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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE CIENCIAS DESCRIPCIÓN ANATÓMICA E HISTOLÓGICA DEL SISTEMA AUDITIVO PERIFÉRICO DE Lasiurus cinereus (VESPERTILIONIDAE: CHIROPTERA) T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: B I Ó L O G A P R E S E N T A : GABRIELA GONZÁLEZ GONZÁLEZ DIRECTOR DE TESIS: M. EN C. DAVID RICARDO ORTIZ RAMÍREZ 2011 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. HOJA DE DATOS DEL JURADO 1. Datos del alumno González González Gabriela 53 41 50 24 Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Ciencias Biología 302238891 2. Datos del tutor M en C David Ricardo Ortiz Ramírez 3. Datos del sinodal 1 Dra Patricia Rivas Manzano 4. Datos del sinodal 2 Dra Livia Socorro León Paniagua 5. Datos del sinodal 3 Dr Rafael Ávila Flores 6. Datos del sinodal 4 M en C Enrique Moreno Sáenz 7. Datos del trabajo escrito Descripción anatómica e histológica del sistema auditivo periférico de Lasiurus cinereus (Vespertilionidae: Chiroptera) 80 p 2011 ÍNDICE RESUMEN .................................................................................................................................................. 1 I. ANTECEDENTES .................................................................................................................................. 2 1.1 Sistema auditivo de los mamíferos ............................................................................................ 2 1.2 Sistema auditivo de microquirópteros ...................................................................................... 4 1.2.1 Estudios previos del sistema auditivo de microquirópteros y descubrimiento de la ecolocalización ............................................................................................................................. 4 1.2.2 Aspectos evolutivos ........................................................................................................... 6 1.2.3 Características del sistema de ecolocalización de microquirópteros ......................... 8 1.3 Anatomía general del sistema auditivo periférico de microquirópteros ............................ 11 1.3.1 Oído Externo ..................................................................................................................... 12 1.3.2 Oído Medio ....................................................................................................................... 15 1.3.3 Oído Interno ...................................................................................................................... 21 II. ORGANISMO DE ESTUDIO .......................................................................................................... 30 III. JUSTIFICACIÓN Y OBJETIVO ..................................................................................................... 34 IV. MÉTODO ........................................................................................................................................... 34 4.1 Colecta en campo del material biológico ................................................................................. 34 4.2 Análisis anatómico-histológico ................................................................................................. 35 V. RESULTADOS .................................................................................................................................... 37 5.1 Anatomía del Oído Externo ...................................................................................................... 37 5.2 Histología del Oído Externo ...................................................................................................... 43 5.3 Anatomía del Oído Medio ......................................................................................................... 44 5. 4 Anatomía del Oído Interno ...................................................................................................... 50 5.5 Histología del Oído Interno ...................................................................................................... 51 VI. DISCUSIÓN ...................................................................................................................................... 55 VII. CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 64 CLAVE DE ABREVIATURAS .............................................................................................................. 67 LITERATURA CITADA ........................................................................................................................ 69 1 RESUMEN El sistema auditivo periférico de los microquirópteros se ha catalogado como el más desarrollado y complejo dentro de los mamíferos. Presenta especializaciones y diferencias estructurales entre las especies, siendo las insectívoras las que presentan mayor complejidad. El objetivo de este trabajo fue describir anatómica e histológicamente las partes principales del oído externo, medio e interno del sistema auditivo periférico del murciélago insectívoro Lasiurus cinereus. Los ejemplares utilizados fueron colectados en la Reserva Santa Fe, La Marquesa, Estado de México, México. La descripción anatómica de las estructuras se realizó por medio de imágenes, las cuales fueron obtenidas con una cámara digital acoplada a un estereoscopio, procesadas con el Software Imagen 1.34 y analizadas estadísticamente con Excel. La descripción histológica se realizó únicamente para el oído externo e interno, por medio de cortes de 5m de grosor y el uso de las técnicas de tinción Hematoxilina-Eosina, Tricrómica de Masson y Sylven. Los resultados de este trabajo mostraron que el sistema auditivo periférico de Lasiurus cinereus presenta características adecuadas para la recepción y utilización de sonidos empleados por esta especie, como son: el área de la membrana timpánica, las fuertes uniones entre los osículos auditivos, el tamaño de los músculos del oído medio, el ancho coclear en el giro basal, la ausencia de la lámina espiral ósea secundaria, el tamaño del helicotrema y la longitud constante de la membrana tectorial. Así como características relevantes y de interés, como: la ausencia de la banda de piel sobre la frente que se esperaría estuviera presente por sus implicaciones en el vuelo, la característica cerrada del hueso timpánico como un anillo rígido, la carencia de la bula timpánica y el apéndice estilete que se esperarían observar por sus hábitos de vida y su presencia en organismos de la misma familia, la estructura coclear, por sus similitudes con organismos de otras familias más que con organismos cercanos a L. cinereus, la presencia de solo un tipo celular y no dos en el ligamento espiral, la disminución en altura y ancho del giro basal al ápice del complejo del surco vascular y el ligamento espiraly los decrementos en los engrosamientos de la base al ápice coclear, similares a organismos de otras familias. 2 I. ANTECEDENTES A lo largo de millones de años, los mamíferos han desarrollado diversos sistemas de recepción sensorial (visuales, auditivos, gustativos, olfativos, táctiles, térmicos, de equilibrio, eléctricos, magnéticos y osmóticos) que les han proporcionado una relación más estrecha y sencilla con su ambiente (Randall et al., 2002). Cada uno de estos sistemas de recepción responde a un tipo determinado de estímulos ambientales (luminosos, eléctricos, magnéticos, térmicos, químicos, mecánicos y osmóticos) y presenta un tipo específico de células sensoriales o células receptoras (fotorreceptores, electrorreceptores, magnetorreceptores, termorreceptores, quimiorreceptores, mecanorreceptores y osmorreceptores). Las células receptoras reciben los estímulos y los transforman en señales eléctricas, que se conducen a través del sistema nervioso, hacia regiones cerebrales específicas de cada sistema (región auditiva, región olfativa, región gustativa o región visual) (Randall et al., 2002; Hill et al., 2004). 1.1 Sistema auditivo de los mamíferos El sistema auditivo de los mamíferos tiene dos funciones: la de recepción de sonidos por medio de los órganos de la audición y la del equilibrio (Henson, 1970; Randall et al., 2002). Los órganos de la audición forman el sistema auditivo periférico, que comprende el oído externo (OE), oído medio (OM) y oído interno (OI) (Fig. 1); y el sistema auditivo central, que se compone por el sistema de nervios auditivos (NA) que salen del oído interno, los núcleos cocleares (NC) y el complejo olivar superior (COS) en el tronco cerebral, los colículos inferiores (CI) en el cerebro medio, el tálamo (T) en el cerebro interno y la corteza cerebral auditiva (CCA) (Moller, 2006; Fig. 2). Fig.1. Esquema general del sistema auditivo periférico en mamíferos. Se muestra la ubicación del OE, OM y OI. Modificada de Hugh J. Foley y Margaret W. Matlin. Sensation and Perception. www.skidmore.edu. Fig. 1 3 El sistema auditivo periférico responde a estímulos mecánicos del ambiente y presenta células sensoriales de tipo mecanorreceptoras (células pilosas), las cuales llevan a cabo la transducción de estos estímulos a impulsos eléctricos, para que puedan ser interpretados por el sistema auditivo central (Hill y Smith, 1984; Randall et al., 2002; Hill et al., 2004; Bitterman et al., 2008). Los estímulos mecánicos percibidos por el sistema auditivo son resultado de la vibración de cuerpos sonoros y se conocen como vibraciones sonoras (Moncada, 2001). Las vibraciones sonoras se propagan a través del aire, líquidos o cuerpos sólidos (Griffin, 1959; Randall et al., 2002) y la velocidad con que viajan depende de la naturaleza y de la temperatura del medio a través del cual se desplazan y es independiente del movimiento de la fuente sonora (Griffin, 1959). Las vibraciones sonoras son llamadas infrasonidos si sus frecuencias son menores a los 20 Hz, sonidos si caen dentro del intervalo de frecuencias percibido por los humanos (16 – 20Hz a 20 - 24 kHz) (Wegel, 1932), ultrasonidos si tienen frecuencias entre 20 kHz y 500 MHz (Fenton, 1992) y microsonidos si están entre los 500 MHz y 1 THz (Díaz, 1996). Dentro de los mamíferos, el sistema auditivo presenta diferentes especializaciones en cuanto a la recepción del intervalo de frecuencias y al desarrollo de las estructuras que lo constituyen, observándose más complejo y especializado en mamíferos que lo utilizan principalmente para satisfacer necesidades básicas como la alimentación; dentro de estos mamíferos se encuentra el grupo de los murciélagos microquirópteros (Randall et al., 2002; Hill et al., 2004). Fig.2. Esquema general del sistema auditivo central en mamíferos. Se señalan las estructuras principales: NA, NC, COS, CI, T y CCA. Modificada de Moller, 2006. Fig. 1 4 1.2 Sistema auditivo de microquirópteros Los murciélagos microquirópteros se ubican dentro del orden Chiroptera, único grupo de mamíferos voladores (Simmons, 2005), del cual se han descrito entre 1100 (Kunz y Fenton, 2005) y 1165 especies (Wilson y Reeder, 2005) en todo el mundo. Su sistema auditivo presenta el patrón general de mamíferos, pero tienen algunos detalles que los convierten en el grupo con el sistema sensorial auditivo periférico más desarrollado y variado entre los mamíferos. 1.2.1 Estudios previos del sistema auditivo de microquirópteros y descubrimiento de la ecolocalización Los estudios experimentales que establecieron la importancia del sistema auditivo de los microquirópteros comenzaron con el italiano Lazzaro Spallanzani (1729 – 1799) entre 1790 y 1793 (Fig. 3), quien descubrió la utilización del sistema auditivo para la orientación espacial y la alimentación de estos mamíferos (Fenton, 1992; Neuweiler, 2000). Posteriormente el biólogo suizo Charles Jurine (1751 – 1819) ayudó a Spallanzani a concluir en 1799, que los murciélagos podían prescindir de sus ojos o podían tener deteriorado cualquier otro sistema de recepción sin tener problemas, pero que cualquier deterioro en su audición les resultaba desastroso, pues perdían totalmente el sentido de orientación (Griffin, 1959; Fenton, 1992). La importancia del sistema auditivo de los microquirópteros, fue referida inicialmente a la prominencia del oído externo, ya que la forma del pabellón auricular estaba especializada para amplificar sonidos débiles, tales como ecos (Fenton, 1992). Fig.3. Lazzaro Spallanzani (1729-1799). Obtenida de Enciclopedia Britannica Online. www.britannica.com Fig. 1 5 En el siglo XIX, Sir Hiram Maxim (1840 – 1916) aseguró que los murciélagos utilizaban la localización por medio de ecos inaudibles para el hombre producto de infrasonidos (Griffin, 1959), lo que sugirió que el sonido desempeñaba un papel importante en su vida (Fenton, 1992; Fenton et al., 1995; Altringham, 1996; Fig. 4). Durante los años siguientes los estudios acerca del funcionamiento del oído en los murciélagos fueron casi olvidados, porque no había una respuesta clara a cómo los oídos podían orientarlos en remplazo de los ojos (Griffin, 1959). Hasta 1930 Donald R. Griffin (1915 – 2003) de la Universidad de Harvard (Fig. 5), demostró que durante el vuelo, el murciélago Myotis lucifugus continuamente producía pulsos de frecuencias no audibles para el hombre y que mientras más cerca se encontraba de obstáculos, la velocidad a la cual producía esos pulsos se incrementaba (Fenton, 1992). En 1939, en esa misma Universidad, el físico G. W. Pierce (1872 – 1956) perfeccionó algunos instrumentos electrónicos para descubrir frecuencias sonoras inaudibles para el hombre (Fig. 6), los cuales fueron utilizados para estudiar a los microquirópteros. Con estos instrumentos se comprobó que los murciélagos emitían ultrasonidos en gran cantidad (Griffin, 1959; Pye, 1968; Altringham, 1996). Fig.5. Donald Redfield Griffin (1915-2003). Obtenida de Woods Hole Oceanographic Institution. www.whoi.edu Fig. 1 Fig.6. George Washington Pierce (1872-1956). Obtenida de The Institute of Electrical and Electronics Engineers Global History Network. www.ieeeghn.org. Fig. 1 Fig.4. Sir Hiram Stevens Maxim (1840- 1916). Obtenida de Enciclopedia Britannica Online. www.britannica.com Fig. 1 6 Pierce realizó estudios posteriores en colaboración con Robert Galambos (1914 – 2010; Fig. 7), en los cuales observó que cuando se les cerraba la boca a los murciélagos, sellando sus labios con goma de pegar, para impedir que emitieran sonidos, se presentaba un efecto similar al registrado cuandose les tapaban los oídos. De acuerdo con estas observaciones concluyeron que el sentido de orientación de los microquirópteros dependía de los ecos ultrasónicos emitidos continuamente y de la recepción de éstos por su sistema auditivo (Griffin, 1959). La importancia de los sonidos emitidos por los murciélagos y su recepción por el oído, fue reconocida de manera independiente en 1932 por el zoólogo holandés Sven Dijkgraaf (1908 – 1995; Fig. 8), quien en 1943 describió el sistema de ecolocalización ultrasónico como un sistema biológico complejo de percepción acústica (Griffin, 1959; Hill y Smith, 1984; Fenton, 1992; Neuweiler, 2000; Altringham y Fenton, 2003). En las décadas posteriores se realizaron otros estudios sobre el sistema auditivo de los microquirópteros enfocados principalmente a la morfología del sistema auditivo periférico, siendo uno de los más detallados el realizado por O. W. Henson, Jr. (1970). 1.2.2 Aspectos evolutivos El sistema auditivo ha llegado a ser para los microquirópteros el sistema principal de recepción sensorial debido a que evolutivamente desarrollaron hábitos estrictamente nocturnos y fueron capaces de explotar refugios en oscuridad total (Speakman, 1995), como cuevas profundas. Puesto que en estas condiciones la orientación visual no les era suficiente, las vibraciones sonoras eran una manera conveniente, o tal vez la única disponible, para mantener la orientación en su entorno (Griffin, 1959; Hill y Smith, 1984; Neuweiler, 2000). Fig.7. Robert Carl Galambos (1914-2010). Obtenida de The Hearing Industry Resource from The Hearing Review and Hearing Review Products Online. www.hearingreview.com Fig. 1 Fig.8. Sven Dijkgraaf (1908- 1995). Obtenida de NeuroSono.de. www.neurosono.com Fig. 1 7 El mantenimiento de la ancestral conducta nocturna o crepuscular en los microquirópteros ha sido explicada por varios factores: 1) La presión de depredación de las aves rapaces diurnas (hipótesis de aves depredadoras), las cuales disminuían el número de individuos dentro de las poblaciones (Speakman, 1995); 2) La alta exposición a la luz a través de las membranas alares (hipótesis de la hipertermia), que hacía costosa su termorregulación debido al incremento rápido de la temperatura corporal (Thomas y Suthers, 1972; Thomas et al., 1991); 3) La competencia interespecífica, ya que el cielo nocturno era un nicho ecológico poco explotado por otros grupos de animales y por lo tanto disponible (Altringham, 1996). En este caso los microquirópteros competían con las aves insectívoras, las cuales ocupaban también el medio aéreo de día y sólo dejaban la disponibilidad de recursos alimenticios por la noche (Moore, 1975). Establecidos los hábitos nocturnos en los microquirópteros, los factores que indujeron la consecuente especialización anatómica del sistema auditivo, se relacionaron con las actividades básicas para su supervivencia, como: los hábitos alimenticios y de forrajeo, la necesidad de encontrar el camino de regreso a sus refugios y la posibilidad de desplazarse libremente dentro de ellos. Por ejemplo, los microquirópteros que capturaban insectos al vuelo o desde la percha por la noche, tenían la necesidad de identificar y rastrear a sus presas en movimiento en la oscuridad, además de evitar cuerpos sólidos que podían lastimarlos (Hill y Smith, 1984; Fenton, 1992; Arita y Fenton, 1997; Neuweiler, 2000; Schnitzler y Kalko, 2001), y debían tener la facilidad de regresar a sus refugios. La explotación de refugios oscuros, como cuevas, presionó la especialización del sistema auditivo, como resultado del conjunto de presiones que implicaron la habitabilidad de éstos, como el riesgo de depredación, la estabilidad termal y la protección de climas extremos (Kunz y Lumsden, 2005). Las especializaciones evolutivas simultáneas de los sistemas auditivo y vocal de los microquirópteros contribuyeron al desarrollo de la ecolocalización ultrasónica, la cual de acuerdo a Sven Dijkgraaf, consiste en la emisión de ultrasonidos y la recepción de los ecos producidos por los objetos que los rodean, para ubicarse espacialmente en el entorno nocturno, cazar pequeños insectos u otros elementos (frutos, flores o vertebrados) que forman parte de su dieta, comunicarse con sus crías o miembros de su especie, identificar obstáculos para evitar 8 lesiones y producir vocalizaciones interespecíficas (Griffin, 1959; Hill y Smith, 1984; Fenton, 1992; Neuweiler, 2000; Altringham y Fenton, 2003; Fig. 9). Con la especialización del sistema auditivo y el desarrollo de un complejo biosonar, los microquirópteros dominaron completamente los cielos nocturnos (Griffin, 1958; Thomas et al., 2004). Análisis previos de anatomía de oído, realizados a ejemplares fósiles de microquirópteros, confirman que los taxa más primitivos que se conocen eran ya ecolocalizadores sofisticados similares a los actuales (Simmons, 2005). 1.2.3 Características del sistema de ecolocalización de microquirópteros Una de las características más importantes del sistema de ecolocalización de los microquirópteros es la forma en la cual estos organismos producen sus ultrasonidos, ya que todos ellos generan vocalizaciones tonales por medio de la laringe, a diferencia de los chasquidos linguales usados en la ecolocalización de otros mamíferos y por el único género del suborden Megachiroptera, Rousettus, que posee ecolocalización (Griffin, 1958; Novick, 1958; Pye, 1968; Thomas et al., 2004). Los sonidos de ecolocalización se generan en la laringe (que es proporcionalmente larga en relación al tamaño del cuerpo), cuando un par de pliegues membranosos laterales ubicados en la garganta, denominados cuerdas vocales (tirantes, estirables, cuya tensión y velocidad de vibración es regulada por los músculos de la laringe), son plegados como una cortina. El plegamiento de estas cuerdas bloquea el pasaje respiratorio, afectando el paso del aire cuando es exhalado de los pulmones, lo que las hace vibrar y les da la capacidad de producir sonidos de diferentes frecuencias (Hill y Smith, 1984; Fenton, 1992; Altringham, 1996). Fig.9. Ecolocalización ultrasónica en microquirópteros. Tomada de Smithsonian Tropical Research Institute Online. http://striweb.si.edu. Fig. 1 9 Las vocalizaciones de los microquirópteros, así como su intervalo de audición, se extienden desde frecuencias de 1 kHz hasta 200 kHz, y sus picos de sensibilidad acústica incluyen en la mayoría de ellos la totalidad de las frecuencias emitidas en su repertorio. El intervalo de las vocalizaciones que cada murciélago produce se relaciona directamente con el largo de la laringe y la complejidad de las estructuras productoras de sonidos (Hill y Smith, 1984), por lo que cada especie de microquiróptero opera bajo un conjunto sinérgico de características que produce vocalizaciones únicas (Griffin, 1958). Los microquirópteros utilizan dos tipos de vocalizaciones principales: frecuencia modulada (FM) y frecuencia constante (FC). Henson (1967) argumentó que las vocalizaciones de FM son importantes en el proceso de ecolocalización, mientras que las vocalizaciones de FC sirven simplemente para enmascarar los ecos posteriores. Ambas vocalizaciones tienen un espectro de frecuencia complejo que a menudo es rico en armónicos (serie de sonidos que acompañan al sonido generador, percibidos después de que se produce cualquier vibración sonora) (Moncada, 2001) y su calidad depende de la tensión ejercida por los músculos de la laringe sobre las cuerdas vocales, así como de las características de las cavidades de aire del tracto vocal. Algunos microquirópteros como los vespertiliónidos emiten señales con fuertes armónicos fundamentales, de manera que, aunque armónicos más altos están presentes, suintensidad es baja en comparación con la de la fundamental (Arlettaz et al., 2001). Además de los microquirópteros y el género Rousettus (Neuweiler, 2000), otros mamíferos como los cetáceos (delfines, orcas y ballenas) presentan sistema de ecolocalización ultrasónica (Kellogg, 1959; Norris et al., 1961; Altringham, 1996; Thomas y Jalili, 2004). Actualmente se realizan estudios experimentales para comprobar si mamíferos insectívoros (como las musarañas) y roedores nocturnos (como las ratas topo) presentan ecolocalización (Gould, Negus y Novick, 1964; Fenton, 1984; Thomas y Jalili, 2004). Las relaciones filogenéticas que existen entre estos grupos y los quirópteros (Thomas y Jalili, 2004), así como la similitud en sus afinidades ecológicas y patrones conductuales, hacen pensar que este sistema es una característica primitiva que de alguna manera se refinó en los quirópteros, pero que aún se presenta en forma simple en mamíferos insectívoros y roedores (Altringham, 1996; Thomas y Jalili, 2004). 10 Otras características importantes del sistema de ecolocalización en los microquirópteros son aquellas relacionadas con la emisión de los sonidos. Existen estructuras accesorias, como las hojas nasales que presentan algunas especies, que desempeñan un papel importante en la trasmisión de los sonidos ultrasónicos y contribuyen en su direccionalidad. Las ondulaciones y pliegues complejos de muchas hojas nasales pueden servir además para proteger al sistema auditivo de la salida de señales emitidas nasalmente y con ello incrementar su sensibilidad para cuando los ecos regresen (Hill y Smith, 1984). Gracias a estas y otras características el sistema de ecolocalización ultrasónica en los microquirópteros se muestra como un complejo sistema que involucra la especialización de los sistemas respiratorio, auditivo y nervioso central (Fig. 10), y por esto también se considera más altamente desarrollado que el presente en otros órdenes de mamíferos (Pye, 1968; Hill y Smith, 1984; Arita y Fenton, 1997). El sistema de ecolocalización de los microquirópteros presenta numerosas modificaciones adaptativas entre las especies, las cuales cambian el grado de audición y sus estrategias de acuerdo a las condiciones de vida y el hábitat (Neuweiler, 1989, 1990; Schnitzler et al., 2003). De acuerdo con Fenton (1992), las especies insectívoras son las que tienen el sistema de ecolocalización más especializado y por consiguiente un sistema auditivo muy desarrollado. Teeling y colaboradores (2005) especularon que la variedad de estrategias de ecolocalización que Fig.10. Sistemas involucrados en el sistema de ecolocalización ultrasónica en microquirópteros. Se muestran algunas estructuras del sistema respiratorio (tráquea, laringe, nostrilo y hoja nasal), sistema auditivo (oído externo y oído interno) y sistema nervioso central (núcleo coclear, colículo inferior y corteza cerebral auditiva). Modificada de Neuweiler, 2000. Fig. 1 11 caracteriza a las familias y especies de microquirópteros, pudo haber evolucionado como resultado de la explotación diferencial de los nichos ecológicos disponibles en el tiempo. 1.3 Anatomía general del sistema auditivo periférico de microquirópteros El sistema auditivo periférico de los microquirópteros insectívoros se conforma por las mismas estructuras anatómicas básicas asociadas con la recepción de sonidos que en los demás mamíferos (oído externo, medio e interno) y se encuentra por duplicado. La duplicación de tales estructuras (en la parte lateral derecha y en la parte lateral izquierda de la cabeza) confiere a los microquirópteros la capacidad de tener un buen rendimiento en imágenes estereofónicas como en los ojos, por la comparación de las diferencias en intensidad y calidad de los ecos recibidos en cada sistema durante la ecolocalización (Hill y Smith, 1984; Fig. 11). Diversos estudios han mostrado que entre de las especies de microquirópteros existe gran variabilidad en las estructuras principales del sistema auditivo periférico, así como en las estructuras accesorias, las cuales algunas veces están ausentes. Según Suga (1990), esta variabilidad en conjunto con la especializada anatomía del sistema auditivo central, hace que los microquirópteros sean capaces de obtener información acerca del tamaño, forma, textura, distancia y movimiento de los objetos en su entorno; y es por esta variabilidad también que se piensa que el sistema auditivo de estos organismos es el más especializado dentro de los mamíferos (Henson, 1970; Fenton, 1992; Obrist et al., 1993). Fig.11. Duplicación del sistema auditivo periférico en microquirópteros. Se muestra la ubicación del oído externo (OE), medio (OM) e interno (OI). Modificada de Neuweiler, 2000. Fig. 1 12 1.3.1 Oído Externo El oído externo (OE) se compone principalmente por el pabellón auricular (PA), aurícula u oreja y el conducto auditivo externo (CAE); generalmente presenta apéndices accesorios como el trago (T) y el antitrago (AT) o estructuras accesorias como las válvulas (V) (Walker, 1964). Estudios previos realizados sobre esta región han mostrado que las estructuras que conforman el oído externo de microquirópteros presentan gran variabilidad en tamaño, forma, estructura interna (tejido conectivo, zonas óseas, musculatura asociada) y grado de movilidad (cambio de posición y forma) dentro de especies de la misma familia (Macalister, 1872; Pye, 1968; Vater y Kössl, 2004). La posición de los pabellones auriculares sobre la cabeza de los microquirópteros también varía, aunque cada posición los hace especialmente receptivos a ecos que tienen de 30 a 40° sobre la boca, por lo que tienen por efecto restringir la recepción de sonidos en lugar de actuar como colectores generales (Hill y Smith, 1984). La movilidad o las vibraciones rápidas de los pabellones pueden también ser esenciales para precisar la ecolocalización o ser la respuesta de la captación de sonidos externos específicos (Pye, 1968). El tamaño del pabellón auricular se ve determinado por los hábitos de forrajeo de las especies; por ejemplo, especies insectívoras que cazan a sus presas sobre la vegetación, el suelo o superficies sólidas, usualmente tienen pabellones gigantescos (Henson, 1970; Neuweiler, 2000). También grandes pabellones pueden ser relacionados con especies que forrajean sobre diferentes grupos de insectos presa (Gannon et al., 2001). Algunos pabellones auriculares grandes se observan en géneros de la familia Vespertilionidae, aunque muchos insectívoros vespertiliónidos pueden presentar pabellones relativamente pequeños y simples (Hill y Smith, 1984). Los pabellones auriculares de los microquirópteros poseen los bordes, anterior y posterior, ondulados y generalmente no están unidos en la base del pabellón, por lo que éstos se observan abiertos en la parte delantera (Henson, 1970; Hill y Smith, 1984). Cada pabellón auricular está sostenido internamente por varillas de cartílago, sin embargo, en ocasiones puede existir una unión extra de piel extendida a lo largo de la frente, en forma de banda pequeña, 13 entre la región proximal de los bordes anteriores de los pabellones (Pye, 1968; Hill y Smith, 1984). La razón de esta unión está relacionada con el vuelo rápido de las especies, ya que genera condiciones aerodinámicas funcionales que operan sobre la forma de la cabeza. Las formas aerodinámicas durante el vuelo son mantenidas por los márgenes cartilaginosos (Hill y Smith, 1984) con ayuda de algunos músculos presentes en el pabellón (Henson, 1970), los cuales también son utilizados para cambiar su forma o posición en un grado pequeño, pero importante (Pye, 1968). En muchas especies se presentan sobre la lámina interna (LI) del pabellón evidentes pliegues(P) transversales o longitudinales, además de franjas de pelo. Aunque no se conoce si los pliegues influyen en la sensibilidad auditiva como recolectores de ciertos tipos de frecuencias sonoras, se ha observado que éstos permiten a los murciélagos doblar sus orejas (Fenton, 1992) y les proporcionan soporte estructural (Hill y Smith, 1984). Algunos vespertiliónidos de orejas largas doblan sus orejas durante las perchas, proceso que se realiza por la presencia de válvulas de cierre en los vasos sanguíneos que alimentan al pabellón auricular, las cuales al cerrarse permiten que los pabellones se colapsen. Cuando estos murciélagos entran en actividad las válvulas se abren y por medio de corrientes lentas de sangre los pabellones se despliegan. El significado funcional de esta conducta no es bien conocido, pero puede ser utilizada como medida de reducción de la pérdida de calor o de agua mientras los murciélagos perchan o hibernan (Hill y Smith, 1984), o bien para evitar condiciones de intensa estimulación ultrasónica (Wever y Vernon, 1961). Los apéndices accesorios, trago y antitrago, están dispuestos en distintas zonas del pabellón auricular. El trago se observa generalmente como una pequeña proyección vertical rígida de piel que emerge de la región inferior del pabellón y se localiza frente a su abertura. Está ausente en las familias Rhinolophidae e Hipposideridae y reducido en la familia Molossidae, mientras que en otros microquirópteros se observa desarrollado (Pye, 1968; Hill y Smith, 1984). El trago mejora la direccionalidad o sensibilidad hacia los ecos entrantes y actúa como un escudo deflector que protege al oído de los pulsos acústicos salientes (Hill y Smith, 1984). El antitrago se presenta como un apéndice horizontal de piel, pequeño y flexible, ubicado en la base del pabellón, continuo con el margen externo delante de la abertura del conducto auditivo externo. El antitrago está muy desarrollado en las familias en las que el trago está 14 ausente o reducido (Henson, 1970; Hill y Smith, 1984; Feldhamer et al., 1999; Neuweiler, 2000; Fig. 12). Estructuras como las válvulas, las cuales se identifican como una pequeña ondulación cartilaginosa sobre la pared anterior del conducto auditivo externo, se han encontrado en pocas especies, como Mormoops blainvillii y Myotis lucifugus (Henson, 1970). Wever y Vernon (1961) indicaron que la función de las válvulas es obstruir la luz del conducto auditivo cuando sonidos intensos son recibidos en el pabellón. Además propusieron que las válvulas actúan como un segundo mecanismo de protección para atenuar la energía de los sonidos, después del plegamiento descendente de la punta del pabellón. El conducto auditivo externo de los microquirópteros es un túnel por el cual las vibraciones sonoras captadas por el pabellón auricular se dirigen del oído externo al oído medio. La parte proximal del conducto auditivo externo es soportada por una estructura en forma de herradura denominada hueso timpánico (ectotimpánico), mientras que la parte distal está anclada al pabellón auricular (Henson, 1970). La importancia de las estructuras que componen el oído externo en los microquirópteros fue demostrada por Henson (1970), quien observó que si el pabellón auricular y el trago eran Fig.12. Variabilidad de las estructuras del OE en diferentes especies de microquirópteros de la familia Vespertilionidae. A) Plecotus auritus; B) Barbastella barbastrellus; C) Myotis daubentonii; D) Nyctalus noctula. PA: pabellón auricular; P: pliegues; T: trago; AT: antitrago. Modificada de Hill y Smith, 1984. Fig. 1 15 removidos en Myotis lucifugus se producía una consistente pérdida en la sensibilidad auditiva para una amplia gama de frecuencias. Gannon y colaboradores (2001) encontraron que las diferencias interespecíficas en la forma y tamaño de los pabellones auriculares, que los sintonizan mecánicamente, están correlacionadas con las diferencias en los intervalos de frecuencias dominantes de las vocalizaciones y los umbrales auditivos de cada especie de microquiróptero; por ejemplo, murciélagos que cazan usando los sonidos generados por las presas, generalmente tienen largos pabellones y una sensibilidad máxima a bajas frecuencias (Obrist et al., 1993). La relación entre el tamaño de los pabellones y el intervalo de frecuencias ha sido sugerida también por Plassman y Brändle (1992), Rosowski (1992), Altringham (1996) y Bogdanowicz y colaboradores (1999). 1.3.2 Oído Medio El oído medio (OM) está formado principalmente por el hueso timpánico (HT), la cavidad timpánica (CT), la membrana timpánica (MT) y los 3 osículos auditivos (martillo, yunque y estribo) suspendidos dentro de la cavidad timpánica por diminutos ligamentos de tejido conectivo. La morfología de esta región del sistema auditivo periférico ha sido estudiada desde el siglo XIX por Hyrtle (1845) y Doran (1878). Estudios del oído medio demostraron que el elemento clave de esta zona es el hueso timpánico, el cual proporciona soporte a la parte proximal del conducto auditivo externo, a la membrana timpánica y a los osículos auditivos, y encajona la mayor parte de la cavidad timpánica (Henson, 1970; Hill y Smith, 1984). El hueso timpánico tiene forma de herradura y se divide en diferentes zonas: el surco timpánico (ST) (circunscribe la superficie interna del hueso y marca la línea de unión de la membrana timpánica), la cresta timpánica (CrT) (borde medio del surco timpánico en forma de cresta), la rama posterior del hueso timpánico (RP), la rama anterior del hueso timpánico (RA), la espina timpánica anterior (ETA), la espina timpánica posterior (ETP) (extremos terminales distales de las ramas anterior y posterior), y la separación del conducto auditivo externo (SCAE) (expansión lateral del hueso timpánico continua al margen lateral del surco timpánico), la cual es pequeña en la mayoría de los microquirópteros. 16 En la región anterior superior de la rama anterior del hueso timpánico poco después de la espina timpánica anterior, se observa una superficie cóncava denominada surco maleolar (SM) sobre la cual se acopla el martillo al hueso timpánico. La región de separación entre la rama posterior del hueso timpánico y la rama anterior del hueso timpánico se denomina incisura timpánica (IT) (Henson, 1970) (Fig. 13). En los microquirópteros la articulación del hueso timpánico con los elementos esqueléticos circundantes es variable; una articulación consistente se presenta generalmente anterior y superiormente con el hueso escamoso, y sólo en algunas especies se presentan articulaciones adicionales con el hueso esfenoides. Estas articulaciones están relativamente sueltas y el hueso timpánico es móvil (Henson, 1970). En algunas especies de microquirópteros el hueso timpánico también da soporte a los músculos relacionados y al tubo auditivo (tubo de Eustaquio), el cual conecta al oído medio con la faringe. En Nyctalus noctula y otras especies un apéndice en forma de estilete (AE) se presenta muy desarrollado en el hueso timpánico, este apéndice soporta al tubo de Eustaquio y forma el techo, la pared lateral y la base de la parte anterior de la cavidad timpánica (Fig. 13). El apéndice en forma de estilete también participa en la formación de un semicanal para el músculo tensor timpánico (Henson, 1970). La cavidad timpánica es un espacio lleno de aire dentro del cual se encuentran suspendidos los osículos y se localiza la membrana timpánica. La cavidad timpánica tiene dos subdivisiones: la cavidad timpánica propia y la hendidura epitimpánica (epitímpano), situada por encima de la membrana timpánica. En los géneros Plecotus, Antrozous y Macrotus, que Fig.13. Partes principales del hueso timpánico derecho. IT: incisura timpánica; RA: rama anterior; SM: surco maleolar;ETA: espina timpánica anterior; AE: apéndice estilete; SCAE: separación del conducto auditivo externo; BT: bula timpánica; CrT: cresta timpánica; ST: surco timpánico; ETP: espina timpánica posterior; RP: rama posterior. Modificada de Henson, 1970. Fig. 1 17 presentan una cavidad timpánica relativamente grande, una bula timpánica (BT) (expansión medial del hueso timpánico) se extiende a la cóclea y encierra casi completamente a la cavidad (Fig. 13), sin embargo, en la mayoría de los microquirópteros la bula no alcanza a la cóclea y la base de la cavidad timpánica es membranosa o cartilaginosa (Henson, 1970). La membrana timpánica es la estructura que conecta al oído externo con el oído medio, se localiza en el extremo proximal del conducto auditivo externo y está sostenida por el hueso timpánico. Es una membrana muy delgada y su área se presenta en un amplio intervalo (1.2 - 2.5mm2 o 5.0 - 11.3mm2) dependiendo del género (Henson, 1970; Hill y Smith, 1984). Es de forma cónica y a su parte deprimida se le denomina umbo (U) (Henson, 1970). El área de la membrana timpánica muestra una marcada correlación con la sensibilidad de las frecuencias del oído medio y las vocalizaciones (Henson, 1970), microquirópteros que emiten pulsos de altas frecuencias (50 a 125 kHz) tienen un radio menor y por lo tanto un área timpánica más pequeña, que las especies que emiten pulsos de bajas frecuencias (<50 kHz), las cuales presentan un radio y un área mayor (Hill y Smith, 1984). En la membrana timpánica se distinguen dos regiones: la parte flácida (PF) y la parte tensa (PT). La parte flácida constituye una pequeña parte de la membrana, mientras que la parte tensa ocupa la mayor parte y se observa como un estrato delgado de fibras, en cuyo centro se localiza el umbo. La membrana timpánica se inserta periféricamente dentro del surco timpánico y sus fibras se implantan ampliamente, sin embargo, dejan numerosos huecos que son ocupados por una extensa red de vasos sanguíneos (VS) (Henson, 1970; Fig. 14). El primer osículo auditivo es el martillo (M), el cual está formado principalmente por un apéndice posterior (AP), que se encuentra firmemente anclado a la membrana timpánica, y un apéndice anterior (AA), que se une al hueso timpánico. El apéndice posterior está constituido por una prominente aglomeración globular de hueso, denominada apófisis orbicular (AO), de la Fig. 14. Regiones principales de la membrana timpánica. PF: parte flácida; PT: parte tensa; U: umbo; VS: vasos sanguíneos. Modificada de Moller, 2006. Fig. 1 18 cual surge el manubrio (Ma), que posee una punta espatulada (Es) que se ancla al umbo. El apéndice anterior se forma por una cabeza (Ca), que se articula con el yunque (Y) y se encuentra contenida en el epitímpano, y un largo y curvado cuello (Cu), que interconecta a la cabeza con la apófisis orbicular. De la región inferior de la cabeza surge el apéndice timpánico (ATi) que se articula en el surco maleolar, a esta articulación se le denomina articulación maleo-timpánica y en microquirópteros ha sido encontrada como una fusión ósea. En la región superior de la cabeza se localiza la superficie articular del martillo (SAM), la cual es la zona de anclaje del segundo osículo auditivo. Del cuello surge una gran lámina (La), que conecta al apéndice timpánico con la cabeza, el cuello y la base del manubrio, y sobre la cual se localiza el apéndice muscular del martillo (AMM) (Henson, 1970; Fig. 15). El segundo osículo es el yunque (Y), que está acoplado mediante su superficie articular (SAY) a la superficie articular del martillo (Hill y Smith, 1984), esta articulación se observa fuertemente acoplada para reducir las pérdidas de transmisión de los ultrasonidos (Henson, 1970). El yunque de los microquirópteros posee un cuerpo (C), en donde se localiza la superficie Fig. 15. Partes principales del Martillo. AA: apéndice anterior; AP: apéndice posterior; SAM: superficie articular del martillo; Cu: cuello; AMM: apéndice muscular del martillo; AO: apófisis orbicular; Es: espátula; Ma: manubrio; La: lámina; ATi: apéndice timpánico; Ca: cabeza. Modificada de Henson, 1970. Fig. 1 19 articular del yunque, un apéndice corto (AC), en donde se inserta el ligamento posterior yuncal (LPY), y un apéndice largo (AL), sobre el cual se observa el surco yuncal (SY). El apéndice largo se interconecta a través de un tallo corto (Ta) con la apófisis lenticular (ALen), la cual se articula con el tercer osículo auditivo (Fig. 16). El ligamento posterior yuncal es fuerte y muy desarrollado en microquirópteros y consiste de dos partes principales: la medial y la lateral. El cuerpo y el apéndice corto del yunque se encuentran contenidos en el epitímpano, mientras el apéndice largo en la cavidad timpánica propia (Henson, 1970). Finalmente se localiza el estribo (E) articulado a la apófisis lenticular del yunque. Este osículo está formado por dos extremidades, la extremidad anterior (EA) y la extremidad posterior (EP), una lámina basal (LB), por la cual se une al oído interno, y una cabeza (Cab), por la que se une a la apófisis lenticular y de la cual surge el apéndice muscular del estribo (AME), ubicado sobre la parte posterior. Las extremidades del estribo están altamente surcadas y expandidas en la parte inferior, en donde se ensamblan a la lámina basal rodeando gran parte de su perímetro. La lámina basal de los microquirópteros tiene la parte central fibrosa en lugar de ósea, característica única de este grupo, y además está firmemente anclada al oído interno por un ligamento en forma de anillo, denominado ligamento anular del estribo (Henson, 1970; Hill y Smith, 1984; Fig. 17). Fig. 16. Partes principales del Yunque. SAY: superficie articular del yunque; C: cuerpo; AC: apéndice corto; AL: apéndice largo; Ta: tallo; ALen: apófisis lenticular; SY: surco yuncal. Modificada de Henson, 1970. Fig. 1 Fig. 17. Partes principales del Estribo. Cab: cabeza; AME: apéndice muscular del estribo; EP: extremidad posterior; LB: lámina basal; EA: extremidad anterior. Modificada de Henson, 1970. Fig. 1 20 De acuerdo a estudios previos, las características morfológicas de los osículos se relacionan con las características de las vocalizaciones de cada murciélago, por lo que se dice que éstos están mecánicamente sintonizados hacia las frecuencias dominantes de ecolocalización (Fenton, 1992; Plassman y Brändle, 1992; Rosowski, 1992 y Gannon et al., 2001). Por ejemplo, los murciélagos que emiten pulsos de alta frecuencia tienen ventajas mecánicas ofrecidas por los brazos de la palanca osicular (manubrio y cuello del martillo y apéndice largo del yunque), además la masa de los osículos es más pequeña debido a la presencia de surcos profundos y las superficies articulares están más acanaladas (Henson, 1970; Hill y Smith, 1984). El oído medio contiene dos músculos esqueléticos: el músculo tensor timpánico (MTT) y el músculo del estribo (ME), los cuales presentan un gran tamaño en relación con el tamaño de los osículos (Wever y Vernon, 1961). El músculo tensor timpánico, es un gran músculo en forma de huso, que surge del hueso esfenoides (HE), recorre parte de la pared de la cóclea, cruza la cavidad timpánica y se inserta sobre el apéndice muscular del martillo (Henson, 1970). Se ha observado que el músculo tensor timpánico presenta 4 diferentes patrones de inserción que contribuyen a reforzar la membrana timpánica: 1) A lo largo de la cresta del apéndice muscular del martillo (Nycteris y Glossophaga); 2) A través de dos bandas de inserción, por arriba y por abajo de un foramen presente en la cresta del apéndice muscular del martillo (Taphozous y Eumops); 3) Por medio de dos apéndices musculares separadosy dos tendones cilíndricos, siendo el tendón superior más grande que el inferior (Rhinopoma y Tadarida); 4) Únicamente por medio del apéndice muscular del martillo y un simple tendón (Vespertilionidae y Natalidae). El músculo del estribo tiene forma cónica y tiene una masa comparable, o incluso superior, a la del músculo tensor timpánico. Este músculo asciende desde las paredes de la depresión del estribo y se inserta por medio de un tendón simple sobre el apéndice muscular del estribo (Wever y Vernon, 1961; Henson, 1970). La generación de las vocalizaciones de los microquirópteros, está estrechamente relacionada con los músculos del oído medio, principalmente con el músculo del estribo. En Myotis lucifugus se observó que antes de que se comience la producción de la vocalización, los músculos en el oído medio se contraen, alcanzando su contracción completa durante la vocalización y relajándose totalmente después del llamado. La contracción de estos músculos separa a los osículos auditivos entre ellos y con las estructuras del oído interno, lo que 21 disminuye la sensibilidad auditiva del murciélago, pero no lo ensordece completamente. Este proceso, denominado fenómeno de enmascaramiento, asegura que los pulsos salientes sean registrados sin ensordecer al murciélago y que la audición sea completamente restaurada antes de que los ecos regresen, evitando interferencias (Hill y Smith, 1984; Fenton, 1992). También se ha observado que en murciélagos que emiten pulsos de alta frecuencia estos dos músculos se encuentran más desarrollados (Henson, 1970; Hill y Smith, 1984). 1.3.3 Oído Interno El oído interno (OI) está constituido por la cóclea (Co), que se encuentra totalmente encerrada en el hueso temporal (Moller, 2006). Estudios detallados sobre la morfología coclear han sido presentados por Hyrtle (1845), y otros estudios sobre el tamaño coclear han sido mostrados por Henson (1970), en donde se aprecia el notable volumen de la cóclea de los microquirópteros insectívoros comparado con el de otras especies. Cada cóclea está acoplada al cráneo únicamente por su extremo anterior, en donde existe una sutura con el hueso esfenoides (HE) (Henson, 1970). Sus demás regiones, se encuentran suspendidas libremente y aisladas de los elementos esqueléticos adyacentes por senos sanguíneos especializados, extensos depósitos de grasa y un tipo particular de tejido conectivo poco compacto (Pye, 1968; Henson, 1970; Hill y Smith, 1984; Fig. 18). La reclusión que presentan las cócleas es una especialización que sirve como aislante acústico, ya que reduce el potencial de interferencia de los sonidos salientes que se generan por la proximidad Fig. 18. Ubicación de las cócleas en el cráneo de microquirópteros. Se muestran algunos elementos esqueléticos circundantes así como vías sanguíneas principales. Co: cóclea; HE: hueso esfenoides; PP: proceso paraoccipital; ACI: arteria carótida interna; CO: cóndilo occipital; HO: hueso occipital Modificada de Henson, 1970. Fig. 1 22 de la laringe con la región auditiva, debido a la fácil conducción de los sonidos a través de los huesos (Henson, 1967; Henson, 1970; Hill y Smith, 1984). En los murciélagos insectívoros las cócleas pueden ocupar cerca de la mitad del ancho del cráneo posterior y encontrarse casi en la línea media (Pye, 1968; Henson, 1970). Según estas investigaciones, las cócleas voluminosas son características de organismos que emiten largas vocalizaciones de FC-FM (Pye, 1966a, b, 1967; Henson, 1970), mientras que cócleas de volumen medio son encontradas en microquirópteros que emplean generalmente vocalizaciones de FM de banda ancha, como los vespertiliónidos, típicos cazadores aéreos (Vater, 2000). Externamente la cóclea es una estructura ósea cónica o esférica (Hill y Smith, 1984), arreglada en forma de caracol y relativamente alargada (Pye, 1968; Novacek, 1985; Simmons, 2005), cuyos giros espirales individuales son externamente evidentes (Henson, 1970; Hill y Smith, 1984). El ancho coclear depende del desarrollo y el número de giros cocleares, los cuales van de 2.5 a 3.5 giros (Pye, 1966a, b, 1967; Hill y Smith, 1984; Altringham, 1996), mientras que la altura varía entre 1.7 mm y 2.8 mm (Pye, 1966a, b, 1967). El ancho coclear presenta una relación negativa con la frecuencia de ecolocalización, la cual muestra que entre más ancha es la cóclea, debido al avanzado desarrollo del giro basal, más baja es la frecuencia del llamado (Francis y Habersetzer, 1998). La longitud coclear está relacionada directamente con el intervalo de frecuencias de audición de los microquirópteros, por lo que entre más larga es, más amplio es el intervalo escuchado. Además, se ha observado que en las cócleas alargadas de microquirópteros de FC-FM se presenta una fóvea acústica (Bruns, 1976; Kössl y Vater, 1985; Vater et al., 1985; Neuweiler, 1990), región que responde a un restringido intervalo de frecuencias de alta importancia para el organismo y que produce una sobrerrepresentación de estas frecuencias para realizar procesos paralelos en diferentes aspectos de información (Vater, 1998). 23 El eje central de la cóclea se denomina modiolo (Mo), éste es una estructura cónica hueca constituida por hueso esponjoso, en cuyo canal central (canal de Rosenthal) (CR), se introduce y conecta el nervio coclear, a través del ganglio coclear (Henson, 1967). Las paredes del modiolo se denominan lámina espiral ósea (LEO), forman la pared interna de los giros cocleares y poseen un sistema de pequeños canales radiales, conocidos como la habenula perforata (HP), por donde se introducen en la cóclea los axones de las células nerviosas; estos canales también transportan vasos sanguíneos (Henson, 1970; Fig. 19). Pye (1966a) observó una lámina espiral ósea secundaria (LEOS) en el giro basal de la cóclea de algunos microquirópteros, la cual podía surgir desde la separación de los giros cocleares adyacentes, desde la superficie interna de la pared externa de los giros cocleares o lateralmente del modiolo. Además observó que en Rhinolophidae (en la vuelta basal) e Hipposideridae (hasta la tercera o cuarta vuelta) esta lámina presenta engrosamientos calcificados. Internamente la cóclea posee un laberinto óseo periférico (LO) y un laberinto membranoso central (LM). El laberinto óseo consiste de un par de canales llenos de fluido perilinfático (canales perilinfáticos), limitados por paredes delgadas de hueso, la escala vestibular (EV) y la escala timpánica (ET), cuya superficie está limitada por una capa de células con escaso citoplasma (Echteler et al., 1994). La escala vestibular y la escala timpánica se comunican en el ápice de la cóclea por el helicotrema (H), cuyo tamaño está inversamente relacionado a la sensibilidad coclear a las bajas frecuencias (Dallos, 1970). Fig. 19. Corte longitudinal de la cóclea mostrando regiones óseas internas. Mo: modiolo; CR: canal de Rosenthal; LEO: lámina espiral ósea; HP: habenula perforata. Modificada de Moller, 2006. Fig. 1 24 El laberinto óseo presenta dos aberturas en la base dirigidas hacia la cavidad timpánica: la ventana vestibular o ventana oval (VO), que es la salida de la escala vestibular, y la ventana coclear o ventana redonda (VR), que es la salida de la escala timpánica. La primera recibe a la lámina basal del estribo y la segunda está cubierta por una delgada membrana que funciona como un liberador de presión. Posterior a la membrana de la ventana redonda y dirigida hacia la cavidad craneal se localiza una gran abertura para los canales perilinfáticos, el acueducto coclear (Henson, 1970; Henson et al., 1977). En Tadarida y Chilonycteris la parte lateral de la ventana redonda está cubierta por una lámina delgadade cartílago (Henson, 1970; Fig. 20). El laberinto membranoso, denominado escala media (EM), se observa como un canal central encerrado entre los canales del laberinto óseo, y se encuentra lleno de fluido endolinfático (Bosher y Warren, 1968). La escala media tiene forma triangular y se encuentra limitada exteriormente por el surco vascular (stria vascularis) (SV), en la parte superior por la membrana vestibular (de Reissner) (MV), y en la parte inferior por el órgano de Corti u órgano espiral (OC) y la membrana basilar (MB) (Henson, 1970). El surco vascular de los microquirópteros contiene dos tipos celulares: las células oscuras, presentes en la superficie luminal endolinfática, cercanamente asociadas con vasos sanguíneos y productoras de endolinfa (Echteler et al., 1994) y las células claras, localizadas en la zona media (Watanabe, 1965). Smith (1981) identificó una tercera capa celular, constituida por células basales rectangulares planas, ubicada frente al ligamento espiral (zona más profunda del surco vascular) en contacto con la perilinfa. El ligamento espiral se observa muy desarrollado en el giro basal coclear y se encuentra adherido por un lado a la pared externa de la escala media y por el otro parece entremezclarse Fig. 20. Corte longitudinal de la cóclea mostrando secciones internas principales y aberturas basales. H: helicotrema; LM: laberinto membranoso; LO: laberinto óseo; EV: escala vestibular; ET: escala timpánica; VO: ventana oval; VR: ventana redonda. Modificada de cochlea overview en www.neuroreille.com. Fig. 1 25 con la membrana basilar (Pye, 1966a, b, 1967). En Rhinolophus e Hipposideros el ligamento espiral es jalado en la zona basal por la lámina espiral ósea secundaria. Watanabe (1965) describió dos tipos celulares en el ligamento espiral de Myotis y notó que las membranas de estas células estaban fuertemente plegadas, característica que fue relacionada con el transporte de agua y la producción de fluido endolinfático. En Rhinolophus se observa un decremento en la altura, pero no en el ancho del ligamento espiral de la base al ápice coclear y una disminución del tamaño de la lámina espiral ósea secundaria (Pye, 1968). Las características de la lámina espiral ósea secundaria de los microquirópteros actuales, parece mostrar una adaptación evolutiva a la recepción de altas frecuencias. La membrana vestibular es una hoja delgada de tejido conectivo fuertemente apretada, en cuyo centro se localizan dos capas de células epiteliales escamosas. La capa de tejido conectivo circundante tiene fibras elásticas muy finas y no se observan vasos sanguíneos (Henson, 1970). La membrana basilar es la base del órgano de Corti, está compuesta por una capa delgada inferior de tejido conectivo de células mesoteliales y por delgados filamentos. La membrana basilar se une por el extremo interno a la lámina espiral ósea y por el externo al ligamento espiral (Iurato, 1962) o a la lámina espiral ósea secundaria en caso de presentarse (Bruns et al., 1989). Esta membrana se caracteriza por la presencia de dos engrosamientos separados por un surco: el engrosamiento interno (zona arcuata) y el engrosamiento externo (zona pectinata). La zona arcuata se sitúa bajo el túnel de Corti y está compuesta por una capa simple de filamentos gruesos arreglados radial y espiralmente, que corren en dirección de los giros cocleares, y cuya cantidad aumenta la rigidez de la membrana. En el giro apical coclear la zona arcuata tiene fibras radiales principalmente (Henson, 1970), mientras que en la base se observa espesa y constituida por pocos filamentos. La zona pectinata se ubica bajo las células de Deiters y Hensen y está constituida por dos capas de filamentos gruesos arreglados radialmente (Pye, 1968). En los microquirópteros los engrosamientos de la membrana basilar pueden ser pronunciados en el giro basal y decrecer hacia el ápice; estrechos en el giro basal y ampliarse progresivamente en los giros más apicales, acompañados por un gradual decremento en el 26 grosor (Békésy, 1960); o bien, pueden crecer y decrecer intercaladamente a lo largo de los giros cocleares como en Rhinolophus (Pye, 1966a, 1967; Pye, 1968). En algunos vespertiliónidos estos engrosamientos son pequeños o están ausentes (Pye, 1966a, b). Vater (2000) menciona que las características de la zona arcuata en el giro basal se relacionan con el procesamiento de frecuencias medias y altas en microquirópteros con vocalizaciones de FC-FM y de FM, mientras que las características de la zona pectinata se relacionan con microquirópteros que usan sonares sensibles al efecto Doppler. El órgano de Corti es la parte acústica de la escala media, no posee vasos sanguíneos y está formado por un conjunto ordenado de diferentes tipos celulares, que descansan en su mayoría sobre la membrana basilar. Su estructura más grande es el limbo espiral (LimE), el cual se localiza sobre la lámina espiral ósea y está formado por tejido epitelial, en cuyo perímetro se localizan las células interdentales (CI). El órgano de Corti posee un túnel, denominado túnel de Corti (TC), que corre a través de la parte central del órgano y está formado por las paredes de las células pilares internas (CPiI) y las células pilares externas (CPiE), las cuales son un tipo celular de soporte que tiene bases cónicas y ápices expandidos fuertemente unidos; se sabe que la rigidez y soporte que estas células proporcionan es una adaptación al procesamiento de altas frecuencias (Vater et al., 1992; Kuhn y Vater, 1995). La base de cada célula pilar interna se localiza cerca de la unión de la membrana basilar y la lámina espiral ósea, mientras que la base de cada célula pilar externa se localiza entre los dos engrosamientos de la membrana basilar (Henson, 1970). En el órgano de Corti además de las células pilares se localizan otros tipos celulares de soporte: 1) células de Boettcher (CB), establecidas entre la membrana basilar; 2) células de Deiters (CD), establecidas junto a las células pilares externas, tienen forma de copa en el ápice (Bohne y Carr, 1979; Lim, 1986); 3) células de Hensen (CH), adyacentes a las células de Deiters, presentan sus bases desviadas hacia afuera y sus puntas hacia adentro; 4) células de Claudius (CC), situadas entre las células de Hensen y el surco vascular, varían en altura (Pye, 1968). La ultraestructura detallada y función de las células de Hensen puede ser revisada en Engström y Wersäll (1953); la ultraestructura y aplicación mecánica de las células de Deiters en Vater y 27 colaboradores (1992) y Vater y Lenoir (1992); y la ultraestructura de las células de Claudius en Pye (1968). Las células pilosas, células mecanorreceptoras, denominadas así por la presencia de pelillos (estereocilios) sobre su zona apical, se localizan a cada lado de las células pilares y están encerradas entre las células de soporte. Éstas se dividen en células pilosas internas (CPI), al lado de las células pilares internas, y células pilosas externas (CPE), junto a las células pilares externas. En general los cuerpos de las células pilosas son muy cortos debido a la recepción de las altas frecuencias (Pujol et al., 1992). Las células pilosas internas están arregladas en una simple hilera, tienen forma de pera y su núcleo, ubicado a la mitad, es esférico. Su longitud es de 30 a 40 m y se localizan dentro de una matriz de células de soporte que descansa en el borde de la lámina espiral ósea (Lim, 1986). Las células pilosas externas están arregladas en tres hileras, son cilíndricas, poseen un gran núcleo esférico cerca de la base y están sostenidas por los ápices de las células de Deiters. La longitud de las células pilosas externas y el tamaño de sus estereocilios varia: son cortas hacia el interior y largas hacia el exterior, ytambién incrementan de la base al ápice coclear; su longitud va desde 0.8 m en la base (Rhinolophus) hasta 15 m en el ápice (Vater y Lenoir, 1992). La morfología y ultraestructura de las células pilosas ha sido descrita en detalle por Kimura (1966). La variación en longitud de las células pilosas externas se relaciona con la sensibilidad de frecuencias: células más cortas en la región basal responden a altas frecuencias; células más largas en el ápice coclear responden a bajas frecuencias (Békésy, 1960; Kachar et al., 1986; Dallos et al., 1991). Es importante recordar que la audición a bajas frecuencias es una característica de vertebrados primitivos, mientras que la audición a altas frecuencias es exclusiva de mamíferos, por lo que se especula que el ápice coclear presenta características primitivas, mientras que la base muestra especializaciones novedosas (Echteler et al., 1994). En la periferia de las células pilosas externas se encuentran espacios extracelulares interconectados que representan subdivisiones del mismo espacio del fluido extracelular, denominados de la región central a la exterior, 1º, 2º, 3er y 4to espacio de Nuel (EN) (Pye, 1966a, b, 1967). 28 Las células pilares externas, las células de Deiters y las células de Hensen, forman una especie de membrana, denominada lámina reticular (LR) (Henson, 1970; Vater y Lenoir, 1992), la cual se extiende por la parte superior del órgano de Corti sobre los espacios entre los ápices de las células pilosas externas, con el objetivo de formar una barrera entre la endolinfa y los espacios de Nuel. La lámina reticular no es totalmente impermeable ya que posee orificios por donde atraviesan los estereocilios de las células pilosas externas. La región apical de la lámina reticular sobre las células pilosas externas consiste de uniones herméticas entre la placa cuticular y las falanges de las células de Deiters, mientras que la región basal se caracteriza por una gran formación en copa de estas mismas células (Vater et al., 1992; Kuhn y Vater, 1995). La membrana tectorial (MTe) es una gran ondulación acelular gelatinosa con elementos fibrilares entretejidos, que surge de la parte superior del limbo espiral y se localizada sobre el arreglo de células del órgano de Corti (Zwislocki, 1986; Lim, 1987). La membrana tectorial posee tres regiones que restringen su movimiento: región limbal (delgado borde de tejido unido a la superficie del limbo espiral); región central (gruesa capa por encima de las células pilosas); y región marginal (termina en una banda marginal en la base coclear o en una red marginal en el ápice coclear; ésta se ancla por el borde a las falanges de las células de Deiters y a las células de Hensen). La superficie superior de la membrana tectorial está formada por una red muy densa de fibrillas enroscadas y ramificadas, mientras que la superficie inferior está conformada por la banda de Hensen (BH), un engrosamiento sobre la región de las células pilosas internas (Echteler et al., 1994), y por la membrana de Kimura (MK), una capa amorfa sobre las células pilosas externas (Vater y Kössl, 1996; Fig. 21). Lim (1972) menciona que en su región lateral la membrana tectorial posee un engrosamiento extra denominado membrana de Hardesty (MH), el cual se une a las células pilosas externas. Diversos estudios han mencionado que los estereocilios de las células pilosas externas se unen firmemente a la membrana tectorial, mientras que los de las células pilosas internas no, o sólo en la región basal (Lim, 1986). Sin embargo, en la superficie inferior de la membrana tectorial de los rinolófidos se han observado huellas de los estereocilios de las células pilosas 29 internas sobre pronunciadas bandas de Hensen en toda la cóclea (Lim, 1987; Vater y Lenoir, 1992; Vater et al., 1992). Se menciona también que existe una correlación entre la morfología de la membrana tectorial y la sensibilidad al intervalo de frecuencias en los microquirópteros: murciélagos con una membrana tectorial gruesa en la zona basal coclear poseen alta selectividad a frecuencias de 30-90 kHz (Henson y Henson, 1991); murciélagos con un alargamiento pronunciado de la membrana tectorial en la zona apical coclear presentan alta selectividad a frecuencias de 5 kHz (Bruns et al., 1989). También se ha observado que el área de la membrana tectorial incrementa gradualmente de la base al ápice en microquirópteros de FM. Fig. 21. Partes principales del Órgano de Corti. EV: escala vestibular; EM: escala media; ET: escala timpánica; MV: membrana vestibular; SV: surco vascular; LE: ligamento espiral; CC: células de Claudius; CB: células de Boettcher; CH: células de Hensen; CD: células de Deiters; MB: membrana basilar; LR: lámina reticular; EN: espacios de Nuel; CPE: células pilosas externas; CPiE: células pilares externas; MK: membrana de Kimura; TC: túnel de Corti; MTe: membrana tectorial; BH: banda de Hensen; CPI: células pilosas internas; CPiI: células pilares internas; CSI: células del surco interno; CI: células interdentales; LimE: limbo espiral; LEO: lámina espiral ósea; NC: nervio coclear. Modificada de Moller, 2006. Fig. 1 30 Es importante mencionar que la rigidez de la membrana basilar y la masa y accesorios elásticos de la membrana tectorial son los principales cambios evolutivos para la especializada audición de ultrasonidos en los microquirópteros de FC-FM (Zwislocki, 1986), ya que es la interacción entre estas membranas lo que da la alta afinidad a cierto intervalo de frecuencias y al mismo tiempo la insensibilidad a otras. Las especializaciones morfológicas de la membrana basilar y la membrana tectorial son producidas en sincronización celular desde el desarrollo embrionario (Vater, 2000). II. ORGANISMO DE ESTUDIO Para este trabajo se utilizaron 3 individuos machos de la especie Lasiurus cinereus (Vespertilionidae: Chiroptera), provenientes de la Reserva Santa Fe, La Marquesa, Estado de México, México (coordenadas: 19º 18’ 33.45’’N y 99° 24’ 13.09’’O), capturados a una altitud de 3,014 msnm (Fig. 22). Fig. 22. Sitio de Colecta: Reserva Santa Fe, La Marquesa, Estado de México, México, coordenadas: 19°18’33.45’’N y 99°24’13.09’’O, 3014 msnm. Obtenida y modificada con el Software Google Earth, 2011. Fig. 1 31 Lasiurus cinereus, conocido comúnmente como murciélago canoso, pertenece al suborden Microchiroptera, familia Vespertilionidae, subfamilia Vespertilioninae y tribu Lasiurini (Shump y Shump, 1982). Recientemente ha sido incluido dentro del infraorden Yangochiroptera (Teeling et al., 2000; Springer et al., 2001; Teeling et al., 2002; Van Den Bussche y Hoofer, 2004; Eick et al., 2005; Teeling et al., 2005). Se distribuye desde Canadá hasta Guatemala y en Sudamérica desde Colombia, Venezuela y Brasil hasta Argentina y Chile (Watkins et al., 1972; Fig. 23). Lasiurus cinereus se caracteriza por tener un pelaje que varía de café amarillento o rojizo a café grisáceo oscuro salpicado con puntas blancas, lo que da un efecto canoso al pelaje, además presenta en las muñecas y los hombros parches blanquecinos y en el cuello un parche amarillento (Barbour y Davis, 1969). El cráneo de L. cinereus es grande, ancho y duro, y su longitud total varía entre 17.0 mm y 18.7 mm (Hall y Jones, 1961). Sus orejas son gruesas y redondeadas con los bordes color negro y tienen una longitud de 18 mm y un ancho de 17.2 mm. Su trago es ancho y tiene una longitud de 9 mm (Barbour y Davis, 1969; Hamilton y Whitaker, 1979). La parte externa de las orejas está densamente cubierta de pelo en la parte inferior, pero escasamente cubierta en la punta y en la superficie interna. Las orejas son de inserción baja en la cabeza y no se extienden muy por encima de la línea dorsal (Barbour y Davis, 1969).Internamente se conoce que la región del hueso timpánico está osificada (Hall y Jones, 1961; Fig. 24). Fig. 23. Distribución de Lasiurus cinereus. Modificada de Shump, Jr. K. A. y A. U. Shump (1982). Mammalian Species No. 185. Lasiurus cinereus. The American Society of Mammalogists. Pp. 5. Fig. 1 32 L. cinereus se alimenta de polillas, escarabajos, moscas, saltamontes, termitas, libélulas y avispas (Black, 1972; Zinn y Baker, 1979). Whitaker (1967) encontró en su sistema digestivo pasto y piel de víbora durante el invierno. Esta especie es solitaria y percha principalmente entre el follaje de los árboles, aunque se puede encontrar en huecos de pájaros carpinteros, cuevas, nidos de ardillas (Shump y Shump, 1982), bajo tablones de madera (Connor, 1971) o en construcciones (Shump y Shump, 1982). Puede presentar una separación altitudinal de sexos, con las hembras en las tierras bajas y valles costeros y los machos ocupando montañas y colinas (Vaughan y Krutzsch, 1954). El vuelo de L. cinereus es rápido y recto (Farney y Fleharty, 1969) y es considerado uno de los voladores más rápidos entre los murciélagos de Norteamérica (Barbour y Davis, 1969). Además tiene una alta incidencia de rabia (Whitaker et al., 1969; Whitaker y Miller, 1974). Las vocalizaciones de L. cinereus generalmente son señales de banda estrecha de FM dominadas por el armónico fundamental, señales que son típicamente emitidas por muchos microquirópteros vespertiliónidos que vuelan en espacios abiertos, ya que son adecuadas para la detección de blancos distantes y en movimiento, como insectos voladores. Sin embargo, es difícil determinar el tipo de vocalización en estos organismos ya que se ha encontrado una importante variación geográfica en sus llamados de ecolocalización. Algunos datos relevantes Fig. 24. Lasiurus cinereus por Roger W. Barbour. Tomada de Smithsonian National Museum of Natural History. North American Mammals Online. www.mnh.si.edu/mna/ Fig. 1 33 son: Frecuencia mínima entre 17.71 kHz y 25.41 kHz, Frecuencia máxima entre 19.42 kHz y 34.81 kHz, Duración entre 5.32 ms y 13.72 ms y Frecuencia característica entre 17.78 kHz y 25.70 kHz (O’Farrell et al., 1999; O’Farrell et al., 2000). Es importante mencionar que el grupo de los vespertiliónidos tiene un límite inferior de audición de 2 a 3 kHz y uno superior de 175 a 400 kHz (Dijkgraaf, 1957). L. cinereus puede producir facultativamente vocalizaciones multiarmónicas cortas de banda ancha, durante las últimas etapas de la captura de la presa, como otras especies de la familia Vespertilionidae (Parsons y Jones, 2000), ya que los armónicos mejoran potencialmente el alcance y el rendimiento discriminativo (Zbinden, 1988; Fig.25). Fig. 25. Espectro de vocalizaciones de ecolocalización de Lasiurus cinereus durante el forrajeo, por David R. Ortiz Ramírez. Obtenido en el sitio de colecta y modificado con el Software SonoBat v.2.5.9. Fig. 1 34 III. JUSTIFICACIÓN Y OBJETIVO En décadas posteriores al descubrimiento del sistema de ecolocalización, se han realizado diversos estudios anatómicos, histológicos y fisiológicos, descriptivos y comparativos, de estructuras específicas del sistema auditivo de algunas especies de microquirópteros. Sin embargo, existen muy pocos trabajos en donde se describa todo el sistema auditivo periférico y/o central de una sola especie, lo que deja un vacío en el conocimiento sobre el tema y escasas aportaciones a la ciencia dedicada al estudio de la biología individual de los murciélagos microquirópteros. Es por lo anterior que este trabajo tiene por objetivo describir anatómica e histológicamente las partes principales del sistema auditivo periférico del microquiróptero insectívoro Lasiurus cinereus. Esta especie fue elegida principalmente por ser insectívora, ya que se conoce que en murciélagos con este hábito el sistema de ecolocalización está más desarrollado que en otras especies y, por lo tanto, sus estructuras auditivas deben tener características particulares que las hacen más especializadas comparadas con las de otros microquirópteros. IV. MÉTODO 4.1 Colecta en campo del material biológico Para la colecta del material biológico, se realizaron dos visitas a la localidad (Diciembre de 2009 y Enero de 2010), en donde se colocaron tres redes de niebla siguiendo el cauce de un río, en puntos con denso follaje. Una vez atrapados los ejemplares, se sacrificaron mediante asfixia rápida y se fijaron en formol al 10% en regulador de fosfatos. Para realizar la fijación primero se les inyectaron 15 ml de formol cerca de la zona auditiva y posteriormente envueltos en gasas se sumergieron completamente en el formol durante 72 horas. Los ejemplares se abrieron ventralmente antes de ser sumergidos, con el objetivo de fijar también los órganos internos y que los ejemplares pudieran ser utilizados en posteriores investigaciones. 35 4.2 Análisis anatómico-histológico Transcurridas las 72 horas de fijación, se cortó la cabeza de los ejemplares y se llevaron a cabo las disecciones del oído externo, medio e interno con ayuda de un microscopio estereoscópico, marca Leica, modelo ZOOM 2000. Inicialmente se aisló el oído externo a la altura del hueso timpánico y se realizó su descripción anatómica. Se midió la altura del pabellón auricular (de la base del trago a la parte inferior de la muesca de la punta del pabellón y de la unión del margen anterior a la punta) y su ancho (a media altura perpendicular a la punta del trago y en la base), la altura del trago (de la base a la punta) y su ancho (medido en la base y a la mitad de la altura), y la longitud del antitrago y su altura (a la mitad de la longitud). Las medidas se hicieron sobre ambos oídos de uno y otro lado de la cabeza con un vernier digital y algunas de éstas se tomaron de acuerdo a Gannon y colaboradores (2001). Del canal auditivo externo se describieron sus paredes y se midió su luz en la región proximal. Posteriormente se realizó el estudio histológico del oído externo, para lo cual se realizó la deshidratación de las estructuras, pabellones auriculares y conducto auditivo externo, en series de alcoholes a diferentes grados, cada serie consistió en tres baños de alcohol, en donde permanecieron 20 minutos. El tren de deshidratación se efectuó en alcoholes a 25°, 50°, 60°, 70°, 80°, 96° y alcohol absoluto. Después de la serie de deshidratación se realizó la transparentación de los tejidos en una solución de alcohol absoluto – xilol, en la cual fueron sumergidos durante 4 minutos. Inmediatamente después de la transparentación se colocó el material en Paraplast I líquido durante 2 horas y posteriormente en Paraplast II líquido durante 6 horas. Pasado este tiempo se realizó la inclusión en bloques de parafina y se realizaron cortes histológicos de 5m de ancho con ayuda de un micrótomo para inclusión de parafina con navaja de bajo perfil, marca Microm, modelo HM 325. Los cortes fueron adheridos a portaobjetos con ayuda de una mezcla de agua y grenetina, extendidos en una platina caliente y posteriormente colocados durante 24 horas en una estufa a una temperatura entre 60 y 65°C. Terminado este proceso los cortes de las estructuras del oído externo fueron teñidos con las técnicas H-E (Hematoxilina- Eosina), Tricromica de Masson y Sylven, para poder apreciar perfectamente los tejidos componentes. Se obtuvieron microfotografías con ayuda de un fotomicroscopio Leica ATC, 36 2000, MPS30, acoplado a una PC, y las imágenes fueron analizadas con el Software Motic Images Plus 2.0 ML. Para realizar la descripción anatómica del oído medio primero se describió la cavidad timpánica
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