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20.5: Sonido y recepción - Biología

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Los estímulos auditivos son ondas sonoras, que son ondas mecánicas de presión que se mueven a través de un medio, como el aire o el agua. La velocidad de las ondas sonoras varía según la altitud, la temperatura y el medio, pero a nivel del mar y una temperatura de 20º C (68º F), las ondas sonoras viajan en el aire a unos 343 metros por segundo.

Como ocurre con todas las ondas, hay cuatro características principales de una onda de sonido: frecuencia, longitud de onda, período y amplitud. La frecuencia es el número de ondas por unidad de tiempo, y en el sonido se escucha como tono. Los sonidos de alta frecuencia (≥15.000Hz) tienen un tono más alto (longitud de onda corta) que los sonidos de baja frecuencia (longitudes de onda largas; ≤100Hz). La frecuencia se mide en ciclos por segundo y, para el sonido, la unidad más utilizada es hercios (Hz) o ciclos por segundo. La mayoría de los humanos pueden percibir sonidos con frecuencias entre 30 y 20.000 Hz. Las mujeres suelen ser mejores para escuchar las frecuencias altas, pero la capacidad de todos para escuchar las frecuencias altas disminuye con la edad. Los perros detectan hasta unos 40.000 Hz; gatos, 60.000 Hz; murciélagos, 100.000 Hz; y delfines 150.000 Hz, y sábalo americano (Alosa sapidissima), un pez, puede oír 180.000 Hz. Aquellas frecuencias por encima del rango humano se llaman ultrasonido.

La amplitud, o la dimensión de una onda de pico a valle, en el sonido se escucha como volumen y se ilustra en la Figura 1. Las ondas sonoras de los sonidos más fuertes tienen mayor amplitud que las de los sonidos más suaves. Para el sonido, el volumen se mide en decibelios (dB). El sonido más suave que puede escuchar un humano es el punto cero. Los humanos hablan normalmente a 60 decibeles.

Recepción de sonido

En los mamíferos, las ondas sonoras son recogidas por la parte cartilaginosa externa del oído llamada pabellón de la oreja, luego viaja a través del canal auditivo y causa la vibración del diafragma delgado llamado tímpano o tímpano, la parte más interna del oído externo (ilustrado en la Figura 2). Interior del tímpano es el oído medio. El oído medio tiene tres huesos pequeños llamados huesecillos, que transfieren energía del tímpano en movimiento al oído interno. Los tres huesecillos son los maleo (también conocido como el martillo), el yunque (el yunque), y estribo (el estribo). El estribo, con el nombre adecuado, se parece mucho a un estribo. Los tres huesecillos son exclusivos de los mamíferos y cada uno desempeña un papel en la audición. El martillo se adhiere en tres puntos a la superficie interior de la membrana timpánica. El yunque une el martillo al estribo. En los seres humanos, el estribo no es lo suficientemente largo para llegar al tímpano. Si no tuviéramos el martillo y el yunque, las vibraciones del tímpano nunca llegarían al oído interno. Estos huesos también funcionan para recolectar fuerza y ​​amplificar sonidos. Los huesecillos del oído son homólogos a los huesos en la boca de un pez: se cree que los huesos que sostienen las branquias en los peces están adaptados para su uso en el oído de los vertebrados a lo largo del tiempo evolutivo. Muchos animales (ranas, reptiles y pájaros, por ejemplo) utilizan el estribo del oído medio para transmitir vibraciones al oído medio.


¿Podrían los corales utilizar el sonido para comunicarse?

Los investigadores realizaron una amplificación por PCR en ADN de coral extraído mezclado con cebadores para cuatro genes relacionados con la emisión o recepción de sonido. Si un gen está presente, se amplificará mediante PCR y se puede detectar mediante electroforesis en gel de agarosa como bandas de ADN de un tamaño específico. Las bandas de ADN mostraron probable presencia de genes TRPV y FOLH-1 en el ADN de coral. Crédito: Camila Rimoldi Ibanez y James Hawker, South Florida State College

Los corales son parte de un ecosistema muy complejo, pero sigue siendo un misterio si pueden comunicarse dentro de su comunidad biológica y cómo. En un nuevo estudio, los investigadores encontraron evidencia de genes relacionados con el sonido en los corales, lo que sugiere que los invertebrados marinos podrían usar el sonido para interactuar con su entorno.

Los arrecifes de coral constituyen menos del 1% del fondo del océano, pero sostienen más del 25% de toda la vida marina. En todo el mundo, los arrecifes de coral están amenazados por el cambio climático, la acidificación de los océanos, las enfermedades, la sobrepesca y la contaminación. Una mejor comprensión de la comunicación de los corales podría ayudar a informar las políticas que tienen como objetivo proteger este ecosistema crítico.

"Un número creciente de estudios ha demostrado que los árboles pueden comunicarse y que esta comunicación es importante para ecosistemas como las selvas tropicales", dijo Camila Rimoldi Ibáñez, estudiante de secundaria en el programa de inscripción doble en South Florida State College. "Los arrecifes de coral a menudo se conocen como las selvas tropicales del mar debido al hábitat que proporcionan para una amplia variedad de plantas y animales. Por lo tanto, queríamos averiguar cómo se comunica el coral".

Ibáñez presentará los nuevos hallazgos en la reunión anual de la Sociedad Estadounidense de Bioquímica y Biología Molecular durante la reunión virtual de Biología Experimental (EB) 2021, que se celebrará del 27 al 30 de abril. Su mentor es James Hawker, Ph.D., decano de artes y ciencias en South Florida State College.

Muchos organismos que viven en los arrecifes de coral perciben el sonido y lo utilizan para encontrar su camino hacia los arrecifes. A partir de esta información, los investigadores decidieron buscar la presencia de genes relacionados con la recepción y / o emisión de sonido en el coral Cyphastrea. Mediante la amplificación por PCR, los investigadores encontraron pruebas probables de que dos de los cuatro genes que examinaron pueden estar presentes en el ADN de los corales. Los genes que encontraron, TRPV y FOLH-1, se utilizan para la emisión o recepción de sonido en anémonas de mar y pólipos de agua dulce, respectivamente.

Además de realizar más pruebas, los investigadores quieren secuenciar los genes TRPV y FOLH-1 que encontraron para agregar evidencia adicional de que estos genes, o genes relacionados con ellos, están presentes en el coral.

"A medida que aprendemos más sobre los impactos negativos del sonido en diferentes tipos de ecosistemas, es vital que establezcamos políticas para proteger y manejar los ruidos humanos en ambientes naturales", dijo Ibáñez. "Cuanto más sepamos sobre cómo se comunican los corales, mejor podremos desarrollar proyectos de restauración y conservación para ayudar a los corales a enfrentar epidemias de blanqueamiento y otras amenazas".


Delfín jorobado del Indo-Pacífico

Descripción

Los delfines jorobados se encuentran en aguas costeras tropicales a templadas de los océanos Atlántico oriental, Índico y Pacífico occidental. Hay cuatro especies reconocidas: S. teuszii, delfín jorobado del Atlántico S. plumbea, delfín jorobado del Océano Índico S. sahulensis, delfín jorobado australiano y S. chinensis, delfín jorobado del Indo-Pacífico.

Imágenes de delfines jorobados del Indo-Pacífico en aguas de Hong Kong. La especie tiene un cuerpo robusto, con aletas pectorales redondeadas, una tribuna larga y estrecha y una aleta dorsal situada en la parte superior de un & ldquohump & rdquo en su espalda. La coloración del cuerpo puede variar de blanco a rosa con grandes manchas. Crédito de la imagen: T.A. Jefferson.

El delfín jorobado del Indo-Pacífico (también conocido como Sousa, delfín blanco chino y delfín rosado) se encuentra en las aguas del sudeste asiático y se cree que está disminuyendo en toda su área de distribución. Su repertorio acústico es similar al de otras especies de delfines, con trenes de clics de banda ancha, pulsos de ráfaga y silbidos de frecuencia modulada de banda estrecha. En la bahía de Sanniang, China, se descubrió que los delfines producían clics de ecolocalización de banda ancha y alta frecuencia (ultrasónicos) (frecuencia máxima media de 109 kHz), similares a los de otras especies, como el delfín mular y el delfín Risso & rsquos. Para los delfines en aguas de Hong Kong, los pulsos de ráfaga tenían un amplio rango de frecuencia de 0,6 a & gt 2,2 kHz. Los silbidos oscilan entre 0,52 y 33 kHz. Las diferencias en la duración y la modulación de frecuencia entre ubicaciones pueden estar relacionadas con el ruido ambiental local.

Imagen del delfín jorobado del Indo-Pacífico en aguas de Hong Kong. Crédito de la imagen: T.A. Jefferson.

La distribución de los delfines jorobados los hace vulnerables a los impactos de las actividades humanas, incluida la perturbación del ruido antropogénico. Los hábitats submarinos de los delfines del Indo-Pacífico son intrínsecamente ruidosos y se ven afectados principalmente por el tráfico marítimo y de otros buques. Se encontró que el ruido subacuático de frecuencia media a alta asociado con los transbordadores de alta velocidad y los pequeños botes de alta velocidad se superponen en frecuencia con las señales de comunicación y ecolocalización de los delfines jorobados del Indo-Pacífico, y está dentro del rango de audición de la especie. Se necesitan más datos sobre la distribución de la población, el comportamiento bioacústico, la fisiología de los delfines jorobados, la distribución de las presas y las características del ruido, especialmente a medida que continúa el rápido desarrollo costero en el rango de especies y rsquo.


Estudio de sistemas sensoriales

A continuación se presentan discusiones de varios sistemas sensoriales diferentes en diferentes tipos de animales. Para cada sistema sensorial, esté preparado para identificar, comparar y contrastar cada uno de los siguientes:

  • ¿Qué es el estímulo y qué tipo de receptor lo detecta?
  • ¿Es el receptor una célula receptora o una neurona especializada?
  • ¿Cómo se transduce el estímulo en un cambio en el potencial de membrana?
  • ¿Qué sucede en el receptor sensorial cuando se reconoce el estímulo?
  • ¿Cómo se comunica la intensidad / grado / magnitud del estímulo al SNC?

Producción de sonido y recepción en una cucaracha

1. La cucaracha Henschoutedenia epilamproides produce patrones distintivos de sonido, al ser perturbado, por medio de un aparato estridulador. La frecuencia portadora del sonido está entre 4.5 y 5.0 kcyc./seg., Y se modula en amplitud para formar pulsos. Estos pulsos se agrupan para formar chirridos, que se emiten individualmente o en serie. La estructura de los chirridos más largos (50-100 mseg.) Puede ser bastante compleja.

2. Si bien las circunstancias en las que generalmente se produce el sonido en el laboratorio sugieren que no es importante en la comunicación intraespecífica, puede ser de alguna importancia para la cucaracha escuchar su propio sonido. Las grabaciones realizadas a partir del nervio del cereal muestran que la cucaracha apenas responde a su propio sonido y muy mal a los tonos artificiales superiores a 400 ciclos / seg. Los aferentes del cerco son más sensibles a tonos de 50 ciclos / seg, y responderán a menos de 60 db. a esta frecuencia.

3. Aunque el desempeño auditivo de Henschoutedenia receptores cercal parece pobre en comparación con Periplaneta americana, sus respuestas a los movimientos del aire son más sorprendentes. Se experimentó alguna dificultad para estandarizar esta forma de estimulación, pero parecía que Henschoutedenia era mucho más sensible que Periplaneta a esta forma de estimulación.

4. Experimentos con roedores (Rattus rattus y Clethrionomys glareolus) prestaron cierto apoyo a la idea de que el sonido de las cucarachas imitaba los gritos de los depredadores de roedores y tenía algún efecto disuasorio sobre ellos.


Sillas de iglesia

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Selección del tamaño de silla adecuado para sus necesidades

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Longitud de onda, período y frecuencia

La figura 1C es otra representación de la onda de sonido ilustrada en la figura 1B. Como lo representa la curva sinusoidal, la variación de presión en una onda de sonido se repite en el espacio a lo largo de una distancia específica. Esta distancia se conoce como la longitud de onda del sonido, generalmente medida en metros y representada por λ. A medida que la onda se propaga por el aire, una longitud de onda completa tarda un cierto período de tiempo en pasar por un punto específico en el espacio en este período, representado por T, generalmente se mide en fracciones de segundo. Además, durante cada intervalo de tiempo de un segundo, un cierto número de longitudes de onda pasan por un punto en el espacio. Conocida como la frecuencia de la onda de sonido, el número de longitudes de onda que pasan por segundo se mide tradicionalmente en hercios o kilohercios y se representa por F.

Existe una relación inversa entre la frecuencia de una onda y su período, tal que

Esto significa que las ondas sonoras con altas frecuencias tienen períodos cortos, mientras que las de bajas frecuencias tienen períodos largos. Por ejemplo, una onda de sonido con una frecuencia de 20 hercios tendría un período de 0,05 segundos (es decir., 20 longitudes de onda / segundo × 0,05 segundos / longitud de onda = 1), mientras que una onda de sonido de 20 kilohercios tendría un período de 0,00005 segundos (20.000 longitudes de onda / segundo × 0,00005 segundos / longitud de onda = 1). Entre 20 hercios y 20 kilohercios se encuentra el rango de frecuencia de la audición para los humanos. La propiedad física de la frecuencia se percibe fisiológicamente como tono, de modo que cuanto mayor es la frecuencia, mayor es el tono percibido. También existe una relación entre la longitud de onda de una onda de sonido, su frecuencia o período y la velocidad de la onda (S), tal que


Recepción de sonido especializada en delfines & # x2014una pista para la función del núcleo coclear dorsal en mamíferos

Los delfines han desarrollado un sistema especializado para la recepción de sonido. Sus pabellones auditivos se reducen y se desplazan debajo de la piel, y el sonido se transduce a través de la mandíbula inferior hasta los huesecillos auditivos. De acuerdo con sus funciones auditivas (en particular la ecolocalización), la mayoría de los núcleos auditivos del tronco cerebral de los delfines están muy bien desarrollados. Por el contrario, el núcleo coclear dorsal se reduce drásticamente. En el delfín de La Plata el volumen del núcleo coclear dorsal es de 4 mm 3, mientras que el del núcleo coclear ventral es de 98 mm 3. La reducción de tamaño del núcleo coclear dorsal también se observa en las ballenas barbadas, que no se ecolocalizan y, a diferencia de los delfines, están sintonizadas en frecuencias profundas. Sin embargo, los delfines y las ballenas barbadas tienen en común la reducción del oído externo. En humanos, gatos, murciélagos y focas, existe una correlación entre el desarrollo del pabellón auricular y el núcleo coclear dorsal. Entonces, concluimos que la función del núcleo coclear dorsal en los mamíferos podría ser eliminar los “artefactos auditivos” que surgen del funcionamiento de los pabellones auditivos.


La estructura y función de los órganos cordotonales auditivos en insectos.

Los insectos son capaces de detectar una amplia gama de señales acústicas transmitidas a través del aire, el agua o los sólidos. Los órganos sensoriales auditivos son morfológicamente diversos con respecto a su ubicación corporal, estructuras accesorias y número de sensillas, pero notablemente uniformes en el sentido de que la mayoría están inervados por órganos cordotonales. Los órganos cordotonales son mecanorreceptores de tipo I estructuralmente complejos que se distribuyen por todo el cuerpo del insecto y funcionan para detectar una amplia gama de estímulos mecánicos, desde movimientos motores gruesos hasta sonidos transmitidos por el aire. En la actualidad, se sabe poco acerca de cómo funcionan los órganos cordotonales en general para convertir los estímulos mecánicos en impulsos nerviosos, y nuestra comprensión limitada de este proceso representa uno de los principales desafíos para el estudio de los sistemas auditivos de los insectos en la actualidad. Este informe revisa la literatura sobre los órganos cordotonales que inervan las orejas de los insectos, con la amplia intención de descubrir algunas especializaciones estructurales comunes de los sistemas auditivos periféricos e identificar nuevas vías de investigación. Se presenta una descripción general de la ultraestructura de los órganos cordotonales, seguida de un resumen de las teorías actuales sobre el acoplamiento mecánico y la transducción en los escolopidios monodinosos, mononemáticos de tipo 1, que inervan de forma característica las orejas de los insectos. Se revisan los órganos auditivos de diferentes taxones de insectos, centrándose principalmente en los órganos timpánicos y con cierta consideración a los órganos subgenuales y de Johnston. Está ampliamente aceptado que los órganos auditivos de los insectos evolucionaron a partir de órganos propioceptivos cordotonales preexistentes. Además de ciertas adaptaciones no neuronales para la audición, como la expansión traqueal y el adelgazamiento cuticular, los órganos cordotonales en sí mismos pueden tener especializaciones intrínsecas para la recepción y transducción del sonido, y estas se comentan. En el futuro, un enfoque integrado, utilizando técnicas anatómicas y fisiológicas tradicionales en combinación con nuevas metodologías en inmunohistoquímica, genética y biofísica, ayudará a refinar las hipótesis sobre cómo funcionan los órganos cordotonales y, en última instancia, conducirá a nuevos conocimientos sobre los mecanismos periféricos. audición subyacente en insectos.


El toque del cerebro

Los receptores táctiles envían información a las neuronas del sistema nervioso central. La mayoría de las señales del tacto viajarán hasta el cerebro antes de que puedan procesarse y entenderse.

En casos especiales, la información será procesada por la médula espinal. Haga clic para obtener más detalles.

En algunos casos, la médula espinal también procesará información sensorial. Esto suele ocurrir cuando el cuerpo toca algo que podría dañarlo, como una superficie caliente o un objeto afilado. Cuando esto sucede, el cuerpo responderá de manera diferente para tratar de evitar lesiones. Por ejemplo, si toca algo muy caliente, retiraría la mano lo más rápido posible. Las respuestas muy rápidas son reflexivas, lo que significa que suceden sin que la persona se dé cuenta de que el cuerpo lo hace.

Incluso si la información se procesa en la médula espinal, también llegará a su cerebro. Si recuerda una vez que tocó algo caliente, probablemente apartó la mano sin siquiera pensar en ello. Probablemente no fue hasta que tu mano estuvo clara que te diste cuenta de que dolía. La respuesta rápida de retirar la mano está controlada por la médula espinal. Revisar su mano después para ver si está bien sucede después de que el cerebro recibe esta información.

La corteza sensorial está muy bien asignada a las diferentes partes del cuerpo. Haga clic para obtener más detalles.

Por último, el cerebro está organizado para realizar un seguimiento de toda la información sensorial. Esta organización tiene un propósito similar al de los receptores en la piel: ayuda al sistema nervioso a descubrir dónde se toca. Cuando la información táctil llega al cerebro, la corteza sensorial la clasifica. La corteza sensorial es un área del cerebro que procesa información sobre el tacto y otros sentidos. Los científicos llaman homúnculo o "hombrecito" al tipo de mapa nervioso que se encuentra en la corteza sensorial.

Las regiones de la corteza sensorial que procesan la información táctil para cada parte del cuerpo no son todas del mismo tamaño. Las áreas de la corteza son más grandes si procesan información de partes del cuerpo que tienen más receptores sensoriales. Esto significa, por ejemplo, que las partes del cerebro que procesan la información táctil de las manos son más grandes que las de la espalda. El hecho de que esta organización sea similar en la piel y en el cerebro tiene sentido. Si tiene más receptores en una parte del cuerpo, el cerebro necesitará tener más neuronas para procesar la información de esa región del cuerpo.


Ver el vídeo: Clase 1 Ondas y Sonido Biología (Junio 2022).