EL SISTEMA NERVIOSO EN HUMANOS El sistema nervioso en humanos es, desde el punto de vista humano, la máquina más perfecta que se conoce. Está compuesto por un sistema nervioso central y un sistema nervioso periférico. El sistema nervioso central está formado por el encéfalo y la médula espinal. El encéfalo está constituido por tres vesículas iniciales, que son el Prosencéfalo, Mesencéfalo y Rombencéfalo. Posteriormente, en el desarrollo embriológico, originan por subdivisión, cinco vesículas. El Prosencéfalo origina el Telencéfalo y el Diencéfalo. El Mesencéfalo no se divide. El Rombencéfalo origina el Metencéfalo y el Mielencéfalo. El Telencéfalo está subdividido en dos hemisferios y contiene dos lóbulos olfatorios, que se encuentran muy desarrollados en peces, pero poco a poco van reduciendo su tamaño en vertebrados más evolucionados. Forma los hemisferios cerebrales. El cerebro en Mamíferos alcanza su mayor desarrollo. El cerebro tiene la capacidad de controlar movimientos, recoger información de sentidos, almacenar recuerdos y elaborar respuestas complejas, incluso, utilizando esos recuerdos para modular la respuesta final. El Diencéfalo es un tramo pequeño que forma parte del cerebro. En la zona superior aparece el epitálamo, que en peces, anfibios y reptiles tiene una función fotorreceptora. También se encuentra el tálamo, lugar donde se regulan estímulos sensitivos. En la zona inferior está el hipotálamo, que regula la actividad hormonal de la hipófisis y la temperatura del cuerpo. En el Mesencéfalo aparecen los lóbulos ópticos en vertebrados inferiores. En Mamíferos forma los tubérculos cuadrigéminos. El Metencéfalo origina el cerebelo. Este órgano controla los movimientos posturales y coordina el movimiento. En esta vesícula se encuentra en Puente de Varolio, que es suna zona de cruce de vías nerviosas, en la que las fibras que provienen de la zona derecha del cuerpo se dirigen a la zona izquierda del cerebro. Lo contrario ocurre con las fibras que provienen del lado derecho. El Mielencéfalo origina la médula oblonga o bulbo raquídeo. Regula, además, actividades de las vísceras, tales como la deglución, el ritmo cardiaco o el ritmo respiratorio. La médula espinal se encuentra situada en el interior de la columna vertebral. Se distinguen dos zonas por su coloración y composición: la sustancia blanca, por fuera, formada por los axones de las neuronas, y la sustancia gris, más interna, con forma de mariposa, formada por los cuerpos neuronales de las neuronas y con un orificio interior llamado epéndimo. La sustancia gris tiene la forma de mariposa que ves en la imagen por estar formada por astas dorsales (alas pequeñas de la mariposa) por donde entran fibras sensitivas, y astas ventrales (alas grandes de la mariposa) de donde salen fibras motoras. Las funciones de la médula espinal consisten en transmitir la información desde la zona sensitiva al encéfalo y de éste a las zonas motoras. También realiza los actos reflejos, que son respuestas rápidas, sin intervención del encéfalo. El sistema nervioso periférico está constituido por los nervios que entrar y salen del sistema nervios central y por ganglios nerviosos. Este sistema nervioso periférico puede enviar información a músculos de contracción voluntaria o regular funciones vegetativas. El conjunto de ganglios nerviosos y nervios que controlan estas funciones vegetativas forma el sistema nervioso autónomo o vegetativo. El sistema nervioso autónomo esta compuesto a su vez por dos subsistemas, llamados sistema nervioso simpático y sistema nervioso parasimpático. Ambos sistemas son, para casi todas sus funciones, antagonistas el uno del otro, es decir, lo que un sistema activa, el otro lo inhibe. El sistema nervioso simpático activa funciones tales como el movimiento cardiaco o respiratorio. El sistema nervioso parasimpático actúa como inhibidor en esas dos tareas. Sin embargo el sistema nervioso parasimpático acelera la actividad intestinal y el sistema nervioso simpático la inhibe.

EL SISTEMA ENDOCRINO El sistema endocrino es un sistema de coordinación. Recibe señales, procesa la información recibida y elabora la respuesta adecuada que deben realizar los órganos receptores de las hormonas. El sistema endocrino genera respuestas lentas que transmite mediante sustancias químicas, llamadas hormonas, las cuales circulan por la sangre y actúan sobre los órganos que reconocen estas sustancias. Estos órganos, denominados órganos blanco, producen respuestas acordes con la concentración de hormona detectada en sangre. La existencia de una hormona puede suponer la aparición de estructuras que no aparecerían sin su presencia. Ejemplos son la cresta del gallo o el tejido sexual de las hembras chimpancé. Las hormonas suelen ser segregadas por células agrupadas en órganos llamados glándulas. A veces son segregadas por neuronas. En este caso, las hormonas reciben el nombre de neurohormonas. El funcionamiento del sistema endocrino se realiza mediante retroalimentación negativa o retroinhibición (Feed back): La glándula recibe la información para la secreción de la hormona. La glándula libera la hormona. La hormona actúa en el órgano o célula blanco, lo que produce un cambio en el medio interno. El cambio en el medio interno es detectado por la glándula secretora e inhibe la secreción de la hormona hasta que se reciba nueva orden de secreción. Hormonas en invertebrados En invertebrados no aparecen auténticas glándulas. Las hormonas son segregadas por células nerviosas, por lo que las hormonas son neurohormonas. Este tipo de hormonas están encargadas de regular el crecimiento del animal y de su maduración sexual. También pueden controlar cambios de color, que permiten al animal mimetizarse con el entorno. El estímulo que produce la secreción hormonal es visual. Los cambios de luz son detectados por los ojos. En Artrópodos el crecimiento del animal implica que el exoesqueleto sea cambiado por uno nuevo, de mayor tamaño. A este proceso se le denomina muda o ecdisis. La muda es controlada por mecanismos hormonales. Los crustáceos poseen células neurosecretoras en los llamados órganos X y órganos Y. La secreción de neurohormona por el órgano X, que se encuentra en los pedúnculos oculares, inhibe la muda. La secreción de neurohormona por el órgano Y, que se encuentra en las antenas, activa la muda. En Insectos aparece una neurohormona secretada por el protocerebro, llamada neotenina, que promueve la formación de estructuras larvarias y la inhibición de estructuras sexuales. También en el protocerebro, en los llamados cuerpos cardíacos, se produce otra neurohormona, llamada ecdisotropina, que actúa sobre una auténtica glándula, la glándula protorácica, e induce la liberación de ecdisona. La ecdisona estimula formación de la pupa, la muda y la aparición de caracteres de adulto. Ampliación de contenidos: Hormonas y crecimiento en insectos Sistema endocrino en Vertebrados En Vertebrados, las zonas de secreción hormonal más importantes son el hipotálamo, la hipófisis, el tiroides, las glándulas paratiroides, el páncreas, las glándulas suprarrenales, las gónadas y la placenta. También existen células productoras de hormonas, dispersas por el tubo digestivo, que producen gastrina, en el estómago, secretina y colecistoquinina en el duodeno y yeyuno. El riñón produce renina, que actúa regulando la presión sanguínea. La angiotensina I y angiotensina II se producen en el pulmón. El mecanismo de acción sigue básicamente los principios de la retroalimentación negativa. El hipotálamo es la glándula coordinadora de todo el sistema. Además, como parte del sistema nervioso, tiene funciones de control nervioso sobre la temperatura corporal o el estado de vigilia o sueño, en el caso de Mamíferos. La hipófisis, junto con el hipotálamo, forma el eje hipotálamo-hipofisario, que constituye el centro de control de producción de hormonas. El hipotálamo, al recibir información del organismo, libera una neurohormona, denominada factor de liberación, que actúa sobre la hipófisis, promoviendo la secreción de una determinada hormona hipofisaria. Las hormonas hipofisarias actúan sobre tejidos u órganos blanco. El resultado es un cambio metabólico en el tejido u órgano receptor de la hormona. En el caso en que el órgano blanco sea una glándula, el efecto consistirá en la producción de otra hormona. El cambio producido en el medio interno es detectado por el hipotálamo, y esto inhibe la producción de neurohormonas, con lo que se bloquea la secreción hormonal en la hipófisis. Las condiciones en el medio interno volverán a la situación inicial que desencadenó todo el proceso, con lo que el hipotálamo volverá a producir neurohormona.

LA REPRODUCCIÓN El comienzo de una nueva vida puede producirse de distintas formas, pero, en cualquier caso, antes o después desemboca en la muerte del individuo. Si en ese intervalo de tiempo, que llamamos vida, no se reproduce ese ser, la continuidad de individuos de su especie podría verse afectada. Por esto, la reproducción es un mecanismo encaminado a perpetuar la especie. No tiene importancia la vida que sigan los parentales, lo importante es la descendencia y la información genética que posee. Los animales presentan dos tipos posibles de reproducción, la reproducción asexual y la reproducción sexual. Reproducción asexual Es una reproducción típica de seres unicelulares, algas, hongos y plantas, pero pocos animales siguen esa vía reproductiva. En este tipo de reproducción un parental origina un individuo genéticamente idéntico a él, por lo que es un clon del parental. Los distintos tipos de reproducción asexual en animales son la gemación y la fragmentación. Gemación: algunas células del individuo parental se dividen de forma activa, formando una yema. Esta estructura puede terminar separándose del progenitor y formar un individuo aislado o quedar unido mediante una estructura, formando parte de una colonia. Presentan este tipo de reproducción las esponjas y los pólipos, solitarios o coloniales, como, por ejemplo, los corales. Escisión o fragmentación: el progenitor se divide de forma espontánea (longitudinal o transversalmente), originando una población filial. Este tipo de reproducción se presenta en pólipos y medusas y en Platelmintos. Un caso especial de fragmentación ocurre en la poliembrionía. Este proceso ocurre cuando, a partir de un embrión en desarrollo inicial, se produce una separación de grupos celulares. Cada uno de estos grupos origina un individuo completo. En este caso, la camada resultante tendrá el mismo genotipo. La poliembrionía es típica en el armadillo (Mamífero desdentado). Es el proceso por el que surgen los gemelos univitelinos humanos. La regeneración no es, generalmente, un proceso de reproducción del individuo entero. Es más bien, un mecanismo de defensa que utilizan muchos animales. Consiste en prescindir de alguna parte del cuerpo con la finalidad de no ser atrapado por un depredador. Posteriormente, la parte que se ha perdido del cuerpo es regenerada. Es el caso de la cola de la lagartija, estructuras internas, como parte del aparato digestivo de las holoturias, o los brazos de la estrella de mar. En este último caso, a veces puede surgir una estrella nueva a partir del brazo cortado. Esto sólo ocurre si, con la sección del brazo se arranca parte del disco oral del animal. Si es así, estamos ante una auténtica reproducción asexual. Reproducción sexual La reproducción sexual es el modo más habitual de reproducción que realizan los animales. Se caracteriza por la presencia de células especializadas, llamadas gametos, y por originar seres distintos a los progenitores. Los gametos masculinos se denominan espermatozoides y los gametos femeninos, óvulos. Estas células se producen en órganos especializados, denominados gónadas. Los testículos son las gónadas que producen espermatozoides. Los ovarios son las gónadas que producen óvulos. La formación de gametos se origina por un mecanismo denominado gametogénesis. Se llama espermatogénesis al proceso de formación de espermatozoides y ovogénesis al proceso de formación de óvulos. Ambos procesos implican una fase de maduración y otra de división celular por meiosis. Al final del proceso, los gametos formados han sufrido una reducción cromosómica para permitir la fecundación y formación de un nuevo ser con el mismo número de cromosomas que sus progenitores. En la especie pueden existir individuos de distinto sexo, machos y hembras, o tener la capacidad de producir gametos masculinos y femeninos, hermafroditas. En el caso de ser hermafroditas, como las lombrices o caracoles de huerta, se favorece la fecundación cruzada. Lo normal es que los gametos se unan en un proceso denominado fecundación. Otras veces, no se produce fecundación y, a partir de células germinativas femeninas sin fecundar, se origina el nuevo animal. En este caso estamos ante una partenogénesis.

LA FECUNDACIÓN Y EL DESARROLLO No siempre existe uníón de gametos en la reproducción sexual, aunque es el mecanismo de reproducción más habitual. La fecundación es la uníón de un espermatozoide y un óvulo. La célula formada tras la fecundación sufrirá un proceso denominado embriogénesis, que consiste en la formación del embrión. Dependiendo del lugar donde se realice, puede ser externa o interna. En la fecundación externa los espermatozoides y los óvulos se juntan en el exterior del animal. Los espermatozoides son células muy sensibles al medio que les rodea. Deben estar en un medio con gran cantidad de agua para poder desplazarse hasta el óvulo, por lo que este tipo de fecundación debe realizarse en agua o en un medio muy húmedo, como en el caso de las lombrices de tierra. La fecundación interna es la que se produce en el interior del animal, que será la hembra en especies con sexo separado. Para ello, los espermatozoides deben entrar en el oviducto. La forma de hacerlo puede ser mediante un órgano copulador, como el pene, por estrecho contacto entre oviducto y espermiducto, como la cópula en aves, o por la producción de espermatóforos que se introducen en el oviducto. La fecundación origina la célula huevo o zigoto. Mediante un complejo proceso de divisiones mitóticas, llamado desarrollo embrionario o embriogénesis, se formará el nuevo descendiente. La embriogénesis es la formación del embrión, a partir del cigoto formado en la fecundación. El proceso se divide en las siguientes fases: Segmentación: el cigoto se divide varias veces, formando una estructura llamada mórula. El proceso de formación de la mórula se realiza por sucesivas divisiones mitóticas. Las células formadas son totipotentes y se llaman blastómeros. Blastulación: Las células de la mórula continúan dividíéndose y migran hacia el exterior, formando una única capa celular que envuelve un hueco interior llamado blastocele. La estructura formada se denomina blástula. Gastrulación: Las células de la blástula continúan su división. En un punto concreto, las células se dividen a distinto ritmo, originando una cavidad hacia el interior de la blástula. La estructura formada se denomina gástrula y la cavidad interior, arquénteron, que se abre al exterior por un orificio denominado blastoporo. Así, las células que tapizan el arquénteron pertenecen a la hoja embrionaria denominada endodermo y las células de fuera pertenecen al ectodermo. La gástrula se origina de distinto modo, según el tipo de animal. En animales triblásticos, todavía en la fase de gástrulación, se origina una nueva hoja embrionaria denominada mesodermo, localizada entre el endodermo y el ectodermo. La forma de originar el mesodermo varía según el tipo de animal. A veces, el mesodermo contiene una cavidad interior, denominada celoma. Los animales que poseen esta cavidad reciben el nombre de celomados. Organogénesis: es la fase en la que se van a formar los distintos tejidos y órganos que conformarán el animal. Dependiendo del animal, esta fase puede llegar a ser muy compleja. Actividad de investigación: la organogénesis en humanos Dependiendo del lugar donde se produzca el desarrollo embrionario, los animales se clasifican en: Ovíparos: animales que desarrollan en el interior de un huevo. Ovovivíparos: animales que desarrollan en el interior de un huevo, que se encuentra dentro del cuerpo de la madre, pero no se establece contacto directo con ella. Vivíparos: animales que desarrollan en el interior de la madre, estableciendo un contacto íntimo con ella. Después del desarrollo embrionario y el nacimiento, el desarrollo del animal continúa. Este desarrollo postembrionario puede ser directo o indirecto. El desarrollo directo consiste en alcanzar el grado de madurez sexual sin cambios morfológicos aparentes, excepto el aumento de tamaño. El desarrollo indirecto consiste en que el animal surge de un huevo en estado larvario y, para pasar al estado adulto, debe sufrir cambios acusados en su morfología. A veces, existen distintos estados larvarios. En las siguientes imágenes se encuentran distintos tipos de larvas. Pasa el cursor sobre ellas y aparecerá en pantalla información sobre su nombre y a qué tipo de animales pertenecen. A veces, el desarrollo incluso, puede pasar por una fase en la que la larva no se alimenta y se envuelve en una estructura protectora, formando un capullo o pupa, construida por ella, mientras alcanza el estado adulto. En este caso, se dice que el desarrollo es indirecto y complejo.

LA CLONACIÓN Un clon es una unidad genéticamente igual a la unidad predecesora, de la que está clonado. La unidad puede ser molecular, clonando un gen, un grupo de genes, el ADN completo, una célula, un tejido, un órgano o un individuo completo. Los clones se producen de forma natural por división asexual. La clonación plantea una serie de problemas que están todavía por resolver. Clonación molecular La clonación de moléculas puede realizarse por dos procesos, la clonación acelular o la clonación celular. Clonación acelular: se conoce también como mecanismo de amplificación de ADN o ARN (PCR). Esta clonación puede tener dos objetivos, obtener gran cantidad de ADN para distintos fines, o determinar la secuencia de una porción pequeña de ADN en una disolución. Su aplicación es muy variada. Se usa para detección de secuencias de ADN, para la secuenciación de ADN, para rastreo de mutaciones, diagnóstico de enfermedades (parentales o no), para estudios evolutivos, detección de células tumorales, amplificación de ADN para clonación celular, etc. Clonación celular: este mecanismo utiliza células para clonar fragmentos de ADN, no es una clonación de células. Para ello, previamente se ha tenido que amplificar (es decir, conseguir muchas copias clonadas) el ADN que se quiere clonar. Después, insertar el ADN en vehículos, denominados vectores, que lo transportan e introducen en las células. El nombre que reciben estas células es anfitriones, y son las células que hay que cultivar, es decir, conseguir multiplicarlas en un medio de cultivo. Las células, cuando se multiplican, duplican el ADN propio y el fragmento que se desea clonar. De este modo se obtiene un elevado número de células que contienen el ADN que queremos clonar, llamado recombinante. El objetivo de este tipo de clonación puede ser la amplificación del ADN clonado con el fin de estudiar su secuencia, su estructura, para estudios filogenéticos o para identificación de mutaciones. También se utiliza este método para estudiar el mecanismo de regulación de los genes, su transcripción y su traducción. Otra aplicación está en la obtención de la proteína que codifica la secuencia de ADN clonado, ya sea para analizar la estructura de la proteína, para alterarla o comercializarla en función de sus propiedades. Ésta es la técnica utilizada para la obtención de insulina. Clonación de células, tejidos u órganos Se utilizan células troncales, capaces de formar otras células diferenciadas, que pueden originar tejidos o podrían formar órganos, debido a su totipotencia. Con este tipo de clonación obtenemos células compatibles con el adulto, que podrían diferenciarse a distintos tipos celulares, formando un tejido o recomponiéndole. Incluso un órgano. Esta técnica puede utilizarse en el caso de quemados, para generar células epiteliales, a partir de células troncales y disminuir el rechazo de transplantes de piel. Se ha intentado, en casos de diabéticos, introducir en células madre del páncreas, un gen «normal» productor de insulina. Estas células se diferencian para formar células de páncreas y se injertan en el paciente. También, se ha utilizado esta técnica en pacientes que han sufrido infarto cardiaco. A las células troncales se las hace madurar para formar células musculares cardíacas; se injertan en el corazón y suplen a las células muertas, regenerando la zona dañada por el infarto. Actividad 15 Bis Contiene una presentación Clonación de organismos La clonación de plantas se ha realizado en agricultura y jardinería desde hace mucho tiempo. El método de plantar «por estaca» supone coger una porción (una rama) de una planta e introducirla en la tierra, esperando que agarre y genere una raíz. Así, se consiguen plantas clónicas de la planta madre, con sus mismas carácterísticas. Durante siglos se ha buscado la mejora de razas en el ganado, seleccionando individuos con más carne y mejores productores de leche o lana. En agricultura se han seleccionado para el cultivo las variedades más vistosas, más resistentes y más grandes. La forma de conseguir estos nuevos individuos ha sido mediante cruzamiento de parentales con las carácterísticas deseadas, aunque esto no siempre se ha logrado. La utilización de hormonas para producir un aumento de tamaño o un crecimiento más rápido en animales destinados para alimentación humana está actualmente prohibida por las consecuencias negativas que aparecen en la salud de los consumidores. En la actualidad se utiliza la clonación de organismos para obtener organismos genéticamente modificados, conocidos por el público no científico como transgénicos. Se busca conseguir aislar los genes responsables del engorde, de la producción de leche, de la resistencia a infecciones, resistencia a herbicidas… La técnica en animales consiste en conseguir células que contengan el gen responsable de la carácterística deseada. Posteriormente, el núcleo de esa célula es insertado en un ovocito, del que previamente se ha extraído su núcleo. Después hay que conseguir que esa célula diploide se divida formando un nuevo individuo, tal como lo haría un cigoto formado por la fecundación del óvulo por el espermatozoide. Finalmente, para que desarrolle este embrión, hay que implantarlo en el útero de una hembra. Se puede modificar genéticamente el núcleo de la célula de un animal para, posteriormente, clonarlo. En este caso, al ovocito al que se le ha extraído el núcleo se le inyecta el núcleo con la información genética modificada. En el caso de vegetales se utilizan células con capacidad de división. A éstas se les añaden los genes seleccionados. A continuación, las células se cultivan en el laboratorio y se obtienen de ellas, plantas con carácterísticas distintas a la planta inicial. Son plantas clonadas. Problemas que plantea la clonación Los problemas que plantea la clonación surgen a partir de la clonación molecular, clonación de células y en la clonación de individuos. La clonación molecular genera distintos tipos de problemas, dependiendo del método empleado: Para poder realizar la clonación acelular de moléculas es necesario conocer la secuencia de ADN que queremos amplificar. Si esta secuencia no se conoce, no se puede realizar la clonación. Para poder realizar la clonación celular de moléculas es necesario realizar los siguientes pasos: Conocer la secuencia de ADN que se quiere clonar. Escoger un vector con suficiente eficacia como para insertar la secuencia de ADN. Encontrar las células que han sido recombinadas por el vector. Recoger el producto codificado por el ser clonado. La clonación de células tiene también inconvenientes. Hay que obtener células troncales. Las células troncales obtienen de: Células generadoras de tejidos concretos, denominadas células comprometidas o multipotentes, como las células que generan las células sanguíneas, en la médula ósea. Células totipotentes, capaces de originar todo tejido de cualquier estirpe celular. Este tipo de células sólo se pueden obtener de los primeros estadios de división celular en el desarrollo embrionario. Las células, a las que nos estamos refiriendo, son los blastómeros, que aparecen por segmentación del zigoto. Para poder utilizarlas se necesita trabajar con embriones. Este trabajo se puede realizar con células de animales, pero no humanos, ya que la ley actual no permite la utilización de embriones humanos. La ley desea, con esta prohibición, que no se llegue a desarrollar la tecnología necesaria para clonación de individuos humanos. Esta prohibición implica no poder descifrar los mecanismos por los cuales una célula totipotente se transforma en una célula comprometida, capaz de generar sólo un tipo de estirpe celular. La prohibición también impide investigar terapias para enfermedades imposibles de curar hasta ahora, como la tetraplejia, o crear órganos diseñados a medida para cada enfermo, sin que aparezcan rechazos en los trasplantes. La clonación de organismos genéticamente modificados plantea dos tipos de problemas: Un problema social: se ha promovido un rechazo a los organismos «transgénicos», puesto que se desconoce la influencia que puede acarrear el cambio genético en ese ser en el medio ambiente y en el consumidor. Problemas técnicos: la técnica es todavía demasiado reciente. Estos problemas técnicos son mayores en la clonación de animales que en la de vegetales.