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La visión tricolor éxito en la evolución de los Primates

08 domingo May 2022

Posted by José Félix Rodríguez Antón in Bioquímica, Célula, CIENCIA, Genética

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Etiquetas

antropología, Evolución, fisiología, Genética, Primates, tricomía, visión tricolor

A lo largo de su evolución, mientras que los Primates se iban independizando progresivamente del sentido del olfato se hacían dependientes del de la vista. Los primates para discriminar los colores rojo-verde tenían más ventaja para detectar frutas maduras u hojas jóvenes, con una mayor supervivencia y heredando los genes que permiten la visión tricromática.

La visión de los colores en los humanos y otros primates es diferente de la de los mamíferos no primates. Parece que la tricomacia (tres pigmentos activados por la luz en la retina del ojo) de los primates es una cosa exclusiva, las investigaciones sobre la genética, biología molecular y neurofisiología nos ayudan a entender su evolución.

La tricromacia se debe a que la retina (la capa de células nerviosas del ojo que captura la luz y transmite la información visual al cerebro) utiliza para la visión de los colores solo tres tipos de pigmentos que absorben la luz.
La teoría más aceptada (Young-Helmholtz) o tricromía explica los tres tipos de receptores para los colores principales: rojo, verde y azul. En 1802, Thomas Young sugirió que la visión de los colores en los seres humanos es tricromática. Debido a que los conos de la retina contienen tres tipos de receptores, los cuales corresponden a una longitud de onda larga (rojo), mediana (verde) o corta (azul).

Los espectros de absorción están solapados para los tres fotorreceptores, poseen un pico para longitud de onda:
– 420 nm azul pigmento S (onda corta)
– 530 nm verde pigmento M (onda media)
– 560 nm rojo pigmento L (onda larga)

La tricromacia no es general en el reino animal. La tricromacia de los primates parece una cosa insólita, el ojo tricromático podría distinguir entre 1559 tonalidades diferentes, pude percibir una infinita gama de colores entre el amarillo, el azul y el rojo. Los mamíferos no primates son dicrómatas (dos tipos de pigmentos visuales el amarillo y el azul) como el perro y el gato. Algunos mamíferos nocturnos solo tienen un pigmento: monocromacia. La tetracromacia se da en peces de aguas dulces y en reptiles y aves diurnas. Los seres acromatópsicos no tienen capacidad de precepción del color y se desarrollan en medios sin luz como peces abisales o rapaces nocturnas.

Los monos de gran tamaño como macaco y chimpancé de Asia y África del Viejo Mundo o catarrinos, tienen visión tricromática. Los monos de pequeño tamaño de América del sur del Nuevo Mundo o platirrinos, son dicromáticos.

El receptor azul: está codificado por un gen autosómico localizado en 7q31.3-q32, para el pigmento S localizado en un cromosoma no sexual.
Los genes para los receptores del rojo y el verde: se localizan en el cromosoma X en Xq28, para la longitud de onda L localizado en el cromosoma X.

Hace 800 millones de años, un pigmento visual ancestral divergió por duplicación que originó el pigmento de los bastones (la rodopsina) y otro pigmento de los conos sin diferenciar.
Hace 500 millones de años, por duplicación se originó un gen para el pigmento azul (bajas longitudes de onda) y otro gen para un pigmento verde-rojo (medianas longitudes de onda).
Hace 30-40 millones de años, después de la separación de los monos del Viejo Mundo y el Nuevo Mundo, se duplicó el gen para el pigmento verde-rojo, haciendo portadora de dos alelos diferentes del gen para el pigmento onda media-larga. De esta forma los monos del Viejo Mundo poseen visión tricolor y los del Nuevo Mundo tienen visión dicromática (azul y verde-rojo).

Así la Tectónica de Placas nos explica como los monos del Viejo y Nuevo Mundo empezaron a separarse hace 40 millones de años, divergiendo en dos mecanismos diferentes de visión.

Los Primates nocturnos poseen grandes ojos y prácticamente solo hay bastones, con poco poder de resolución pero que responden a bajas intensidades de luz. Los primeros mamíferos evolucionaron en una explosión durante el periodo Jurásico, para encontrar comida y sobrevivir frente a los dinosaurios depredadores dominantes durante el día.

Los análisis de los genes nos aportan información sobre la evolución de la tricromacia a partir de la visión de los colores en los mamíferos no primates. A partir de ratones transgénicos (a los que se les ha insertado un gen de un pigmento humano) estos roedores distinguen más colores.
Amanda Melin llevo a cabo un estudio con dos grupos de monos:
– dicromáticos del Nuevo Mundo (catarrinos), con canal cromático “blue-yellow”
– tricomáticos del Viejo Mundo (platirrinos), que tienen canal cromático “red-green” y su capacidad para distinguir la fruta del follaje herbáceo, con variación del alelo L-M del gen opsina del cromosoma X vio que el “contraste de luminosidad” (propio de la visión acromática) es lo que determinaba la eficiencia en la variación, contrario a lo que se pensaba de la cromática que aporta más definición en tonalidad y saturación del color.

En el fondo del ojo existen millones de células especializadas en detectar longitudes de onda procedentes del entorno. Estas células son principalmente los conos y los bastones, recogen los elementos del espectro de luz solar y las transforman en impulsos eléctricos, que son enviados al cerebro a través de los nervios ópticos. El cerebro a través de la corteza visual del lóbulo occipital, hace consciente la percepción del color.

Los conos se concentran en una región cercana al centro de la retina llamada fóvea. La cantidad es de 6 millones. Son los responsables de la visión del color, sensibles al rojo, verde y azul. Son los responsables de la definición espacial, intensidad de la luz y proporcionan visión fotópica (visión a altos niveles).


Los bastones se concentran en las zonas alejadas de la fóvea y son los responsables de la visión escotópica (a bajos niveles). La cantidad de bastones se sitúa alrededor de 100 millones y no son sensibles al color, son más sensibles a la intensidad luminosa que los conos.


Las alteraciones genéticas llevan asociadas patologías como el daltonismo: alteración de la capacidad de discriminar los colores. También hay “acromatopsias”: falta de visión de los colores; «discromatopsias»: cegueras parciales de los colores.
El “fenómeno de adaptación de los conos”, se agotan de mirar un mismo color y entonces el cerebro lo ve con un brillo menor. Se tiene la ilusión óptica de que los colores o dibujos se están moviendo.
La entrada de la luz también está regulada por la pupila, que pude producir “midriasis” (aumenta la entrada de luz) o “miosis” (disminuirla).

Bibliografía:

• Valls, Arturo; “Introducción a la antropología”, Ed. Labor; 1980

• Guyton y Hall; “Fisiología del ojo” Ed. Elsevier; 2016

Fisiologia ojo cap 50 guyton from Rocio Delgado
http://ual.dyndns.org/biblioteca/fisiologia/Pdf/Unidad%2010.pdf

• Gerald H. Jacobs & Jeremy Nathans; “Evolución de la visión de los colores en los primates”; Investigación y Ciencia; 2009


• Urtubia Vicario, Cesar; “¿Por qué los primates son los únicos mamíferos que poseen visión tricromática”; Congreso Nacional del Color; Universidad de Alicante; 2010


• Fernández Jacob, Carmen; “Evolución y filogenia de la visión cromática”; Hospital La Paz; 2014


• Amanda Melin y cols.; “Importance of achromatic contrast in short-range fruit foraging of primates”; PLoS One 3; 2008


• Benjamin A. Pierce“Genética” Ed. Panamericana; 2010


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Fisiología de Alto Rendimiento y las edades

06 domingo Feb 2022

Posted by José Félix Rodríguez Antón in Bioquímica, CIENCIA, SANIDAD

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Etiquetas

alto rendimiento, atleta, edades, fisiología, INEF, Nadal

La Edad del Alto Rendimiento se inicia con la maduración del individuo en lo que es fuerza y resistencia, pudiendo llegarse en estado óptimo hasta los 35 años o más. Cada deporte tiene su edad de alto rendimiento con picos, es necesario programar los entrenamientos a lo largo de la vida del deportista para llegar en condiciones óptimas y no especializarse en edades tempranas.


Existen diferentes tipos de edades:

  • Edad Cronológica: la del documento de identidad
  • Edad Biológica: implementada por el desarrollo del individuo: una edad temprana, maduración normal y maduración tardía.
  • Edad Deportiva: años de preparación que lleva el deportista.
  • Edad Psicológica: disposición y estado de animo del deportista según la experiencia vivida
  • Edad de Alto Rendimiento: equilibro de todas las edades en el máximo rendimiento deportivo.

Los diferentes tipos de entrenamiento que hay en las diferentes edades son:

  • 19-22 años: predomina el VO2 máximo
  • 21-24 años: predomina glucólisis anaeróbica
  • 23-30 años: predomina el Anaeróbico Aláctico (ATP y CP)
  • 25-34 años: predomina el Maxlass (estados estables de lactato) y deportes de dondición intermitente

En la vida deportiva hay diversos grados:

  • edad de inicio: de 6 a 11 años
  • edad de desarrollo deportivo: de 12 a 15 años, desde la pubertad cuando se inician los programas de entrenamiento deportivo para incremetar la fuerza y la resistencia
  • edad de rendimientos: sobrecarga con entrenamientos especializados.

En los últimos años la edad de rendimiento se ha prolongado, así en el tenis los 10 primeros en el ranking, entre los años 2000 y 2013 era de 25 años y entre 2014 y 2019 de 28 años. Los 39 primeros del ranking se sitúan por encima de los 30 años.
Ahora los deportistas son de iniciación temprana pero de especialización tardía, para evitar quemar al deportista es necesario un programa de desarrollo a largo plazo. Áreas óptimas de preparación del deportista son: fisioterapia, psicología, nutrición y fisiología del ejercicio.

En el caso de Nadal por encima de los 30 años sigue en un estado de Alto Rendimiento: la parte psíquica es el 50%, la física el 30% y el juego del tenis 20%. Es un cuerpo trabajado a conciencia con una base genética muscular. Su masa muscular es del 49 %, llega a correr 19 kilómetros por hora y una gran explosividad de reacción en los movimientos de pista, capacidad de resistencia y una gran potencia muscular. El control de las emociones y la toma de decisiones fruto de la experiencia también es muy importante.

Se han identificado tres factores fundamentales en la fisiología deportiva:

  • VO2max o consumo de oxígeno máximo:
    El consumo de oxígeno es muy necesario en ejercicios que necesitan gran gasto cardiaco debido a la movilización de una gran masa muscular, por la necesidad de los pulmones de oxigenar la sangre. Es un valor muy considerado en el rendimiento deportivo.
    La élite de los deportistas presentan valores entre 70 y 85 ml/kg/min de VO2max.
    Las adaptaciones que tiene el organismo para mejorar este valor son: incremento del volumen sistólico, incremento del volumen sanguíneo, aumento de la densidad capilar y actividad mitocondrial.

  • umbral anaeróbico de compensación respiratoria:
    En pruebas de duración mayor de 10-15 minutos otro valor considerado es la fracción o porcentaje del VO2max que el atleta es capaz de utilizar en la prueba, como la frecuencia de la glucólisis en los músculos activos. Ya que se genera una mayor acumulación de ácido láctico. Cuando el ejercicio es más de 2 horas hay una deplección del glucógeno muscular, la disponibilidad energética es un problema, el ritmo de la actividad física se ve afectado.

  • la eficiencia energética (coste de oxígeno para generar una velocidad o potencia determinada):
    El coste energético depende del porcentaje de fibras lentas. Con el entrenamiento la actividad mitocondrial de las fibras tipo II o rápidas aumenta y la acción de oxidar grasas también, también aumenta la eficiencia energética de las fibras tipo I (fibras lentas), los deportistas de élite tienen predominio de fibras tipo I aumentando su eficiencia energética para transferir ATP en la actividad física.

Bibliografía:


Gallo-Salazar, Cesar;«Professional tennis is getting older: Age for the top 100 ranked tennis players» Universidad Camilo José Cela, International Journal of Performance Analysis in Sport 15(3):873-883, December, 2015
DOI:10.1080/24748668.2015.11868837
https://www.researchgate.net/publication/289521450_Professional_tennis_is_getting_older_Age_for_the_top_100_ranked_tennis_players

INEF: Laboratorio de Fisiología del esfuerzo
https://www.inef.com/las-instalaciones/laboratorios/fisiologia-del-esfuerzo

Universidad Politécnica de Madrid- Inef: Laboratorio de Fisiología
https://www.inef.upm.es//Facultad/Laboratorios/LaboratorioFisiologia

INEF: La Facultad de Ciencias de la Actividad Física y del Deporte
https://www.inef.com/la-facultad/presentacion

Real Federación Española de Tenis
https://www.mundodeportivo.com/temas/real-federacion-espanola-de-tenis

Wyckelsma et al.; «Loss of α-actinin-3 during human evolution provides superior cold resilience and muscle heat generation» AJHG- ASHG, article, volume 108, issue 3, p446-457, 2021
DOI:https://doi.org/10.1016/j.ajhg.2021.01.013
https://www.cell.com/ajhg/fulltext/S0002-9297(21)00013-6

Wilmore, Jack H.et al; «Fisiología del deporte y el ejercicio»; Ed. Human Kinetics, 2014
ISBN: 978-0-7360-8772-8

José Manuel Rodríguez Delgado: electrodos y agresividad

05 viernes Jul 2013

Posted by José Félix Rodríguez Antón in CIENCIA

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agresividad, cerebro, depresión, dolor, epilepsia, estimociver, estimoreceptores, felicidad, fisiología, neurología, neurotransmisor, parkinson, placer, sistema educativo

dr-jose-rodriguez-delgado

Tuve la oportunidad de conocerle a través de su hijo Carlos, compañero mío de Biología.

Era una persona afable, con mirada penetrante, sentando cátedra en todas sus afirmaciones.

Pertenece como Duran Reynals al grupo de científicos que emigraron con la Guerra Civil.

Nació en Ronda (Málaga) en 1915. Doctorándose en Medicina en la Universidad de Madrid

antes de la Guerra Civil Española, trabajando como médico en el bando republicano. En 1946

emigra a la Universidad de Yale, fue catedrático de Fisiología  durante veintidós años.

Sus investigaciones se centran como neurólogo en implantes para controlar el cerebro: aplica-

ción de estímulos eléctricos en el cerebro de animales para obtener respuestas físicas.

El 17 de mayo de 1965, el New York Times publicó la noticia: “logra detener la embestida de

un toro con un neurotransmisor” Durante 15 años realizó experimentos con monos y gatos,

realizando implantes cerebrales en humanos: ESTIMORECEPTORES (estimociver).

Llegando a la conclusión: “el movimiento, la emoción y el comportamiento pueden ser

dirigidos por fuerzas eléctricas y los humanos pueden ser controlados como robots, mediante

botones”.

Muchos de sus implantes son avances en el tratamiento de:

  • enfermedad de parkinson
  • dolor
  • depresión
  • epilepsia

Posteriormente en 1974 regresa a España, siendo director del Departamento de Ciencias   Fisiológicas en la Facultad de Medicina de la Universidad Autónoma de Madrid y del departamento de Investigaciones del Centro Ramón y Cajal.

Tenía una filosofía personal de la vida: “podemos forjar y decidir el destino personal de acuerdo con

  • nuestro medio
  • nuestra inteligencia
  • nuestro sistema de valores”

Reforzando una cultura de paz basada en razones biológicas que unifican el origen y destino de los seres humanos.

Apoya la integración de principios neurofisiológicos y psicológicos para crear un “sistema educativo inteligente”, que se aplique en el momento del nacimiento y que continué en etapas sucesivas a lo largo de toda la vida, para alcanzar una mayor libertad personal y paz interior de todos los seres humanos.

Ha fallecido en el 2011 en San Diego, California a los 96 años.

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