Appunti Fisiologia Marina 1

ELETTRORECETTORI E ORGANI ELETTRICI

L'elettrorecezione si basa sulla presenza di elettrorecettori e di organi elettrici, quindi sulla possibilità di recepire e generare campi elettrici. Questa capacità sensoriale si ritiene esclusiva degli organismi acquatici perché è necessaria la presenza di un mezzo conduttore.

I campi elettrici possono essere di due tipi:

• generati da organismi che si muovono nell'ambiente circostante
• generati dall'animale stesso

Gli elettrorecettori, cellule sensoriali sulla cute derivate dai neuromasti della linea laterale, possono avvertire campi elettrici generati dalla contrazione muscolare di animali in movimento, nonostante siano campi elettrici molto deboli, oppure avvertire correnti deboli generate da organi elettrici di altri organismi, o correnti forti utilizzate per predazione o difesa.

Gli elettrorecettori possono essere costituiti da cellule cigliate sul fondo di canali pieni di materiale gelatinoso che

comuniciano con l'esterno attraverso pori [organi ampollari (ampolle del Lorenzini)] o da cellule gigliate contenute in una camera elettricamente isolata, priva da gel che comunica con la superficie esterna attraverso uno strato di cellule sottocutanee [organi tubulari, a loro volta divisi in mormiromasti e knollenorgan ("organo bulboso")]. Organi ampollari: Organi tuberosi:

Organi elettrici nei Teleostei - Organi tuberosi

I mormiromasti e knollenorgans sono invece organi di elettrolocazione ATTIVA e sono tipici dei Mormyridae, conosciuti proprio per operare una grande elettrolocazione attiva. Gli organi tuberosi presenta una camera delimitata da cellule epidermiche alla base ci sono gli elettrorecettori. La camera è connessa alla superficie attraverso un canale riempito di cellule lasse. Le parti sono comunque costituite da cellule piatte che isolato l'organo. Dei due tipi di organi tuberosi, gli knollenorgans sono utilizzati per intercettare le scariche.

Le correnti elettriche generate da altri mormidi durante l'elettrolocazione attiva, mentre i mormiromasti rispondono meglio al campo elettrico dell'animale stesso. Questi animali presentano infatti un organo elettrico localizzato sulla coda che genera correnti che fluiscono dall'estremità posteriore a quella anteriore, generando un campo elettrico costante. Qualunque oggetto si viene a trovare nel campo elettrico produrrà una distorsione, rilevata dagli organi tuberosi.

Knollenorgans

Questi organi presentano una singola camera che comunica con l'esterno tramite un poro, attraverso un canale riempito di cellule lasse. Troviamo un'alta resistenza sulle pareti del canale e una bassa resistenza nel canale al passaggio del campo elettrico; gli elettrorecettori sul fondo presentano microvilli per aumentare la superficie recettiva.

Sono specializzati per riconoscere le correnti elettriche provenienti da campi elettrici di conspecifici, e sono utilizzati quindi per la comunicazione.

11MormiromastiSono specializzati per l'elettrolocalizzazione attiva quindi per la ricezione di segnali elettrici provenienti dal campo elettrico dell'animale stesso. Comunicano con l'esterno attraverso un poro, che si apre su un canale pieno di cellule lasse. È formato da due camere sensoriali, nella camera esterna sono presenti dei recettori, chiamati cellule A che rispondono ai cambiamenti di ampiezza delle scariche dell'organo elettrico, mentre nella camera più interna sono presenti recettori chiamati cellule B, che recepiscono il cambiamento della morfologia delle onde del campo elettrico. I mormiridi hanno organi elettrici costituiti da un numero di elettrociti che generano deboli correnti attorno all'animale. Gli elettrociti sono cellule piatte, multinucleate disposte in serie; hanno due facce molto diverse, una parte riceve le afferenze colinergiche ed è piatta, mentre l'altra è a contatto con i capillari sanguigni e ha unasuperficie più irregolare, ma la differenza principale è funzionale. La faccia posteriore è quella innervata da afferenze colinergiche e presenta dei recettori nicotinici, caratteristica in comune con le fibre muscolari e ci sono dei canali voltaggio - dipendenti per il sodio e per il calcio. Sull'altra membrana invece troviamo pompe Na+/K+ che buttano fuori il sodio che sta nella cellula e accumulano potassio; in questo modo mantengono un gradiente. Quando l'elettrocita è al riposo si misura una differenza di potenziale di 85 mV, sia sul lato anteriore che su quello posteriore. Gli elettrociti sono innervati da motoneuroni del midollo spinale che a loro volta ricevono segnali da un nucleo di comando (pacemaker) localizzato nella regione basale del midollo spinale. Il segnale arriva alle sinapsi colinergiche che rilasciano acetilcolina, i recettori nicotinici sono stimolati e c'è l'apertura dei canali che fanno passare cariche positive in.

entrata.Queste cariche portano ad una depolarizzazioneche fa poi aprire i canali voltaggio dipendenti, esi incrementa il numero di canali che fanno entrare cariche positive.Se registro il potenziale di membrana in questo momento, trovo una depolarizzazione molto consistente(+65 mv). Questa depolarizzazione non si estende alla parte anteriore della membrana, perché troviamoi canali del potassio sempre aperti, quindi le cariche positive provenendo da dietro non fanno in tempo adepolarizzare la membrana perché c'è un'uscita di cariche positive con il potassio. Quindi nella stessa cellula, abbiamola membrana da una parte moltodepolarizzata (+65mv) e dall'altraparte rimane a -85mv. C'è unadifferenza di potenziale di circa150 mv.Ogni cellula è stimolata nello stessomomento quindi i potenzialitranscellulari sono sommati e con 3elettrociti, la differenza totale dipotenziale è già 450 mv. Questadifferenza di potenziale

genera un flusso elettrico che si spande nel volume conduttore nell'ambiente esterno.
Sternopygus macrurus (gimnotide): il campo elettrico varia tra notte e giorno o sulla base delle interazioni sociali.
Nelle condizioni di giorno o quando è solo, il campo elettrico è molto ridotto e un oggetto anche molto vicino può non essere rilevato. In queste condizioni, gli elettrociti esprimono soltanto pochi canali sulle loro membrane e il campo elettrico ha un'estensione minore a causa del minore numero di cariche positive che vanno a depolarizzare la membrana.
Da cosa dipende la diversa espressione dei canali?
Dipende da un ormone (ACTH, adenocorticotropo) che durante la notte o in seguito ad interazioni sociali è maggiormente in circolo. A livello degli elettrociti, ha l'effetto di stimolare l'esocitosi, quindi ad alti livelli di questi ormoni, gli elettrociti esprimono più canali e l'estensione del campo elettrico aumenta.
Che c'entra

L'esocitosi è un processo mediante il quale i canali vengono inseriti nella membrana cellulare. Le proteine vengono sintetizzate nel reticolo endoplasmatico e poi inserite sulla membrana del reticolo endoplasmatico. Successivamente, attraverso l'apparato di Golgi, vengono espulse tramite delle vescicole, le cui membrane si fondono con quella della cellula, formando così i canali.

Quando i livelli di ACTH sono bassi, si verifica un fenomeno opposto chiamato endocitosi. In questo caso, porzioni di membrana vengono utilizzate per formare la membrana delle vescicole, che vengono poi riassorbite dalla cellula.

Ogni individuo genera un proprio campo elettrico e una propria morfologia. Quando due individui si incontrano, si verificano due tipici pattern. Eigenmannia è famoso per ciò che accade durante questi incontri, in quanto uno o entrambi gli individui modificano la frequenza delle scariche elettriche al fine di riconoscersi reciprocamente.

Il proprio campo elettrico senza confonderlo con quello del conspecifico. Elaborazione del segnale elettrico nei Teleostei 13 Il cervello di un mormiride ha una conformazione particolare e si può notare un notevole sviluppo delle aree celebrali deputate all'elaborazione dei segnali elettrici. Il cervello umano è formato da anteriore telencefalo che ha la corteccia celebrale ed è la parte più avanzato. Il diencefalo ha talamo e ipotalamo, dove si trovano i nuclei che raccolgono le informazioni sensoriali da cui vengono poi diramate verso le aree della corteccia. Mesencefalo e rombencefalo sono le più antiche e sono quelle che controllano le attività generali, tipo respirazione, cuore. Quindi azioni che non operiamo volontariamente. Poi abbiamo il midollo spinale che conducono i messaggi alla muscolatura. Il cervelletto è una struttura "accessoria", posteriore al cervello, è coinvolta nella coordinazione e organizzazione dei

movimenti e per l'apprendimento motorio. Non ha funzioni cognitive. La differenza con i pesci è la grandezza del cervelletto che occupa buona parte del cervello. Il cervelletto ha un ruolo primario per i segnali che arrivano dagli elettrorecettori. I segnali degli organi tuberosi e ampollari sono convogliati tramite l'VIII nervo cranico (che innerva anche la linea laterale). Questi segnali tramite il midollo allungato arrivano all'ELL = lobo elettrosensorio della linea laterale. Da qui, diverse proiezioni arrivano al toro semicircolare (TS) del mesencefalo invia proiezioni a diverse zone del cervelletto, i lobi C1, C2 e C3 e VC (valvola del cervelletto), dove vengono elaborate le informazioni degli elettrorecettori. Una parte di queste afferenze si muovono verso il nucleo di precomando (Nc) che può deviarle verso il nucleo pacemaker del midollo, che può modificare e controllare l'attività degli organi elettrici. Questo circuito trasforma

Informazioni sensoriali proveniente dagli elettrorecettori in stimoli che regolano l'attività stessa dell'organo elettrico. Nel nucleo ELL, è stata trovata un'organizzazione molto specifica, dove le afferenze provenienti dagli elettrorecettori si dividono in maniera molto ordinata e sono ricevute da cellule piramidali che raccolgono gli input e che poi integrano con altri segnali provenienti da nuclei vicini in modo che il segnale proveniente poi da queste cellule sia già complesso abbastanza da essere utilizzato poi una volta uscito dal ELL. Le cellule E si attivano quando aumenta l'intensità della scarica mentre quelle di tipo I quando diminuisce l'intensità.

Organi elettrici negli Elasmobranchi - Organi ampollari. Gli organi ampollari sono presenti in tutti gli elasmobranchi e sono distribuiti nella regione cefalica.