienden por todo el cuerpo formando los nervios.


Desde el punto de vista de su funcionamiento, en el sistema nervioso se pueden distinguir dos partes: el sistema nervioso central, que está formado por el encéfalo y la médula espinal, la parte del tubo que se extiende por la espalda, protegida por la columna vertebral, que es el centro de control y coordinación de las actividades del organismo, es decir, el encargado de tomar las decisiones, y el sistema nervioso periférico, formado por las prolongaciones de las neuronas (los nervios), que se encarga de transmitir la información desde los receptores hasta el sistema nervioso central y desde el sistema nervioso central hasta los órganos efectores.

Dentro del sistema nervioso central, el encéfalo es el conjunto de órganos que se encuentra en el interior del cráneo. En él se distinguen varias partes, cada una de las cuales está especializada en una función:

• El cerebro se ocupa de recibir la información de los receptores, de controlar las respuestas voluntarias, de la memoria, del aprendizaje y de la inteligencia.
• El cerebelo se encarga de controlar el equilibrio, los reflejos que tienen que ver con la posición y los movimientos aprendidos.
• El bulbo raquídeo controla muchas funciones automáticas como el ritmo del corazón y de la respiración, los reflejos del vómito o de la deglución y la contracción y dilatación de los vasos sanguíneos.

La otra parte del sistema nervioso central es la médula espinal, que es la responsable de los movimientos reflejos, los que ocurren sin intervención del cerebro. Cuando se produce un movimiento reflejo, la información procedente de los receptores se transmite hacia el sistema nervioso central. Cuando llega a la médula, esta produce la respuesta de un modo automático, ordenando al músculo correspondiente que se contraiga. Además, la médula informa al cerebro de la respuesta que se ha producido.

Sistema nervioso periférico

El sistema nervioso periférico está formado por los nervios y los centros nerviosos distribuidos por todo el cuerpo, fuera del sistema nervioso central. Desde el punto de vista de los órganos en los que influye, el sistema nervioso periférico está formado por dos partes: el sistema nervioso somático controla los músculos voluntarios relacionados con el esqueleto, en respuesta, sobre todo, a estímulos externos, mientras que el sistema nervioso autónomo regula los órganos del cuerpo, transmitiendo sensaciones y órdenes de carácter involuntario. Este componente del sistema nervioso tiene, a su vez, tres elementos: el sistema nervioso entérico se ocupa del control del aparato digestivo y el simpático y el parasimpático regulan la actividad general del organismo, para lo que tienen acciones complementarias: el simpático se ocupa de la activación y de la producción de energía, mientras que el parasimpático se encarga de la relajación.

Sistemas endocrinos

Los sistemas endocrinos se ocupan de coordinar las respuestas lentas y duraderas que produce el organismo. Su funcionamiento se basa en la producción y liberación de sustancias químicas que viajan a través del medio interno del organismo desde las glándulas que las producen hasta los órganos efectores. Las sustancias químicas que actúan como mensajeros reciben el nombre de hormonas, y los órganos que las producen se denominan glándulas endocrinas.

Los invertebrados no poseen glándulas endocrinas propiamente dichas, pero sí que producen hormonas que desencadenan, por ejemplo, los procesos de muda.

En los vertebrados hay muchos órganos capaces de producir hormonas. Algunos de ellos solo tienen esa función, como la glándula pineal (epífisis), la hipófisis, el tiroides, el timo o las glándulas suprarrenales, mientras que otros órganos producen hormonas además de realizar otras funciones, como el corazón, el páncreas, el intestino o los órganos reproductores.

Órganos efectores

Todos los órganos del cuerpo son efectores, porque el funcionamiento de todos ellos está controlado por los sistemas de coordinación, que a su vez deciden las respuestas dependiendo de los estímulos, externos o internos, que reciben.

Algunas de estas respuestas son voluntarias, es decir, para producir la respuesta es necesario que tomemos una decisión consciente. Otras son involuntarias: nuestros sistemas de coordinación toman la decisión correspondiente y desencadenan la respuesta sin que lo decidamos conscientemente. En algunos casos, incluso, son respuestas inconscientes, ya que ni siquiera nos damos cuenta de que las llevamos a cabo.

El tipo de respuestas que pueden ser llevadas a cabo por los diferentes órganos depende tanto del estímulo que las provoca como del elemento de los sistemas de coordinación que las ordena. Todas las respuestas voluntarias son ordenadas por el sistema nervioso central, que también se encarga de algunas respuestas involuntarias, como los reflejos. El sistema nervioso autónomo y el sistema endocrino solo producen respuestas involuntarias e inconscientes.

Aparato locomotor

El aparato locomotor es uno de los principales sistemas efectores del organismo, ya que es el responsable de todos los movimientos que se producen en el organismo. Está formado por dos sistemas diferentes: el esquelético, que a su vez consta de los huesos, los cartílagos y los ligamentos, que unen los huesos entre sí, y el sistema muscular, formado por los músculos y los tendones, que unen músculos y huesos haciendo posible el movimiento.

En el organismo hay tres tipos de músculos con características y funciones diferentes:

• Los músculos esqueléticos están asociados a los huesos, y participan en el movimiento del cuerpo. Su contracción es de carácter voluntario.
• El músculo cardiaco se encuentra solo en el corazón, y es el responsable de su contracción. Es involuntario, y se contrae rítmicamente como respuesta a estímulos producidos en el propio corazón.
• Los músculos lisos son los que se relacionan con los órganos internos del cuerpo. Su contracción es involuntaria.

Los músculos solo se encuentran en dos estados: relajados y contraídos. Cuando un músculo relajado recibe una orden del sistema nervioso se contrae, y cuando esa orden se detiene vuelve a su estado relajado. Por ese motivo, todos los movimientos del esqueleto se producen con la intervención de dos músculos de efectos antagónicos, uno llamado flexor y otro extensor; cuando uno está relajado el otro está contraído, y viceversa. 

El sistema inmunitario

Otro tipo diferente de función de relación que se establece entre un organismo y su entorno es la capacidad de los organismos de defenderse frente al ataque de sustancias o de organismos extraños, que pueden llegar a causarle daños. Esta función defensiva es ejecutada por el sistema inmunitario, formado por algunos tipos celulares que circulan por la sangre y a través del sistema linfático (los glóbulos blancos).

En estos procesos defensivos no interviene un sistema de coordinación propiamente dicho, a pesar de lo cual sí que tienen lugar todos los procesos que se dan en las funciones de relación:

• El estímulo que inicia la defensa es la llegada de un elemento extraño, que puede ser perjudicial para el organismo. El sistema inmune tiene capacidad para identificarlos, distinguiéndolos de los componentes del propio organismo.
• La recepción del estímulo es llevada a cabo por algunas células sanguíneas que se unen a los posibles patógenos y que los "muestran" a otras células del sistema inmune.
• Coordinación: las células que han identificado a los elementos extraños producen y liberan sustancias químicas que activan al resto de las células defensivas del organismo.
• Respuesta: las células defensivas del organismo que han sido activadas atacan y destruyen conjuntamente a los elementos extraños que han penetrado en el organismo.