¡Qué sensaciones!
2004/01/01 Agirre Ruiz de Arkaute, Aitziber - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
Hoy el sapo es hambre. Durante varios días no ha comido nada. No ha encontrado comida y si sigue así, pronto comienza a enfermar. Si una mosca muerta colgaba de un hilo, parado, sin movimiento, el sapo no lo vería. Y es que la retina de los sapos sólo ve movimiento. Aunque esté a punto de morir de hambre, no podría ver allí, a la altura de los ojos, la comida dulce que ha quedado inmóvil.
Sin embargo, la retina humana y de otros primates no puede detectar el movimiento. Sólo ve imágenes fijas, por lo que el cerebro debe hacer el resto. Las conexiones especializadas entre las neuronas nos permiten detectar el movimiento: vemos una imagen detrás de la otra, muy rápidamente.
Pero esta no es la única diferencia entre nosotros. Los seres humanos no podemos ver la luz o el color de cualquier longitud de onda. Muchos insectos también ven ultravioletas, y las serpientes de castañuelas, como los infrarrojos. Pero nosotros sólo podemos ver los colores entre el rojo y el azul; el resto de colores nos resultan invisibles.
Está claro que en gran medida cada especie animal ha tenido su propio desarrollo sensorial. Esa es la gran variedad que ha producido en la naturaleza. El sistema nervioso de cada especie sólo reacciona ante determinadas vibraciones, colores o características, no ante cualquier señal. Y ello, sin duda, ha limitado la evolución de la especie.
Cada sentido una lengua
De hecho, el cerebro es el que interpreta todas las imágenes, sonidos, sabores, texturas y olores que recibimos del medio. Al final todos llegan al cerebro. Pero en el origen, cada estímulo tiene un carácter totalmente diferente: químico, mecánico, electromagnético… De este modo, no se percibe de la misma manera un sonido o un color, y el cuerpo ha tenido que diseñar una estructura específica para detectar cada tipo de estímulo. Células sensoriales con características y formas muy especiales en los ojos, la nariz, la piel, la lengua y otros órganos de los sentidos.
En el oído, por ejemplo, existe un complejo sistema óseo que amplifica las vibraciones de los sonidos. Gracias a ello, las células sensoriales situadas en la parte más oculta del oído destacan el sonido y el movimiento —estímulos mecánicos—, aunque estos estímulos son muy pequeños. Para ello, las células poseen en su extremo estructuras pilosas especiales. Son cilios. Y las vibraciones mecánicas de las ondas de los sonidos los mueven y agitan. Este peculiar baile de los cilios le informa al cerebro de las características del sonido escuchado: frecuencia, intensidad, duración… Toda la información con un solo baile.
La forma de detectar los olores es completamente diferente, no es posible detectarlos a través de los cilios. Las células sensoriales nasales tienen un receptor o receptor específico para conocer cada molécula olorosa en la membrana externa. Hay miles de moléculas olorosas y tantos receptores como éstas. Asociado a la molécula, el receptor identificará el olor.
Esto ha sorprendido mucho a los científicos. ¿Cómo una sola célula puede producir tantos receptores diferentes? La mayoría de los receptores parecen tener la misma estructura tridimensional básica, es decir, tienen una composición similar a la de los aminoácidos. Pero unos pocos aminoácidos son diferentes. Son aminoácidos clave, que realmente conocen el olor. Los receptores parecen tener una variabilidad suficiente para conocer miles de olores.
Sin embargo, parece que la propia vibración de las moléculas también influye. Así lo atestigua la innovadora teoría publicada en 1996 por el investigador Luca Turín. Según esta teoría, el receptor, en lugar de detectar la forma de la molécula, detectaría de alguna manera la vibración de la misma, lo que explicaría la naturaleza del olor. La teoría es totalmente innovadora en biología.
Por otra parte, la vista trabaja muy de otra manera. De hecho, las células del ojo especializadas perciben una energía muy distinta: las ondas de luz. El medio, como refleja la luz, emite continuamente información sobre sí mismo a través de ondas de luz. Para detectar esta energía, la retina de los ojos tiene células especiales sensibles a la luz. Las células cónicas, por ejemplo, distinguen los colores.
Sin embargo, a diferencia del oído, existen muchos menos receptores de luz. En lugar de disponer de una proteína especializada para absorber la luz de cada color, los seres humanos sólo disponemos de tres proteínas, cada una de ellas absorbe en una determinada longitud de onda. Uno en la zona de luz roja, otro en la de verde y otro en la de azul. Por eso percibimos los colores de la combinación de estos tres colores básicos.
En general, si nos fijamos en los mecanismos básicos de las estructuras que reciben información del entorno, algo que tienen en común es que los estímulos se reciben en todos los casos a través de la membrana plasmática de la célula. Los cilios, los receptores de olores y los receptores de colores, todos ellos están embebidos en la membrana. De hecho, la membrana es la única estructura celular que tiene una comunicación directa con el exterior de la célula, por lo que ha tenido que desarrollar estructuras específicas para detectar estímulos externos.
Conversión de señal
Aunque los tipos de estímulos son diversos, el cerebro sólo conoce un idioma: el eléctrico. Por tanto, las células sensoriales tienen dos funciones principales: detectar el estímulo ambiental y realizar la conversión de la señal, es decir, traducirla al lenguaje que el cerebro entiende. Para ello es necesario transformar la energía química, electromagnética y mecánica en energía eléctrica. Y ese impulso eléctrico lo transportan con neurona hasta el cerebro a través de la enorme red neuronal del cuerpo.
La conversión de la señal se produce también en la membrana plasmática de las células y es similar para todas las neuronas sensoriales. Por ejemplo, cuando los silos del oído reciben sonido, se activa la entrada de varios iones en el exterior de la célula. Estos iones suelen ser moléculas minúsculas cargadas que se introducen en la célula mediante canales especiales. La introducción de iones en la célula es una forma eficaz de transformar la energía mecánica en energía eléctrica.
De hecho, el flujo de los iones informará de la frecuencia, intensidad y duración del sonido en forma de señal eléctrica. Así, el cerebro podrá procesar las señales y saber si el estímulo que ha recibido es la voz humana, una agradable canción de pájaros o una gota de agua caída en el suelo.
Lo mismo ocurre con los demás sentidos. Inmediatamente después de detectar sabores, imágenes, etc., los iones entran en todas las células sensoriales. La introducción de estas moléculas cargadas altera el potencial de carga natural de la membrana y, por tanto, la célula se despolariza modificando la carga normal de la membrana. Desde un extremo de la neurona hasta el otro se va despolarizando la membrana, extendiéndola como una onda despolarizadora. Como un efecto dominó. Así, el cuerpo transportará la información hasta el cerebro en forma de impulso nervioso. Neurona con neurona hasta el centro de control corporal.
Los órganos sensoriales no lo sienten
Al fin y al cabo, el cerebro es el que escucha, ole, toca, ve o saborea; los órganos de los sentidos son sólo los traductores de la información. El ejemplo más claro de ello son las alucinaciones. Se producen sin ningún tipo de estímulo externo: el cerebro, sin estar a la altura de los ojos, ve imágenes determinadas, no hay sonido y el cerebro puede oír gritos increíbles.
Las alucinaciones producen diversas drogas. No porque sean sustancias extrañas al cuerpo, sino al revés, porque tienen una gran similitud con varias moléculas del cuerpo. Neurotransmisores. Las drogas actúan como neurotransmisores en las sinapsis entre neuronas que conectan los órganos sensoriales y el cerebro. A través de las neuronas llega al cerebro un falso mensaje eléctrico. De este modo, el cerebro detecta sensaciones que no están a su alrededor y transforma la realidad.
Pero a veces, además de las drogas, los neurotransmisores propios del ser humano nos engañan. No hay más que ver el ejemplo de personas que pierden un miembro en un accidente. Pueden sentir y mover la parte del cuerpo perdida. Las intrigas del cerebro.
Los insectos tienen una visión colorista muy buena; los colores juegan un papel fundamental en la vida de estos animales. Las abejas, por ejemplo, cuando buscan polen prefieren flores azules y amarillentas. Pero los que vemos azul o amarillo son otros colores para las abejas. Las abejas no pueden ver el rojo, no están dentro del espectro que pueden ver estos insectos.
Como los seres humanos tenemos una especial sensibilidad al rojo, al amarillo y al azul, las abejas tienen respecto al amarillo, al azul y al ultravioleta. Como nosotros forman las imágenes con tres colores básicos, pero otros tres básicos. En consecuencia, percibimos mundos muy diferentes; como ven claramente los colores ultravioletas, en las flores de las abejas aparecen combinaciones de colores completamente diferentes.
A la hora de comer empezamos a disfrutar de los dulces. Cada uno tiene una comida que más le gusta: naranjas, chocolate o croquetas. ¿Pero qué tienen de dulce estos alimentos que nos gustan, el sabor o el olor? A menudo resulta difícil distinguir entre ambos sentidos.
Y es que muchas veces lo que llamamos sabor no es más que el olor que produce la comida. Nuestras células gustativas sólo distinguen cuatro sabores: salado, amarga, dulce y ácido. El resto de sabores son sólo perfumes, que llegan a través de las fosas nasales hasta las células sensoriales del olfato.
Si no, no hay más que ver: cuando pillamos el catarro y comemos con la nariz cerrada, ¡la comida apenas tiene sabor! La croqueta que hemos comido será salada o dulce, pero no tendrá sabor a croqueta. El porqué está claro: ¡el 80% del gusto de croqueta es sólo olor!
El olfato ayuda a los animales a identificar comida, compañeros y predadores. Es el sentido más antiguo desde el punto de vista evolutivo, pero todavía está a punto de dilucidar cuál es la base molecular del olfato. La teoría más aceptada se basa en lo expuesto por Linus Pauling en 1946, que el tamaño y la forma de las moléculas olorosas son lo que los receptores nasales conocen.
En los últimos años, sin embargo, está emergiendo una nueva teoría. Por el momento no está totalmente aprobado, pero está dando mucho que hablar. El principal impulsor de esta nueva teoría es el italiano Luca Turin. En su opinión, no es la forma de las moléculas la que da carácter al olor, al menos no sólo eso. “Lo que confiere al olor carácter es el espectro vibracional de la molécula, que es el conocido por los receptores nasales”.
Según Turín, los receptores trabajan como verdaderos espectrofotómetros biológicos. Además, al igual que los receptores oculares sólo conocen ciertos colores, los receptores nasales también conocerían ciertas vibraciones básicas, no cualquier tipo. Y la combinación de este tipo de vibraciones básicas daría olores diferentes.
Todas las moléculas vibran. Las vibraciones están limitadas por enlaces interatómicos, por lo que cada molécula tiene vibraciones de una determinada energía. Cuando la molécula olorosa entra en el receptor, el efecto túnel consiste en la transferencia de electrones de la molécula olorosa al receptor. Así destaca el receptor las vibraciones de la molécula.
Si se acepta la teoría de Luca Turin, la explicación que se ha dado al funcionamiento del olfato cambiaría radicalmente. Algunos creen que es un descubrimiento suficiente para recibir el premio Nobel, ya que hasta ahora no se conoce un receptor capaz de detectar las vibraciones de las moléculas en los seres vivos. El tiempo lo dirá.
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