7. COORDINAZIONE NERVOSA. T. Lucon Xiccato Dip.Scienze della Vita e Biotecnologie

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3 SISTEMA NERVOSO permette comunicazioni rapide per il controllo, la coordinazione, e la responsività delle funzioni corporee a stimoli interni ed esterni. Si basa su informazione trasmessa come potenziale elettrico Sistema endocrino: svolge un ruolo simile ma basato su sostanze chimiche rilasciate nel sangue e su tempi piu lenti

4 Trasmissione del segnale Assone generalmente in fasci: nervi Neurone: cellula specializzata nella ricezione e trasmissione di impulsi nervosi. Funge da minima unità funzionale del sistema nervoso. Ne esistono differenti tipologie. Ricezione del segnale Neuroni sensoriali o afferenti: collegano i recettori al sistema nervoso e ne traducono un segnale di stimoli ambientali ad impulsi nervosi. Neuroni motori o efferenti: controllano muscoli, ghiandole ecc. Interneuroni: connettono altri neuroni, sono i più abbondanti.

5 A riposo, la cellula nervoso ha uno squilibrio ionico rispetto all ambiente esterno, detto potenziale a riposo. Il potenziale è creato da una pompa sodio/potassio che porta attivamente (tramite l uso di ATP) ioni sodio Na+ all esterno, mentre il potassio K+ è mantenuto all interno dalla presenza di grandi anioni. Per trasmettere un segnale entro neurone, si ha un cambiamento del potenziale elettrico della cellula nervosa, detto potenziale d azione. Apertura istantanea dei canali Na+ che fanno entrare questo ione nella cellula, invertendo la polarità (depolarizzazione) Le sinapsi poi permettono di trasmettere il segnale tra neuroni. Questo processo si basa sul rilascio di molecole dette neurotrasmettitori per mezzo di esocitosi di vescicole. I neurotrasmettitori si legano brevemente a recettori specifici sul neurone postsinaptico causando l apertura dei canali Ca+ e la depolarizzazione

6 Evoluzione del sistema nervoso = aumento di complessità

7 Evoluzione del sistema nervoso = aumento di complessità Negli animali più semplici, come gli cnidari sessili, il sistema nervoso è una rete diffusa senza strutture centralizzate. E presente sia nell epidermide che al di sotto di essa Ogni impulso viene trasmesso in ogni direzione Gli impulsi sono generalizzati, non specifici Permetto l emissione di risposte semplici come i riflessi: es. l attivazione di un sensore epidermico causa un movimento muscolare Nelle meduse c è pero un anello di nervi che riceve informazione da tutti i sistemi sensoriali: prototipo di sistema centralizzato

8 Negli vermi piatti e anelidi appare un sistema nervoso più complesso e bilaterale Sono presenti delle strutture centrali e delle strutture periferiche. Ogni impulso viene ai gangli centrali (direzionalità). 1 - cervello, 2 - commissura perifaringeale, 3 - ganglio ventrale, 4 - tratto di nervo periferico Nel lombrico due cordoni nervosi sono fusi ed è presente un vero e proprio cervello Si differenziano nervi sensoriali e motori Sono presenti gangli segmentali che coordinano localmente il movimento

9 Negli artropodi e nei cefalopodi la dimensione dei gangli aumenta e cosi la complessità del sistema. Il modello di base del sistema nervoso rimane pero invariato: sistema centrale + sistema periferico formato da gangli uniti da cordoni nervosi Nella seppia la centralizzazione del SN nervoso e molto marcata

10 Vertebrati: evoluzione del SN nervoso caratterizzata dall encefalizzazione = diversificazione estrema tra SN centrale e periferico Si assiste ad un aumento di complessità ed ad un aumento di dimensioni nei taxa evolutivamente piu recenti

11 Struttura di base del cervello dei vertebrati Coordinazione ormonale

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13 Le zecche percepiscono 3 segnali dal mondo esterno: acido butirrico, temperatura elevata e presenza di superfici pelose MAMMIFERO OSPITE A dx il mondo a ultravioletto degli insetti impollinatori

14 Dispositivi che trasmettono al SNC segnali provenienti dall ambiente e concorrono alla loro interpretazione. Per ogni animale i tratti caratteristici dell ambiente sono strettamente correlati dalle qualità delle informazioni che essi ricavano dai loro dispositivi sensoriali stimolo Trasduzione del segnale Recettore Segnale nervoso SNC

15 Avverte lo stimolo di natura chimica o fisica RECETTORE Proteina di membrana Modifica il flusso di ioni attraverso la membrana - genera il potenziale d azione - rilascia neurotrasmettitore

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17 1. Chemiorecezione: basata su segnali chimici gusto e olfatto Es. cellule olfattive nella cavità nasale dell uomo: recettori con ciglia che si legano a determinate molecole dissolte in aria e mandano un segnale elettrico al SN. Ogni composto odoroso attiva una serie precisa di differenti recettori formando un codice unico. L organo di Jacobson: sistema olfattorio ausiliare per la comunicazione tra individui tramite feromoni In alcune specie le prestazioni chemorecettive sono amplificate da strutture apposite come barbigli

18 2. Meccanorecezione: sistemi sensibili a forze quantitative (pressione, peso, vibrazione (anche suono), gravità...) TATTO Il copuscolo di Pacini è il tipico meccanocettore dei mammiferi. Consiste in una fibra nervosa terminante in una a capsula formata da una serie di strati di tessuto connettivo. Se si applica una pressione due o piu strati si avvicinano e questo provoca un potenziale di recettore che a sua volta provoca un potenziale di azione. Se la pressione continua, allora il recettore smette di rispondere. Negli insetti si sono evolute altre tipologie di meccanorecettori come setole

19 2. Meccanorecezione: sistemi sensibili a forze quantitative (pressione, peso, vibrazione (anche suono), gravità...) Nei pesci esistono strutture recettrici dette neuromasti che si dispongono sulla superficie corporea o in un canale detto linea laterale. Sono delle ciglia all interno dei neuromasti che svolgono la funzione recettiva, permettendo di percepire variazioni di pressione dell acqua.

20 2. Meccanorecezione: sistemi sensibili a forze quantitative (pressione, peso, vibrazione (anche suono), gravità...) SUONO: percepito principalmente dai vertebrati Farfalle e il grilli hanno un sistema di percezione dei suoni basato su membrane che si muovono a causa delle onde di pressione nell aria. Altri invertebrati usano flagelli le cui vibrazioni sono registrate e trasmesse grazie a scolopidi

21 2. Meccanorecezione: sistemi sensibili a forze quantitative (pressione, peso, vibrazione (anche suono), gravità...) SUONO: percepito principalmente dai vertebrati L orecchio dei vertebrati era ancestralmente un organo per l equilibrio solamente. Utricolo e sacculo consentono di percepire variazioni nell pressione di un fluido interno grazie alla presenza di ciglia.

22 3. Elettrocezione: è la capacità di pesci di rilevare e localizzare oggetti che li circonda. Permette di pesce elettrici di cacciare e navigare di notte o in acque torbide in assenza di segnali visivi. Un oggetto conduttore o isolante causa distorsione delle linee del campo elettrico. Questo provoca nella zona della pelle vicina all'oggetto una tensione diversa rispetto al resto del corpo, che i pesci possono monitorare con gli elettrocettori

23 4. Fotorecezione: sistemi sensibili alla luce OCELLO: Forma semplice di occhio che si trova in meduse, stelle marine, molluschi e vermi piatti. Ci sono dei pigmenti non organizzati e non sono presenti lenti o altre strutture ausiliarie

24 4. Fotorecezione: sistemi sensibili alla luce Artropodi: composto da molti ommatidi che percepiscono il segnale fotico indipendentemente uno dall altro. L immagine risulta quindi essere un insieme di immagini ripetute. La risoluzione di questo occhio è limitata ma è efficientissimo nella percezione del movimento.

25 4. Fotorecezione: sistemi sensibili alla luce

26 CONCETTI CHIAVE Funzione SN: comunicazione rapida con segnali elettrici Unità funzionale SN: neurone (corpo + dendriti+ assone) segnale= depolarizzazione di membrana neurotrasmettitori tra le sinapsi Diversità negli animali (in ordine di complessità) 1) Cnidari - Hydrozoi: reticolo non direzionale, senza strutture centralizzate 2) Cnidari più complessi: presenza di anello di nervi con funzioni più centrali 3) Anellidi, vermi piatti, insetti e cefalopodi: gangli centrali o vero cervello, più coppia di cordoni nervosi e gangli secondari 4) Vertebrati: aumento cefalizzazione e aumento complessità del SN centrale: il cervello di suddivide in 3 parti principali (prosencefalo, mesencefalo, rombocefalo) che possono sviluppare funzionalità indipendenti.

27 CONCETTI CHIAVE ORGANI DI SENSO: basati su differenti tipi di recettori che trasducono un segnale in un potenziale di azione del sistema nervoso Chemiorecezione: trasduce segnali chimici come gusto e olfatto Meccanorecezione: trasduce pressione peso gravità vibrazione (anche il suono è una vibrazione!) Elettrocezione: trasduce variazioni di campo elettrico causate da oggetti Fotorecezione: trasduce segnali fotici Termorecezione: rileva informazione termica