Informație

Adaptare senzorială în ceea ce privește mirosul și auzul


Imaginați-vă scenariul. Prietenul meu și cu mine jucăm un joc de șah lângă o autostradă. Inițial, observ sunetul autostrăzii. Totuși, în timp ce joc șah, nu observ. După joc prietenul meu mă întreabă dacă aud autostrada și îmi recapăt abilitatea de a observa asta. Acest lucru pare a fi diferit pentru mirosuri. Dacă am juca șah într-o cameră plină de gunoi, mirosul ar dispărea treptat. Dacă prietenul meu m-ar întreba dacă simt mirosul gunoiului, nu aș putea să miros gunoiul la fel de sever. Care este cauza acestei diferențe? Se pare că vizualul și atingerea urmează același model ca și auzul. Ce face mirosul unic?


Adaptarea are loc în fiecare sistem senzorial. De exemplu în viziune există mișcarea după efect care are loc prin adaptarea neuronilor vizuali din cortex. De asemenea, sistemul vizual se adaptează puternic condițiilor de iluminare scăzută și ridicată prin adaptare la lumină și întuneric. The sistemul tactil arată, de asemenea, o adaptare substanțială, deoarece receptorii tactili din piele nu reușesc să transmită informații după o stimulare prelungită (nu veți simți un ceas / inel / bandă, etc. după ce îl purtați o vreme). De exemplu, mecanoreceptorii din piele, cum ar fi corpusculii pacinieni, nu reușesc să transmită stimuli tactili atunci când sunt activați pentru o perioadă lungă de timp. The sistemul auditiv se adaptează, de asemenea, la sunete puternice prin mecanisme corticale, precum și mecanisme periferice prin mușchii urechii medii. În sfârșit, după cum ați identificat corect, sistemul olfactiv se adaptează și la stimulare prin mecanisme metabolice care scad capacitatea de reacție a receptorilor chimici. Lista mecanismelor de adaptare furnizate nu este cuprinzătoare, dar am folosit doar câteva exemple evidente pentru a arăta că adaptarea are loc în toate simțurile într-o varietate de moduri. De fapt, unul dintre semnele distinctive ale orice sistemul senzorial fiziologic intact este capacitatea de a opera pe o gamă largă de niveluri de stimul. De exemplu, viziunea funcționează pe o gamă de intensități diferite de 8 ordine de mărime, în timp ce auzul funcționează într-un interval de intensitate de 1013. Pentru a menține o gamă atât de impresionantă de intensități de intrare, sistemele senzoriale trebuie să se adapteze la diferite niveluri. Ca analogie, același lucru este valabil și pentru camera foto în care timpul de expunere trebuie să fie reglat pentru a face fotografii în condiții de iluminare diferite.

Așadar, a reveni la sugestia dvs. că mirosul nu poate fi reînviat după stimularea continuă, în timp ce poate fi reînviat cu alte simțuri, nu este adevărat, cred. Renașterea atențională despre care vorbiți nu este atât de multă adaptare, ci are mai mult de-a face cu schimbarea atențională, care poate avea loc cu orice modalitate senzorială.


Adaptare senzorială privind mirosul și auzul - Biologie

Gustul sau gustarea este un sens care se dezvoltă prin interacțiunea moleculelor dizolvate cu papilele gustative. În prezent sunt recunoscute cinci submodalități (gusturi), inclusiv dulce, sărat, amar, acru și umami (gust sărat sau gustul proteinelor). Umami este cea mai recentă senzație de gust descrisă, câștigând acceptul în anii 1980. Cercetările ulterioare au potențialul de a descoperi mai multe sub-modalități în acest domeniu, unii oameni de știință sugerând că este probabil un receptor al gustului pentru grăsimi.

Gustul este asociat în principal cu limba, deși există receptori gustativi (gustativi) pe palat și pe epiglotă. Suprafața limbii, împreună cu restul cavității bucale, este căptușită de un epiteliu scuamos stratificat. În suprafața limbii sunt umflături ridicate, numite papilă, care conțin papilele gustative. Există trei tipuri de papilă, bazate pe aspectul lor: valat, foliat și fungiform.

Numărul de papile gustative din papile variază, fiecare mugur conținând mai multe celule gustative specializate (celule receptor gustative) pentru transducția stimulilor gustativi. Aceste celule receptoare eliberează neurotransmițători atunci când anumite substanțe chimice din substanțele ingerate (cum ar fi alimentele) sunt transportate la suprafața lor în salivă. Neurotransmițătorul din celulele gustative poate activa neuronii senzoriali din nervii cranieni faciali și glosofaringieni.


Înțelegerea adaptării senzoriale cu exemple

Adaptarea senzorială se referă la modul în care un corp uman reacționează și se adaptează la stimulii constanți prin utilizarea unei sensibilități reduse. În acest articol, vom analiza de ce apare acest fenomen, funcția și semnificația acestuia și câteva exemple pentru a-l înțelege mai bine.

Adaptarea senzorială se referă la modul în care un corp uman reacționează și se adaptează la stimulii constanți prin utilizarea unei sensibilități reduse. În acest articol, vom analiza de ce apare acest fenomen, funcția și semnificația acestuia și câteva exemple pentru a-l înțelege mai bine.

Adaptarea senzorială, cunoscută și sub numele de adaptare neuronală, este definită ca sensibilitatea diminuată la un stimul ca o consecință a expunerii constante la acel stimul. Poate fi explicată ca reacția celulelor creierului care se declanșează ori de câte ori organele senzoriale ale corpului capătă un stimul nou. Cu toate acestea, dacă stimulul nu se schimbă în mediu, are loc adaptarea senzorială, iar declanșarea celulelor creierului se reduce semnificativ ca răspuns. Aceasta înseamnă că, în cele din urmă, persoana își schimbă nivelul de sensibilitate și nu mai acordă atenție stimulului neschimbat. Să vedem de ce adaptarea senzorială este atât de importantă.

Funcția de adaptare senzorială

Adaptarea senzorială are loc atât pe termen scurt, cât și pe termen lung. Modificările mușchilor picioarelor și brațelor atunci când mergeți pe diferite tipuri de teren este un exemplu de adaptare senzorială pe termen scurt. Mișcările de respirație ale plămânilor sunt, de asemenea, afectate de adaptarea senzorială. Acest lucru ne permite să punem deoparte mediul neplăcut sau repetitiv și să ne concentrăm pe o sarcină pe care dorim să o lucrăm. Astfel, adaptarea senzorială este o parte esențială a vieții de zi cu zi a fiecărei persoane și este importantă în ceea ce privește evoluția, prin dezvoltarea caracteristicilor benefice și transmiterea acestor gene generației următoare.

Adaptarea senzorială în psihologie

În neuropsihologia cognitivă, stimularea magnetică transcraniană (TMS) este un instrument important pentru cercetători pentru a investiga interferența pe termen scurt asupra procesării neuronale. Rezultatul acestor studii arată că cortexul vizual al unei persoane este influențat de TMS, care poate vedea flash-uri de lumină incoloră. Cu toate acestea, când TMS a fost folosit pentru a stimula în mod constant creierul să vizualizeze flash-uri de lumină de o anumită culoare, a avut loc adaptarea senzorială. Deci, când a fost folosit stimulul original, fulgerele de lumină au venit acum în aceeași culoare cu stimularea constantă.

Exemple de adaptare neuronală

Adaptare senzorială a sunetului: Dacă o persoană stă într-o cameră cu un aparat de aer condiționat care este constant zgomotos, la început, sunetul este foarte enervant. Cu toate acestea, după o perioadă de aproximativ o oră, persoana nu mai observă sunetul și pare să fi uitat complet de el.

Dacă o persoană locuiește într-o casă lângă un drum aglomerat, în timp, se obișnuiește cu sunetul constant al traficului. De fapt, dacă o astfel de persoană se mută într-o locație mai liniștită, noua tăcere ar putea distrage atenția și ar putea pierde zgomotele de trafic cunoscute.

Adaptare senzorială a mirosului: Persoanele care fumează obișnuit nu par să observe mirosul fumului de țigară, deoarece expunerea constantă la acest stimul îi face să se obișnuiască cu el. Acest miros poate fi destul de distractiv pentru orice nefumător din vecinătate.

Dacă o persoană poartă un parfum puternic, în cele din urmă, va uita de miros și nu o va observa deloc. Cu toate acestea, orice altă persoană care se apropie va găsi mirosul copleșitor.

Adaptare senzorială la atingere: Dacă o persoană poartă un ceas sau niște bijuterii, inițial, va simți accesoriul împotriva pielii. Cu toate acestea, în câteva minute, persoana nu va observa această senzație, deoarece pielea începe adaptarea senzorială. Dacă persoana schimbă în mod intenționat poziția ceasului, simțul tactil va deveni din nou activ pentru o scurtă perioadă de timp, înainte de repetarea adaptării senzoriale.

Dacă o persoană stă pe un scaun cu brațele pe cotiere, simțul tactil pe brațe se activează instantaneu. Cu toate acestea, pe o perioadă de timp, senzația se reduce treptat, până când nu se observă deloc.

Fenomenul adaptării neuronale este văzut și în sesiunile de antrenament de rezistență, unde după câteva antrenamente intense, mușchii se obișnuiesc cu tulpina la care a fost supus, ceea ce duce la creșterea forței, fără a crește dimensiunea.

Adaptare senzorială la vedere: În viața noastră de zi cu zi, este extrem de rar ca o persoană să privească în mod constant un singur loc sau obiect neschimbat, ceea ce înseamnă că șansele de adaptare senzorială vizuală sunt foarte mici. Cu toate acestea, într-un mediu controlat, sentimentul percepției vizuale se estompează, iar o persoană expusă la un stimul vizual constant prezintă o reducere a răspunsului în celulele creierului în comparație cu etapele inițiale, ceea ce duce la efecte, cum ar fi imagini posterioare sau efecte secundare ale mișcării.

Un bun exemplu de adaptare senzorială vizuală poate fi văzut, atunci când o persoană care a fost într-o cameră întunecată iese într-o zonă puternic luminată. Inițial, luminozitatea s-ar putea simți disconfortantă, dar cu timpul, ochii se adaptează odată cu modificările dimensiunii pupilei, iar lumina strălucitoare nu mai rănește ochii, în ciuda faptului că luminozitatea este de aceeași intensitate.

Adaptarea senzorială a gustului: O masă este considerată bună sau excelentă numai atunci când aromele sunt de diferite tipuri. Acest tip de mâncare excită celulele nervoase și obține un răspuns puternic din partea creierului. Cu toate acestea, dacă o persoană mănâncă niște alimente care au aromă monotonă, în câteva minute, simțul gustului își pierde sensibilitatea și persoana poate avea dificultăți în a recunoaște aroma chiar dacă este puternică, ceea ce face ca alimentele să nu fie apetisante.

Adaptare senzorială vs. Habituare

Deoarece sunt atât de asemănătoare, adaptarea senzorială și obișnuința sunt adesea confundate cu același lucru. Cu toate acestea, iată câteva diferențe fundamentale:

  • Adaptarea neuronală este fiziologică, în timp ce obișnuința este de natură atențională.
  • Adaptarea senzorială nu este voluntară, în timp ce o persoană are cel puțin un grad mic de control asupra faptului dacă un stimul este observat sau nu, adică, dacă o persoană s-a adaptat la gustul a ceva, nu se poate forța să guste aroma.
  • În timp ce forța unei adaptări neuronale este direct legată de intensitatea stimulului, acest lucru nu este valabil pentru obișnuință.

Funcțiile creierului în ceea ce privește adaptarea senzorială sunt încă în mare parte neexplorate. Cu toate acestea, noile cercetări aduc speranță în îmbunătățirea tehnicilor medicale și de reabilitare, în special pentru persoanele care au suferit un fel de leziuni ale creierului, ceea ce poate duce la mari progrese în înțelegerea fiziologiei umane.


Selectivitatea efectelor vizuale

Dacă adaptarea are loc pe tot parcursul fluxului vizual, putem folosi efecte secundare pentru a descifra codificarea atributelor de nivel înalt în același mod în care adaptarea a dezvăluit modul în care informațiile sunt eșantionate de mecanismele vizuale timpurii? Un obiectiv frecvent al studiilor de adaptare a fost caracterizarea numărului și selectivității mecanismelor adaptabile care reprezintă o dimensiune de stimul [6]. Presupunerea este că, dacă adaptarea la un stimul modifică sensibilitatea la altul, atunci ambele sunt detectate de un filtru sau canal comun și, astfel, răspândirea efectelor posterioare poate fi utilizată pentru a măsura câte canale diferite ar putea acoperi dimensiunea și lățimile de bandă ale acestora. . Această abordare a fost extinsă în mod activ la atributele percepționale de nivel înalt în studiul modului în care sistemul vizual este organizat pentru a reprezenta fețele [20]. Două modele standard de codare a feței sunt un cod bazat pe exemplare & # x02013 în care fiecare identitate specifică este reprezentată de un șablon neuronal specific sau ceva de genul tendinței centrale a răspunsurilor într-o gamă de detectoare și un cod bazat pe norme & # x02013 unde identitatea este reprezentată în schimb într-un mod relativ prin codificarea modului în care individul se abate de la o față medie sau prototip [40] (Figura 2). Modelul exemplar amintește de codarea orientării sau a dimensiunii (frecvenței spațiale), unde am putea reprezenta înclinarea unei margini prin modelul de activitate pe mai multe canale reglate la diferite orientări și scale spațiale [41]. Codurile bazate pe norme sunt în schimb similare viziunii culorilor, unde dimensiunile de nuanță și saturație corespund cu modul și cât de mult stimulul diferă de un gri neutru [42]. În principiu, aceste scheme se pot distinge prin tiparul de efecte secundare [43]. Într-un cod bazat pe norme, adaptarea ar trebui să reajusteze norma (similar cu modul în care mirosurile sau culorile se estompează odată cu expunerea) și astfel fețele distinctive ar trebui să pară mai medii cu cât le privim mai mult. În timp ce există o serie de semne ale acestei normalizări [11,44-46], studii recente au pus sub semnul întrebării dacă unele atribute faciale precum genul se adaptează în moduri prezise prin simpla normalizare [47,48]. Mai mult, interpretarea tiparului de efecte secundare este, în general, complicată, deoarece selectivitatea adaptării nu prezice neapărat selectivitatea detectoarelor subiacente [49,50], iar canalele s-ar putea să nu se adapteze independent [51]. O altă problemă este dacă stimulul în sine ar trebui tratat ca îngust (de ex. O singură lungime de undă) sau larg (de exemplu, surse de lumină naturală), pentru că adaptarea va tinde să normalizeze apariția stimulilor cu spectre largi, chiar dacă canalele subiacente sunt extrem de selective. [52].


Neurobiologie senzorială peșteră cavernă

Caracteristicile fizice ale unui habitat influențează evoluția structurilor senzoriale (Collin și Pettigrew 1988, Schellart 1992). Este probabil ca variația între habitatele peșterii să contribuie la diferite tipuri de specializări senzoriale. Asocierea dintre habitat și morfologia senzorială a fost examinată la multe specii de pești de suprafață. Diversitatea senzorială morfologică este mare la pești și se explică parțial printr-un număr mai mare de modalități senzoriale accesibile în mediile acvatice care rezultă din proprietățile fizice ale apei. În general, este de acord că mărimea relativă și distribuția endorganilor periferici se corelează cu cele din regiunile creierului înrudite și că toate cele trei sunt o măsură a importanței relative a unei anumite modalități senzoriale în specie. Majoritatea peștilor de suprafață se bazează pe vedere și au un tectum optic corespunzător mare. Peștele peșteră, pe de altă parte, a evoluat pentru a se baza pe alte modalități senzoriale pentru deciziile comportamentale, ceea ce a dat naștere morfologiilor cerebrale distincte.

Mecanosensibilitate

Mecanorecepție se referă la senzația de stimuli mecanici, cum ar fi contactul fizic direct sau mișcarea mediului înconjurător (de exemplu, undele sonore sau de presiune în aer sau apă). În habitatele acvatice în care viziunea este limitată, sistemul de linii laterale mecanosenzoriale joacă un rol critic în detectarea mediului în teleosturi. La peștii de peșteră, precum și la peștii de suprafață, sistemul de linii laterale oferă informații importante despre curenții de apă, pentru detectarea prăzilor și pentru imagistica hidrodinamică (figura 2 Poulson 1963, Montgomery și colab. 2001). Contribuția liniei laterale la reotaxis în Astyanax are un prag mult mai mic pentru comportamentul în prezența unui indiciu olfactiv (Baker și Montgomery 1999). Baker și Montgomery (1999) au subliniat relația interactivă dintre modalitățile senzoriale pentru a direcționa și organiza comportamentul.

Specializări mecanosenzoriale la pești-peșteră. (A) Foleterul Astroblepus care prezintă barbele și aripioarele mai lungi decât cele ale speciilor de suprafață (diagrama inserției este de Astroblepus mancoi bara de scară reprezintă 1 centimetru pentru peștele peșteră și 2 centimetri pentru peștii de suprafață). (b) Liniile laterale ale peșterii (Amblyopsis spelaea) și ambliopsidele de suprafață (Chologaster cornuta). Bara de scară reprezintă 1 milimetru (mm). (c) Distribuția neuromastelor superficiale și de canal în suprafață (stânga) și peșteră (dreapta) Astyanax mexicanus. (d) Apropierea neuromastelor superficiale din Amblyopsis spelaea. Bara de scară reprezintă 25 mm. (e) Denticulele cutanate mecanosenzoriale ale Foleterul Astroblepus. Asteriscul (*) indică un ochi vestigial. Barele de scară reprezintă 1 mm în imaginea din stânga și 100 mm în dreapta. Fotografii: Daphne Soares.

Specializări mecanosenzoriale la pești-peșteră. (A) Foleterul Astroblepus care prezintă barbele și aripioarele mai lungi decât cele ale speciilor de suprafață (diagrama inserției este de Astroblepus mancoi bara de scară reprezintă 1 centimetru pentru peștele peșteră și 2 centimetri pentru peștii de suprafață). (b) Liniile laterale ale peșterii (Amblyopsis spelaea) și ambliopsidele de suprafață (Chologaster cornuta). Bara de scară reprezintă 1 milimetru (mm). (c) Distribuția neuromastelor superficiale și de canal în suprafață (stânga) și peșteră (dreapta) Astyanax mexicanus. (d) Apropierea neuromastelor superficiale din Amblyopsis spelaea. Bara de scară reprezintă 25 mm. (e) Denticulele cutanate mecanosenzoriale ale Foleterul Astroblepus. Asteriscul (*) indică un ochi vestigial. Barele de scară reprezintă 1 mm în imaginea din stânga și 100 mm în dreapta. Fotografii: Daphne Soares.

Din punct de vedere anatomic, sistemul de linii laterale este format din numeroase structuri senzoriale, numite neuromaste, situat în canalele subepidermice umplute cu lichid încastrat (neuromastii canalului) sau extern pe piele (neuromaste superficiale). Fiecare neuromast cuprinde mai multe celule de păr (și celule de susținere nesensoriale asociate), cu mănunchiuri de cili încorporate într-o cupulă gelatinoasă. Mișcarea apei determină deplasarea cupulei, iar cilii celulelor părului declanșează un potențial de acțiune.

Cea mai mare parte a cunoștințelor noastre despre sistemele de linii laterale ale peștilor peșteri provin din studii asupra peștilor peșteri mexicane Astyanax și cercetătorii acestei specii au adus contribuții importante la înțelegerea sistemelor de linie laterală în general (Montgomery și colab. 2001). Forma de peșteră a Astyanax nu numai că are mult mai mulți neuromasti decât omologii săi de suprafață (figura 2c Montgomery și colab. 2001; Windsor și colab. 2008; Sharma și colab. 2009; Yoshizawa și colab. 2010), dar a dezvoltat și un comportament adaptativ pentru a spori mecanosenzorialul. sensibilitate. Astyanax a dezvoltat o formă de detectare activă în care folosește un stil de înot kick-and-glide pentru a genera un semnal de flux relativ stabil, de tip dipol, în timpul fazei de glisare a ciclului de înot (Sharma și colab. 2009, Patton și colab. 2010 ). Cu această strategie, Astyanax folosește distorsiunile obstacolelor din apropiere în câmpul de flux auto-generat pentru a simți acele obstacole și petrece mai mult timp planând atunci când investighează un nou obiect (Patton și colab. 2010). Ambliopsidele peșterii au, de asemenea, mai mulți neuromasti superficiali, care sunt mai mari și care au cupule mai lungi (figura 2b) decât rudele lor de suprafață, ceea ce permite detectarea prăzii în mișcare la o distanță mai mare decât rudele lor de suprafață (Poulson 1963, Niemiller și Poulson 2010).

Peștele-peșteră împărtășește această hipertrofie a sistemului de linii laterale mecanosenzoriale cu majoritatea peștilor pelagici de mare adâncime. Datorită vastității și coloanei mari de apă a mediului pelagic, peștii de adâncime se pot baza pe unde de presiune netulburate și niveluri scăzute de zgomot de fond (Coombs și Braun 2003, Coombs și Van Netten 2005). Niciuna dintre caracteristici nu se găsește în peșteri. Prin urmare, alte forțe evolutive trebuie să stea la baza evoluției mecanozensensării la peștii peșteri.

Unii pești-peșteră au, de asemenea, apendicele mai lungi (cum ar fi aripioarele și bile) decât omologii lor de suprafață, pe care îi folosesc pentru a-și explora mediul. Peștele-peșteră poate folosi aripioare alungite (figura 2a), în special aripioarele pectorale, pentru a atinge obstacolele și alte obiecte și utilizează aceste informații tactile împreună cu imagistica hidrodinamică pentru a-și simți mediul (Windsor și colab. 2008). O altă strategie mecanosenzorială neobișnuită folosită de pești-peșteră este utilizarea dinților pielii pentru a detecta fluxul curent. Haspel și colegii (2012) au demonstrat că somnul loricarioid din peșteră Foleterul Astroblepus s-a adaptat nu numai la întunericul complet, ci la viața în apă rapidă și turbulentă. Această specie are neobișnuit de puține neuromaste, dar prezintă o hipertrofie a denticulelor mecanosenzoriale ale pielii de-a lungul suprafeței dorsale a capului și a trunchiului (figura 2e). Acest pește este endemic pentru o singură peșteră care conține un flux rapid de ieșire, care devine adesea torențial după uneori ploi abundente zilnice. Direcția fluxului de apă este detectată prin devierea denticulelor, iar apropierea de substrat poate fi detectată prin modificări ale vitezei fluidului. Acesta este primul raport al unui rol mecanosenzorial al denticulelor și al unei adaptări mecanosenzoriale nonneuromastice la habitatele subterane la pești.

Auz

Auzul este un sens important pentru organismele acvatice. Apa este un conductor de sunet mai bun decât aerul datorită densității sale mai mari și permite auzul pe distanțe mai mari. În apă, sunetul este compus din două componente fizice distincte - undele de presiune și mișcarea particulelor - care diferă prin modul în care acestea ajung la organul auditiv al peștilor. Urechea internă a peștilor cu aripioare cu raze este formată din trei camere umplute cu lichid - lagena, sacculus și utriculus - care conțin zone de epiteliu senzorial căptușite cu celule senzoriale ale părului și acoperite de otoliți. Otolitii tuturor peștilor detectează direct componenta mișcării particulelor. Acesta este rezultatul diferențelor inerțiale dintre epitelii senzoriale și otolitii mai grei. Deoarece majoritatea țesuturilor peștilor au o densitate similară cu apa, undele sonore călătoresc prin pești la o amplitudine și o frecvență similare cu cele la care călătoresc prin apa din jur. Cu toate acestea, otoliții sunt mai densi decât restul corpului peștilor și vibrează la o amplitudine și o fază diferite de cele ale epiteliului senzorial, iar această diferență determină mișcarea celulelor de păr ale epiteliului senzorial, ceea ce declanșează potențialele de acțiune și detectarea sunet. Peștii cu aripioare cu raze au dezvoltat structuri auditive accesorii pentru a spori auzul pentru o sensibilitate mai mare și o gamă mai largă de frecvențe. Componenta de presiune a sunetului poate fi detectată indirect prin intermediul acestor structuri anatomice accesorii specializate. Alte structuri unice includ o legătură strânsă între vezica de înot și urechea internă și Osicule weberiene, care reprezintă o modificare a celor patru sau cinci vertebre anterioare în oase mobile care leagă urechea internă de vezica înotătoare. Osiculele weberiene sunt caracteristice otofizanilor, care reprezintă două treimi din diversitatea peștilor de apă dulce (Nakatani și colab. 2011).

Îmbunătățirea abilităților auditive pare adaptabilă în peșteri din mai multe motive, inclusiv lucrul în asociere cu alte simțuri non-vizuale pentru a detecta prada, specificații sau prădătorii. În plus, deoarece multe sisteme de peșteri sunt predispuse la schimbări dramatice ale nivelului și vitezei apei cauzate de episoade de precipitații abundente, având o sensibilitate mai mare pentru a detecta sunetele cauzate de curgerea apei la o distanță mai mare le permite acestor pești mai mult timp să caute adăpost și le reduce riscul de a fi spălat dintr-un sistem de peșteri, rănit sau ucis. Cu toate acestea, gradul în care abilitățile auditive sunt îmbunătățite, dacă sunt deloc, la peștele peșteră este în mare parte necunoscut, deoarece studiile comportamentale și neurofiziologice privind biologia acustică a peștilor peșteri au fost extrem de limitate. În doar două studii au fost comparate profilele auditive ale peștilor peșteri și cele ale peștilor de suprafață. Popper (1970) a arătat că în Astyanax, nu există diferențe de auz între formele de peșteră și cele de suprafață, deoarece ambele forme au praguri la fel de mici ca cele raportate pentru alți pești otofizani (pragul minim este de 1000 hertz [Hz]). Nu s-au găsit diferențe între formele de peșteră și de suprafață ale molului Poecilia mexicana (familia Poecillidae Schulz-Mirbach și colab. 2010). Ambele forme au cea mai mare sensibilitate între 200 și 300 Hz. Interesant este că Schulz-Mirbach și colegii (2010) au raportat morfologie diferită a otolitului între forme, care nu păreau să afecteze sensibilitatea auditivă generală sau comportamentul auditiv. Deși mulți pești, inclusiv mai multe clade care conțin pești de peșteră, au dezvoltat o diversitate de mecanisme generatoare de sunet pentru comunicarea acustică (Ladich 2000), comunicarea acustică nu a fost încă demonstrată la niciun pește de peșteră.

Într-un studiu nepublicat, Niemiller și colegii săi au examinat relația dintre zgomotele de fond din habitatele peșterii și capacitatea peștilor peșteri de a detecta semnale auditive. În acest studiu, cercetătorii au comparat răspunsurile auditive ale trunchiului creierului a trei specii de ambliopside și profilurile acustice ale habitatelor lor subterane. Ambliopsidele de peșteră și-au pierdut nu numai ochii, ci și o parte semnificativă din raza de auz. Acești pești nu pot auzi frecvențe mai mari de 800 Hz, spre deosebire de rudele lor de suprafață, care aud până la 2 kilohertz. Înregistrările audio congruente din peșterile lor de origine arată că fluxurile și picăturile de apă din tavanele pasajelor din peșteri creează zgomot de fond puternic, de înaltă frecvență, în general peste 800 Hz. Aceste descoperiri ridică posibilitatea interesantă ca ambliopsidele din peșteră să fi pierdut auzul la frecvențe ridicate ca răspuns la mediile acustice zgomotoase în care trăiesc.

Chimiorecepție

Simțurile gustului (gustare) și ale mirosului (olfacție) joacă roluri importante în multe aspecte ale biologiei peștilor, inclusiv hrănirea, orientarea, recunoașterea specifică, reproducerea și evadarea de la prădători. Aceste simțuri pot fi deosebit de importante pentru detectarea resurselor alimentare limitate și pentru localizarea potențialilor perechi în timpul sezonului de reproducere în întunericul complet al peșterilor.

Olfacția se realizează prin legarea odoranților la receptorii olfactivi din epiteliul olfactiv, care este adesea foarte pliat sub formă de lamele și dispuse în rozete situate în sacii olfactivi împerecheați. Mai multe pești peșteri prezintă creșteri ale numărului de lamele și ale suprafeței globale a epiteliului olfactiv față de rudele lor de suprafață (figura 3 Jeffery 2008, Niemiller și Poulson 2010). În plus, peștii de peșteră au adesea bulbii olfactivi mai mari în creier (Jeffery 2008, Niemiller și Poulson 2010). În peșteră Astyanax, regiunea creierului care procesează chemorecepția în telencefal este mărită cu 40% față de cea a morfului văzut (Peters și colab. 1993). Cu toate acestea, rămâne de văzut dacă aceste modificări morfologice se traduc prin sensibilitate olfactivă crescută sau capacități de discriminare. Sunt necesare studii pentru a aborda dacă peștii peșteră posedă sensibilități olfactive mai mari decât peștii de suprafață înrudiți, dacă sensibilitățile olfactive sunt într-adevăr corelate cu suprafața epiteliului olfactiv și dacă speciile de pești peșteri înrudite care au o ecologie comună prezintă sensibilități similare.

Caracteristicile chimiosenzoriale ale a trei specii de Sinocyclocheilus: (A) Sinocyclocheilus brevis, (b) Sinocyclocheilus tileihornes, și (c) Sinocyclocheilus anophthalmus. Mai multe specii adaptate peșterii (b și c) prezintă hipertrofie a rozetelor olfactive în raport cu speciile de suprafață înrudite (a), care pot fi asociate cu o sensibilitate olfactivă mai mare. Bara de scară reprezintă aproximativ 1 centimetru. Fotografii: Dante B. Fenolio. (d) Papilele gustative colorate cu calretinină de la suprafață (stânga) și peșteră (dreapta) Astyanax mexicanus. Bara de scară reprezintă 100 de milimetri. Sursa: Adaptat de la Yamamoto și colegii (2009).

Caracteristicile chimiosenzoriale ale trei specii de Sinocyclocheilus: (A) Sinocyclocheilus brevis, (b) Sinocyclocheilus tileihornes, și (c) Sinocyclocheilus anophthalmus. Mai multe specii adaptate peșterii (b și c) prezintă hipertrofie a rozetelor olfactive în raport cu speciile de suprafață înrudite (a), care pot fi asociate cu o sensibilitate olfactivă mai mare. Bara de scară reprezintă aproximativ 1 centimetru. Fotografii: Dante B. Fenolio. (d) Papilele gustative colorate cu calretinină de la suprafață (stânga) și peșteră (dreapta) Astyanax mexicanus. Bara de scară reprezintă 100 de milimetri. Sursa: Adaptat de la Yamamoto și colegii (2009).

Un număr mare de pești-peșteră aparțin familiilor care au o chimiosensare proeminentă, cum ar fi somnii, dar localizarea unei surse de miros la distanță nu este banală în apă, deoarece informațiile transmise prin canalele chemosenzoriale sunt adesea complexe. Prin urmare, sensibilitățile pentru substanțele individuale pot fi mari pentru substanțele chimice dizolvate, care se răspândesc prin flux turbulent și difuzie (Atema 1988).

Gustarea este importantă pentru localizarea și identificarea hranei și poate fi un sens foarte dezvoltat în unele linii teleostice, cum ar fi ciprinidele (minnows). Mugurii gustativi sunt organele receptoare ale gustării, au formă bulboasă și constau din celule receptoare, de susținere și bazale. Mugurii gustativi sunt distribuiți în primul rând pe epiteliile buzelor, gurii, faringelui și arcurilor branhiale și în jurul capului, dar unele specii, cum ar fi somnii, au, de asemenea, concentrații de papilele gustative situate pe barbele bine dezvoltate sau chiar distribuite pe întregul lor corpuri și aripioare. În Astyanax, sistemul gustativ este extins în morful peșterii și este în mare măsură evident în creșterea densității papilelor gustative de-a lungul buzelor, faringelui și suprafeței ventrale a capului, adesea cu o creștere de cinci până la șapte ori a numărului de papile gustative (Schemmel 1967, Varatharasan și colab. 2009, Yamamoto și colab. 2009). În plus, papilele gustative conțin mai multe celule receptoare, sunt inervate de mai multe profiluri axonice și au o rată accelerată de dezvoltare față de cele din morful suprafeței (Boudriot și Reutter 2001, Varatharasan și colab. 2009). Pestera Astyanax folosește o postură de hrănire diferită de cea a morfurilor de suprafață pentru a facilita mai bine hrănirea pe fundul bazinelor din peșteri (Schemmel 1980, Hüppop 1987) morfa de suprafață preferă produsele alimentare de la suprafața apei. Populații de peșteri de Astyanax de asemenea, răspund la semnalele de alarmă evitând o zonă, dar arată o reducere a comportamentului de alarmă (de exemplu, mișcări neregulate, înot rapid și ascundere) față de cea a populațiilor de suprafață (Fricke 1987). Această modificare a comportamentului ar putea fi mediată prin modalitatea olfactivă și gustativă și este posibil asociată cu modificări constructive ale dimensiunii maxilarului și a papilelor gustative și poate fi legată genetic de degenerarea ochilor (Protas și colab. 2008; Yamamoto și colab. 2009).

Într-o populație de molly bine studiată P. mexicana (Cyprinodontiformes: Poeciliidae), indivizii care trăiesc în peșteri prezintă, de asemenea, un număr crescut de papilele gustative pe suprafața dorsală a capului (Parzefall 2001). În plus față de detectarea alimentelor, aceasta poate fi o adaptare pentru a îmbunătăți comunicarea între bărbați și femei în timpul curtei. Majoritatea peștilor peșteri ambliopside prezintă o reacție redusă la stimulii chimici ai prăzilor vii sau moarte care se găsesc în mediul lor într-un cadru de laborator, dar care vor reacționa în mod regulat la stimulii mecanosenzoriale (pentru o revizuire, vezi Niemiller și Poulson 2010). Cu toate acestea, cel puțin o specie (Typhlichthys eigenmanni) este atras de exsudatele atât ale conspecificelor, cât și ale prăzii (Aumiller și Noltie 2003). Ciprinidul peșterii Phreatichthys andruzzii (Cypriniformes: Cyprinidae) prezintă un răspuns negativ la indicii chimici ai specificațiilor necunoscute, care pot fi legate de teritorialitatea potențială și de existența unor grupuri sau stocuri distincte ale acestei specii (Berti și Zorn 2001). O respingere mai intensă este expusă la indicii heterospecifici, reprezentând posibil un răspuns antipredator. Studiile au arătat că P. andruzzii poate distinge diferite regiuni spațiale prin percepția mirosurilor endogene și exogene (Paglianti și colab. 2006; Ceccolini și colab. 2010). Recunoașterea mirosului propriu al unui pește sau a altor indicii chimice în mediu este probabil adaptativă în peșteri, deoarece riscul explorării repetate a aceluiași volum de apă este redus la minimum, ceea ce permite peștilor să investească mai mult timp și energie pentru alte funcții, cum ar fi reproducerea, într-un mediu cu energie limitată (Ceccolini et al. 2010).

Electrorecepția

Mai multe clade de pești au dezvoltat capacitatea de a detecta câmpuri electrice slabe în mediile lor create de alte organisme (electrorecepție pasivă) sau să-și genereze propriile câmpuri electrice folosind organe ampulare (electrorecepție activă). Electrorecepția este deosebit de utilă pentru navigarea, orientarea și detectarea prăzilor în condiții de lumină slabă, cum ar fi noaptea sau în apă profundă și tulbure. În consecință, aceste clade de pești ar fi preadaptate să trăiască în peșteri. Electroreception is known from only the orders Siluriformes (catfishes) and Gymnotiformes (South American knifefishes) that also contain subterranean cavefish species. However, there is no evidence of an enhancement of electrosensory abilities in the few cave lineages within these groups that have been examined ( Weber 1995).

Magnetoreception

Several species of vertebrates, including fishes, are known to orient themselves using the Earth's magnetic field ( Lohmann and Johnsen 2000, Wiltschko and Wiltschko 2005). To our knowledge, no studies to date have demonstrated that cavefishes can self-orient to magnetic fields. However, aquatic European cave salamanders ( Schlegel et al. 2009) can detect magnetic fields. Given their phylogenetic diversity, some cavefishes may be able to orient magnetically in order to navigate within subterranean habitats.


What Are Some Examples of Sensory Adaptation?

Examples of sensory adaptation include light and dark adaptation, hearing, smell, touch and eye-hand coordination. Sensory adaptation occurs when the sensory adaptation in animals changes based on their sensitivity to stimulus.

The most prominent examples of sensory adaptation in humans is light and dark adaptation. For example, when it gets dark, the pupil in the eye will enlarge, letting in as much light as possible. When it is light, the pupil closes to only allow in the necessary light. Cones and rods, or the color receptors in the eye, also become more sensitive in dark situations.

The human body also adapts to different sounds. When the human ear is subjected to prolonged loud sounds, the muscles in the ear contract, blocking out some of the sound so as to not damage the inner ear.

Touch adaptation is another form of sensory adaptation. If temperatures are not too extreme, it doesn't take the body long to adapt by adjusting its own temperature to match that of its surroundings. Evidence of this can be seen when a person takes a very hot or cold bath. It may feel too hot or too cold at first, but the body quickly acclimates to the new temperature.

Finally, the human body adapts to smell very quickly. Although a new smell is quickly detected by the nose, after a few moments, the nose no longer pays attention to it and it goes undetected.


Aging changes in the senses

As you age, the way your senses (hearing, vision, taste, smell, touch) give you information about the world changes. Your senses become less sharp, and this can make it harder for you to notice details.

Sensory changes can affect your lifestyle. You may have problems communicating, enjoying activities, and staying involved with people. Sensory changes can lead to isolation.

Your senses receive information from your environment. This information can be in the form of sound, light, smells, tastes, and touch. Sensory information is converted into nerve signals that are carried to the brain. There, the signals are turned into meaningful sensations.

A certain amount of stimulation is required before you become aware of a sensation. This minimum level of sensation is called the threshold. Aging raises this threshold. You need more stimulation to be aware of the sensation.

Aging can affect all of the senses, but usually hearing and vision are most affected. Devices such as glasses and hearing aids, or lifestyle changes can improve your ability to hear and see.

Your ears have two jobs. One is hearing and the other is maintaining balance. Hearing occurs after sound vibrations cross the eardrum to the inner ear. The vibrations are changed into nerve signals in the inner ear and are carried to the brain by the auditory nerve.

Balance (equilibrium) is controlled in the inner ear. Fluid and small hair in the inner ear stimulate the auditory nerve. This helps the brain maintain balance.

As you age, structures inside the ear start to change and their functions decline. Your ability to pick up sounds decreases. You may also have problems maintaining your balance as you sit, stand, and walk.

Age-related hearing loss is called presbycusis. It affects both ears. Hearing, usually the ability to hear high-frequency sounds, may decline. You may also have trouble telling the difference between certain sounds. Or, you may have problems hearing a conversation when there is background noise. If you are having trouble hearing, discuss your symptoms with your health care provider. One way to manage hearing loss is by getting fitted with hearing aids.

Persistent, abnormal ear noise (tinnitus) is another common problem in older adults. Causes of tinnitus may include wax buildup, medicines that damage structures inside the ear or mild hearing loss. If you have tinnitus, ask your provider how to manage the condition.

Impacted ear wax can also cause trouble hearing and is common with age. Your provider can remove impacted ear wax.

Vision occurs when light is processed by your eye and interpreted by your brain. Light passes through the transparent eye surface (cornea). It continues through the pupil, the opening to the inside of the eye. The pupil becomes larger or smaller to control the amount of light that enters the eye. The colored part of the eye is called the iris. It is a muscle that controls pupil size. After light passes through your pupil, it reaches the lens. The lens focuses light on your retina (the back of the eye). The retina converts light energy into a nerve signal that the optic nerve carries to the brain, where it is interpreted.

All of the eye structures change with aging. The cornea becomes less sensitive, so you might not notice eye injuries. By the time you turn 60, your pupils may decrease to about one third of the size they were when you were 20. The pupils may react more slowly in response to darkness or bright light. The lens becomes yellowed, less flexible, and slightly cloudy. The fat pads supporting the eyes decrease and the eyes sink into their sockets. The eye muscles become less able to fully rotate the eye.

As you age, the sharpness of your vision (visual acuity) gradually declines. The most common problem is difficulty focusing the eyes on close-up objects. This condition is called presbyopia. Reading glasses, bifocal glasses, or contact lenses can help correct presbyopia.

You may be less able to tolerate glare. For example, glare from a shiny floor in a sunlit room can make it difficult to get around indoors. You may have trouble adapting to darkness or bright light. Problems with glare, brightness, and darkness may make you give up driving at night.

As you age, it gets harder to tell blues from greens than it is to tell reds from yellows. Using warm contrasting colors (yellow, orange, and red) in your home can improve your ability to see. Keeping a red light on in darkened rooms, such as the hallway or bathroom, makes it easier to see than using a regular night light.

With aging, the gel-like substance (vitreous) inside your eye starts to shrink. This can create small particles called floaters in your field of vision. In most cases, floaters do not reduce your vision. But if you develop floaters suddenly or have a rapid increase in the number of floaters, you should have your eyes checked by a professional.

Reduced peripheral vision (side vision) is common in older people. This can limit your activity and ability to interact with others. It may be hard to communicate with people sitting next to you because you cannot see them well. Driving can become dangerous.

Weakened eye muscles may prevent you from moving your eyes in all directions. It may be hard to look upward. The area in which objects can be seen (visual field) gets smaller.

Aging eyes also may not produce enough tears. This leads to dry eyes which may be uncomfortable. When dry eyes are not treated, infection, inflammation, and scarring of the cornea can occur. You can relieve dry eyes by using eye drops or artificial tears.

Common eye disorders that cause vision changes that are NOT normal include:

    -- clouding of the lens of the eye -- rise in fluid pressure in the eye -- disease in the macula (responsible for central vision) that causes vision loss -- disease in the retina often caused by diabetes or high blood pressure

If you are having vision problems, discuss your symptoms with your provider.

The senses of taste and smell work together. Most tastes are linked with odors. The sense of smell begins at the nerve endings high in the lining of the nose.

You have about 10,000 taste buds. Your taste buds sense sweet, salty, sour, bitter, and umami flavors. Umami is a taste linked with foods that contain glutamate, such as the seasoning monosodium glutamate (MSG).

Smell and taste play a role in food enjoyment and safety. A delicious meal or pleasant aroma can improve social interaction and enjoyment of life. Smell and taste also allow you to detect danger, such as spoiled food, gases, and smoke.

The number of taste buds decreases as you age. Each remaining taste bud also begins to shrink. Sensitivity to the five tastes often declines after age 60. In addition, your mouth produces less saliva as you age. This can cause dry mouth, which can affect your sense of taste.

Your sense of smell can also diminish, especially after age 70. This may be related to a loss of nerve endings and less mucus production in the nose. Mucus helps odors stay in the nose long enough to be detected by the nerve endings. It also helps clear odors from the nerve endings.

Certain things can speed up the loss of taste and smell. These include diseases, smoking, and exposure to harmful particles in the air.

Decreased taste and smell can lessen your interest and enjoyment in eating. You may not be able to sense certain dangers if you cannot smell odors such as natural gas or smoke from a fire.

If your senses of taste and smell have diminished, talk to your provider. The following may help:

  • Switch to a different medicine, if the medicine you take is affecting your ability to smell and taste.
  • Use different spices or change the way you prepare food.
  • Buy safety products, such as a gas detector that sounds an alarm you can hear.

The sense of touch makes you aware of pain, temperature, pressure, vibration, and body position. Skin, muscles, tendons, joints, and internal organs have nerve endings (receptors) that detect these sensations. Some receptors give the brain information about the position and condition of internal organs. Though you may not be aware of this information, it helps to identify changes (for example, the pain of appendicitis).

Your brain interprets the type and amount of touch sensation. It also interprets the sensation as pleasant (such as being comfortably warm), unpleasant (such as being very hot), or neutral (such as being aware that you are touching something).

With aging, sensations may be reduced or changed. These changes can occur because of decreased blood flow to the nerve endings or to the spinal cord or brain. The spinal cord transmits nerve signals and the brain interprets these signals.

Health problems, such as a lack of certain nutrients, can also cause sensation changes. Brain surgery, problems in the brain, confusion, and nerve damage from injury or long-term (chronic) diseases such as diabetes can also result in sensation changes.

Symptoms of changed sensation vary based on the cause. With decreased temperature sensitivity, it can be hard to tell the difference between cool and cold and hot and warm. This can increase the risk of injury from frostbite, hypothermia (dangerously low body temperature), and burns.

Reduced ability to detect vibration, touch, and pressure increases the risk of injuries, including pressure ulcers (skin sores that develop when pressure cuts off blood supply to the area). After age 50, many people have reduced sensitivity to pain. Or you may feel and recognize pain, but it does not bother you. For example, when you are injured, you may not know how severe the injury is because the pain does not trouble you.

You may develop problems walking because of reduced ability to perceive where your body is in relation to the floor. This increases your risk of falling, a common problem for older people.

Older people can become more sensitive to light touches because their skin is thinner.

If you have noticed changes in touch, pain, or problems standing or walking, talk with your provider. There may be ways to manage the symptoms.


SHARK SENSES

Sharks and rays possess highly acute senses to interpret their surroundings. As a group they have maximized their potential habitats by adapting their senses to function in often adverse conditions such as dark or turbid water. Their sensory organs fit (sometimes loosely) into the six categories of sight, hearing, taste, touch, smell, and electroreception.

Smell:

The olfactory ability in sharks is well known, although the idea that sharks are able to detect and follow a drop of blood diluted in the ocean over many miles is an exaggeration.

Sharks possess a pair of nares, nostril-like holes that are located just under the leading edge of the snout. Each nare is divided by a nasal flap into two openings. Water is channeled into the incurrent aperture and having passed over the olfactory lamellae exits the olfactory sac through the excurrent aperture. The olfactory lamellae are a series of folds on the interior surface of the olfactory sac which increase the surface area giving the shark more opportunity to register smells. Odors passing over the olfactory lamellae stimulate the cilia-like endings of neuro-sensory cells. What actually happens is, dissolved molecules transported along in the water column bind to receptor cells which then send a signal to the brain. This is referred to as a chemosensory function.

Sharks have olfactory bulbs which are anterior extensions of the large olfactory lobe in the fore-brain that lead directly into the olfactory sacs. fibers in the olfactory bulb continue directly into the olfactory tract. With such advanced hardware it is not surprising that sharks are able to detect fish extracts in concentrations lower than 1 part in 10 billion!

Once a shark picks up a scent trail it swims up the trail moving its head from side to side (which is its natural swimming motion). As its snout passes backwards and forwards through the scent trail it is able to determine the direction from which the odor is emanating. If the scent is lost or if the slick is too wide to use for navigation, the shark may swim forward in an exaggerated S pattern until it can pick up the direction again.

The nares are completely seperate from the mouth and throat and therefore do not aid at all in respiration. In order to detect odors, sedentary species are able to pump water over the nares whilst resting on the sea floor. Not all sharks require a highly developed olfactory system. Whilst sense of smell may be the prime hunting tool for an Oceanic whitetip shark swimming along in the featureless ocean, an angel shark laying in wait for a meal is primarily a visual predator and consequently its olfactory sense is not so finely tuned. However, odor detection is not only used in hunting. Sharks and rays produce pheromones which signal their reproductive state to potential mates and smell may also be used in navigation.

Oceanic whitetip sharks have been seen with their snouts out of the water supposedly sniffing the air. This may allow them to detect odors over far greater distances than would be possible under water.

Vision:

Eye of a Porbeagle Shark

Many sharks depend heavily on their vision whilst hunting although there are occasions where the eyes play little or no role at all such as when a hammerhead is searching for a stingray which is completely buried. In the majority of species, the eyes are well developed, large, and complex structures. Some species are also able to sense light and dark through a thin area of skin on top of the head which leads directly to the pineal gland in the brain. As there is no lens to focus the light there is no shape perception but the shark may be able to use the differing light levels to time its vertical migration throughout the day.

Many shallow water sharks are able to regulate the amount of light entering their eyes by dilating or contracting their pupils in the same manner that we do. In some species this is done laterally whereby the sharks eyes resemble those of a cat. However in some skate and ray species the pupil contracts into a horseshoe shaped slit. This creates a kind of double vision which the skate or ray can use to determine distance. Some species use a different technique all together. They have a ragged flap which slides over the pupil effectively blocking out much of the light entering the eye. This flap produces multiple images similar to those produced by the crescent shaped pupil and again aids in depth perception.

Focusing in sharks is accomplished with the aid of the rectus muscles which pull the lens closer to or further away from the retina just as a camera lens focuses. This differs from higher vertebrates in which the lens is distorted in order to focus light from different distances. These muscles combined with the oblique muscles also control the direction that the eye faces.

Due to the poorly lit environment in which some deep water sharks live, they lack the ability to stop light from entering their eyes. This inability to shroud their eyes from intense light may explain why sixgills are seen in shallower water more regularly in the summer as this is the time of higher concentrations of suspended plankton near the surface creating a darker shallow water environment. Sixgills and other species such as the Bigeye thresher shark have very large eyes and not surprisingly have no cones for sensing color. There are however somewhere in the region of twenty species of sharks that do possess both rods and cones in their eyes. But, the question regarding a shark's ability to tell one color from another is still undecided. Dr. Eugenie Clark once performed a test on lemon sharks that she had trained to push a white panel lowered into their pen at which point they were rewarded with food. At one feeding the panel color was substituted for a yellow one at which point the approaching Lemon shark almost back flipped in the water and refused to ever eat again. Whether this proves that the shark was able to determine the change of color or whether the slight change of brightness was responsible for its behavior is not clear.

Most sharks possess excellent vision in low light conditions. The structure in the eye responsible for this is called the tapetum lucidum. This is a layer composed of mirrored crystals which lay behind the retina that can be adjusted to reflect light back onto the retina amplifying the strength of the image. Sharks share this ability with some nocturnal mammals and reptiles which require extremely sensitive vision to survive.

Unlike bony fishes sharks do possess eyelids (both upper and lower) but they are fixed and unable to cover the eye. Requiem sharks have developed a toughened layer known as the nictitating membrane that rises from below the eye to completely cover it during feeding rendering the shark blind from a purely sight oriented perspective. White sharks and some others that do not possess a nictitating membrane are able to roll their eyes back in their sockets protecting the pupils and exposing a hardened pad on the back of the eye.

White sharks have been seen to lift their heads out of the water far enough to get a look at their topside surroundings. This behavior has been witnessed in the presence of boats but possibly developed from the sharks desire to determine whether seals or sea lions are present in the area. It is unclear how well their eyes are adapted to above water vision.

Touch:

Touch can be split into actual contact and distant touch experienced through the lateral line system. Many sharks will nose an object prior to biting it in an effort to establish its edibility. The bite itself is also an exploration of touch as well as taste.

A more alien concept for us to relate to is the distant touch that is picked up through the lateral line canals. A series of interconnected canals run back from the back of the head all the way to the upper lobe of the tail in a distinct line. On the head itself are the infraorbital canal which extends ventrally from behind the eye along the snout, the supraorbital canal which passes above the eye towards the snout eventually connecting to the infraorbital canal, si supratemporal canal which leads back over the top of the head. Secondary canals may also be present around the head and jaw. The canals open to the outside of the skin by means of tiny pores which allow water to penetrate. As water is displaced by the movement of creatures in the sharks surroundings, small waves are created which move away from the disturbances like ripples on a pond. As these waves pass over the hairs which line the lateral line canals the hairs are disturbed and send signals to the brain. The sharks own movement also creates these waves which then bounce off obstructions and return to the shark creating a kind of vibration echo map of its surroundings. The frequency or erratic nature of the vibrations indicate whether any animals in the area are sick or injured.

Sharks also possess a row of pores around the pectoral fins and gills, known as pit organs. These contain neuromast-like cells that are believed to aid the shark in the detection of temperature changes. Temperature may be an important factor for certain migratory sharks. For example sharks such as Spiny dogfish follow temperature gradients north along the coasts of North America during the spring and summer months to take advantage of the salmon and other migratory species. Once the temperatures start to cool this is their environmental cue to return south for the winter. Its possible that some sharks may seek out particular temperatures where they know that a prey species is most likely to be present.

Electroreception:

At some point during the evolution of elasmobranchs the lateral line pores around the snout developed a sensitivity to fluctuations of the electrical fields in the sharks habitat. These modified sensory organs are known as the ampullae of Lorenzini. They consist of relatively large bulbous pores filled with a gelatinous substance. Connected to the pores are cylindrical canals in which the gelatinous secretions are stored. At the base of each pore is a sensory nerve which transports the electrical signals (which are collected by sensory cells lining the pore) to the brain. Actively hunting sharks may have as many as 1500 ampullae around their snout and head whilst more sedate species may only have a few hundred. The ampullae also react to a lesser degree to temperature and pressure changes.

Ampullae of Lorenzini of a Porbeagle Shark ( Lamna nasus)

The ability of sharks and rays to detect weak electrical signals in their surroundings may be one of the greatest factors relating to their survival through the millennia. The organs are sensitive enough for hammerheads and some other sharks to detect the small electrical signals put out by their prey whilst it hides motionless below the sand. In fact the ampullae are so sensitive that they can pick up voltage fluctuations of just 10 millionths of a volt or the equivalent of the electrical gradient of a AA battery with wires put into the sea 1 mile apart. It has been suggested that the widened heads of the hammerhead family may be an adaptation designed to increase the triangulation capabilities of their electroreception.

When sharks are close to prey it appears that their electrical sense takes over from sight or smell. This would explain why sharks which have been chummed to a fishing or shark diving boat will sometimes attack the propellers and other metal objects rather than the bait which has been put in the water in front of them. Photographers (and I can testify to this) may have the unnerving experience of having a shark maul their underwater camera strobes which emit strong electrical fields. Sharks will also respond more aggressively to the erratic electrical signals emitted by a wounded animal. This may explain why shark attack victims are repeatedly bitten whilst rescuers swimming next to them often remain completely unscathed.

Some sharks migrate across thousands of miles of bottomless ocean. Other fish which do this are believed to navigate by sensing the polarization of the earths magnetic fields through the presence of magnetite in their bodies. Sharks however do not possess magnetite and it has baffled researchers how a shark can navigate effectively across huge expanses of open water. Many senses may play a part in this type of navigation but one interesting idea is that the saline environment that they swim through combined with the magnetic fields around the earth may create a strong enough electrical gradient to lead the shark in the right direction. Equivalent to having a permanent North star in the sharks head.

Taste:

Taste is another chemosensory function similar to smell. Sharks have small pits in the lining of the mouth and throat that contain rod shaped gustatory sensory cells. Once dissolved chemicals from the bitten object attach themselves to the gustatory cells a signal passes to the brain which is instrumental in determining whether the shark rejects the meal or not. The taste organs are not as highly adapted as other shark senses as they do not play a role in locating prey. The exception to this may be in species such as nurse sharks that possess whisker-like barbells protruding from the upper lip that can be raked through the sand possibly to taste for a meal.

Porbeagle Shark Jaw - used for feeling as well as tasting.

There has been a lot of speculation on the bite and release behavior exhibited by white sharks. Repeatedly in attacks on humans white sharks have been noted to take an initial chomp after which they often swim away. Partially due to this behavior 3/ 4 of white shark attacks are not fatal. One theory that may explain this is the idea that once the shark tastes the person and determines that it is not the high fat mammal that it was expecting, it does not waste its time eating and trying to digest a meal which will not provide the energy that it needs. Contradicting this is evidence that occasionally white sharks do partially or completely devour humans. An equally reasonable theory suggests that white sharks take an initial debilitating bite and leave the victim to bleed to death. This makes sense for a shark that preys on sea lions that possess a formidable set of teeth of their own.

Hearing and balance:

Whether sharks actually hear in the same sense that we do is unclear. The ears of sharks are completely internal. They are embedded within the chondrocranium (frontal skull). What looks like ear openings behind the eyes of sharks and rays are actually spiracles which primarily aid in respiration.

As in the inner ears of higher vertebrates the ears of sharks are responsible for balance and equilibrium. The inner ear of sharks consists of a series of ducts and sacs collectively known as the membranous labyrinth. These cavities are filled with endolymph which in sharks is mainly sea water that enters through the endolymphatic ducts. Around the membranous labyrinth is another series of fluid filled canals known as the cartilaginous labyrinth that are supplied through the perilymphatic ducts. The cartilaginous labyrinth protects and supports the more sensitive membranous labyrinth within. The sacculus is a large inner chamber into which the endolymphatic ducts lead. Within this is an area called the lagena that has been shown to receive sound waves in some fishes. Lining the walls of the sacculus are patches of sensory epithelium covered with sand grains and calcareous deposits known as otoliths. As the shark banks the endolymph fluid and otoliths lag behind slightly. Their swaying registers on nearby sensory hair cells that send signals to the brain resulting in sensations of imbalance that the shark then corrects. Imagine the importance of good balance in an environment where there are sometimes no visual cues at all to tell you which way is up.

At one time scientists thought that sharks may be able to hear with their entire bodies using their lateral line systems. This idea has since been discredited but the principle remains a reasonable one. Sound waves are after all little more than vibrations that fall within an animals auditory range. And, considering the importance of hearing it would make sense that such a successful group of animals as elasmobranchs would make use of it in one way or another.


Arguably, the most impressive of the shark’s senses is the ampullae of Lorenzini. Tiny sensory pores on a shark’s nose that can detect very small electrical fields. Each pore contains a jelly-filled canal with sensory cells at the end. The hammerhead shark hunts on prey completely hidden from view but is able to find them by picking up on their electrical field through the ampullae of Lorenzini. This means that sharks can continue to hunt in very dirty water and moonless nights. It is also thought that sharks are able to pick up electrical fields from the Earth’s surface to aid in navigating.

Sharks use three different methods of reproduction. Each method begins with internal fertilization of a female shark. In many species, males will bite onto a female to ensure he is close enough to fertilize her using one of his claspers, a specialized pelvic fins used for fertilization. The clasper is bent at a 90° angle and inserted into the female’s cloaca. The clasper is locked in the cloaca by a mix of barbs, hooks and spines.

Oviparous is the first of three methods for reproduction used by sharks. Oviparous sharks lay very large egg cases and wedge them into safe areas in rocks or seaweeds. Nutrition for the embryo is provided by the yolk of the egg and molecules taken from the flow of water into the egg. It takes around 6 – 10 months for an embryo to fully develop and hatch.

The seven gill shark, along with others, uses a method for reproduction known as ovoviviparous. The young are developed within the mother but all the nutrition still comes from an egg yolk. Inorganic molecules are transferred from the maternal circulation to the developing young. The young may hatch inside the oviducts and spend half their fetal life surviving by cannibalism of their brothers and sisters.

The most developed sharks are viviparous sharks, such as the hammerheads and bull sharks. Young are developed inside the mother and the nutritional supply is continuous and not limited to a yolk. Some viviparous sharks develop extensions of the oviduct wall which deliver nutrition to the young. Others continue to ovulate and young feed on the eggs. Most commonly the yolk sac connects to the uterine wall and nutrition is obtained from the bloodstream via the yolk sac.


Sensation and the Sensory Organs (Gustation, Olfaction, Somatosensation, Proprioception and Kinesthesia)

The gustatory system comprise of three crucial parts: the mouth, tongue and also the taste buds which helps us in perceiving the sense of taste. Both the gustatory system and the olfactory system (sense of smell) follow chemoreception process. The process of Chemoreception allows the human sense organs to interpret the various taste molecules for discovering various tastes or differences in flavours. The same applies to olfactory system even.

The specialized cells or the taste buds which are situated sense various tastants or the taste molecules. These taste buds send the information about these tastants to the brain, where these molecules or tastants are processed as specific tastes. Taste can be of five different kinds like sweet, salty, sour and umami (savory).

The Tongue and the Taste Buds

The main sensory organ of the gustatory system is the tongue which has taste buds by way of which one can feel the sense of taste. The tongue has papillae or epithelial cells which have the taste buds on the surface. Papillae are of three types:

The flask like shaped taste buds is formed by gustatory cells and supporting cells. The gustatory cells have a short life and regenerate on a continuous basis. Each taste bud comprise of a taste pore on the tongue surface where the sensation of taste takes place.

Gusturi: Tastes can be bitter, sour, sweet, salty and umami. In general sense, taste can be either pleasant or unpleasant depending upon the materials which is being tasted. For each flavour, there will be one taste receptor. Umami, sweet and bitter tastes, use similar taste receptors called GPCR or G-Protein coupled receptor.

Olfaction (Sense of Smell)

With the help of olfactory system we can perceive the sense of smell around us by inhaling the environmental odorants and translating them to neural signals. The olfaction is physiologically quite similar to the gestation system because of the use of the chemoreceptors which play a key role in discerning the information about the substances. The senses of taste and smell of various flavours are perceived at the same time due to a process of interaction called chemoreceptive sensory interaction. Because of this foods taste different, due to a compromised olfactory system. But anatomically, the olfactory system is different from the gustatory system.

The Nose and the Nasal Cavity

The olfactory epithelium is responsible for the odour reception to occur through olfactory receptor cells. The olfactory receptor cells are located near the septum, which is a dime-sized region in the nasal cavity area known as the olfactory mucosa. On an average, humans have about 10 million olfactory cells which are located in the olfactory mucous membrane. Each has 350 different types of receptors composed of mucous membranes receptor types and each 350 receptor type characterizes only one odour type. These function with the help of celia which contains olfactory receptor proteins, which are responsible for transductions and the neural processing of the electrical signals.

In the process of transduction, the olfactory receptors detect the odour molecules and transform the chemical signals to electrical signals for transmitting to the brain as neural impulses, as a result of which one perceives the sense of smell. Odour molecules have unique and individual features, as a result of which it is possible for the olfactory system to perceive or detect from broad range of odours or smells. Humans have the ability of being able to differentiate between 10, 000 different odours.

Somatosensation: Pressure, Pain and Temperature

Somatosensory organs help the humans to perceive the sensations of pain, pressure or temperature. Somatic is associated with the sense of touch and the system which studies the somatic sensations is known as the Somatosensory system. The skin is the most important and the most complex organ of the somatosensory system. Skin gathers information from the external stimuli, translates and interprets the information for the nervous system and allows a normal functioning of the human body. The touch receptors of the skin can be categorized into three: mechanoreception related to the sense of pressure, thermoreception which is responsible for the sense of heat and nociception related to the sense of pain. The somatosensory system is further supported by the proprioceptors which comprise of the receptor cells of the joints and muscles, but sometimes they are categorized into a separate category called as the Kinesthesia.

The Somatosensory System: This system uses specialized receptor cells of the skin and the body for detecting the environmental changes. The receptors convert the physical stimuli to chemical and electrical signals and send these signals to the brain for further processing through transduction process. The cutaneous receptors or the receptors of the skin, provide information about the senses of pressure, pain and temperature. The receptors of the joints and the muscles provide information about the muscle length & tension and joint angles.

Proprioception and the Vestibular system

Apart from the 5 senses, the Vestibular system and Proprioception are the recent advances. Proprioception is the sense of the relative position of various neighbouring parts of the body and the effort applied for the movement. Kinesthesia is the sense of being aware of the position and movement of various parts of the body using various sensory organs. Kinesthesia is the main component which helps in describing the memory, muscle and hand-eye coordination. The vestibular system, which is situated around the inner portion of the ear, provides balance and provides a sense of spatial awareness. Both the vestibular system and proprioception, contribute to providing a sense of balance but differently.


Priveste filmarea: Jocul senzorial Simturile buclucase (Ianuarie 2022).