Alimentación y nutrición

Obt ención de nutrientes. Hienas man chadas (Crocu ta crocu ta) y varias especies d e buitres alrededor de un ca d áver de elefante . Fotografia toma da en Áfri ca oriental.

as esponjas y las ballenas con barbas (misticetos) se alimentan a base

L

de partícu las suspendidas en el agua. Las jirafas comen hojas y los

antílopes pastan hierba. Las ranas, los leones y algunos insectos capturan otros animales. Aunque las posibilidades de conseguir alimentos y los mecanismos de alimentación son diferentes, todos los animales son heterótrofos, organismos que deben obtener energía y nutrientes a partir de moléculas orgán icas producidas por otros organismos. Qué comen los animales, cómo lo obtienen y cómo lo procesan y utilizan son los temas que se tratan en este capítu lo. Los nutrientes son las sustancias contenidas en los alimentos que el organismo aprovecha como fuente de energía para hacer funcionar sus propios sistemas corpora les, como componentes para elaborar los compuestos que necesita en sus procesos metabólicos y como materias primas para e l crecimiento y la reparación de tejidos. Obtener nutrientes tiene tanta importancia que tanto los organismos individuales como los

CONCEPTOS CLAVE

ecosistemas están estructurados alrededor del punto central constituido por la nutrición , el proceso de ingerir y asimilar los alimentos. La estruc-

Las principales adaptaciones d e los animales est án re lacionad as con la form a que tienen de alimentarse.

tura corporal de un organismo, así como el modo en que vive, están

El proceso d e los alimentos incluye ingestión, digestión, absorción y eliminación .

hienas manchadas, que son consumados depredadores y carroñeros, tie-

Las diferentes partes del sist em a d igestivo de los ve rt ebrados están especializadas en realiza r fu nciones concretas; las glándulas accesorias (hígado, páncrea s y glándul as salivales) secretan líquidos y enzim as importantes en la digestión .

cadáver de un elefante, incluidos los huesos y la piel (véase la fotografía).

La mayoría de los animales necesita los mismo s nutrientes b ásicos: hidratos de carbon o, lípidos, proteín as, vitam inas y minerales. La t asa metabólica basal es e l gasto metabólico que e l cuerpo realiza para poder vivir. Cu ando la e ntrad a de ene rgía (kilocalorías) se iguala con la salida el peso del cu erpo se mantiene constante.

adaptados a su forma particular de obtener alimento . Por ejemplo, las nen unas mandíbulas potentes que les permiten alimentarse de todo el Son muy pocos los nutrientes que se desaprovechan . La nutrición ha tenido gran importancia en la evolución humana. Por selección natural, la dieta humana se ha hecho más variada que la de otros primates. Además, la humanidad ha mejorado mucho la eficacia para obtener alimentos. Una dieta de gran calidad hizo posible el desarrollo evolutivo de un encéfalo más grande y complejo. Con muy pocas variaciones, todos los animales necesitan los mismos nutrientes básicos: hidratos de carbono, lípidos, proteínas, vitaminas y minera les. Los tres primeros se utilizan como fuentes de energía.

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La ingestión de una cantidad excesiva de alguno de estos nutrientes

por debajo de las necesidades. En las poblaciones humanas, tanto la

puede provocar aumento de peso, mientras que la ingestión de una can-

desnutrición, en particular la deficiencia proteínica, como la obesidad,

tidad insuficiente de ellos puede llevar a la malnutrición y a la muerte.

provocada por la sobrealimentación, representan graves problemas sa-

La malnutrición, es decir el mal estado nutritivo, se debe a la ingestión

nitarios. La alimentación y la nutrición son dos campos en los que se está

de una cantidad de alimentos que puede estar tanto por encima como

investigando mucho. _

TIPOS Y ADAPTACIONES NUTRICIONALES Objetivo de aprendizaje 1

Describir los procesos de la alimentación, que incluyen ingestión, digestión, absorción y egestión o eliminación; comparar el sistema digestivo de un cnidario (como la Hydra) con el de una lombriz de tierra y con el de los vertebrados.

La alimentación es la selección, adquisición e ingestión de alimentos. Ingestión es el proceso de introducir el alimento en la cavidad digestiva. En muchos animales, incluidos los vertebrados, la ingestión consiste en llevar el alimento a la boca y tragarlo. La mayoría de los animales tiene un aparato digestivo especializado en procesar los alimentos que come. El proceso de descomponer el alimento se denomina digestión. Puesto que los animales ingieren macromoléculas producidas por otros organismos para su propio uso, para satisfacer sus necesidades necesitan degradarlas y fabricar las suyas propias. Una hiena no puede incorporar directamente las proteínas del cadáver de un elefante en sus propias células. Primero debe digerir mecánicamente el alimento y luego digerirlo químicamente por hidrólisis enzimática (véase Capítulo 3). Durante la digestión los compuestos orgánicos complejos se fragmentan en compuestos más pequeños. Por ejemplo, las proteínas se descomponen en los aminoácidos que las constituyen. Los aminoácidos y otros nutrientes atraviesan el revestimiento del aparato digestivo y pasan a la sangre por absorción. El sistema circulatorio transporta los nutrientes hasta las células corporales, que los utilizan para producir proteínas y otros compuestos orgánicos. Los alimentos no digeridos, o los no absorbidos, son expulsados fuera del cuerpo mediante un proceso llamado egestión o eliminación.

Los animales están adaptados a su modo de nutrición Según el tipo de alimento que suelen comer, los animales pueden clasificarse como herbívoros, carnívoros u omnívoros (1 Fig . 46-1 ). Se han desarrollado muchas adaptaciones para cada tipo de alimentación. Por ejemplo, los picos de las aves y los dientes de muchos vertebrados están especializados para cortar, desgarrar o masticar los alimentos. Los animales que se alimentan directamente de organismos productores son los herbívoros o consumidores primarios. Gran parte de lo que un herbívoro come no llega a ser digerido de manera eficaz y es eliminado en las heces casi sin sufrir cambios. Por ello, para poder nutrirse adecuadamente los herbívoros necesitan comer grandes cantidades de alimento. Muchos herbívoros, por ejemplo los saltamontes, las langostas, los elefantes y el ganado, pasan una gran parte de su vida comiendo. Los animales no pueden digerir la celulosa de la pared de las células vegetales y a fin de poder extraer los nutrientes de los alimentos de origen vegetal se han desarrollado muchas adaptaciones. Muchos herbívoros, como las termitas, las vacas y los caballos, tienen bacterias simbiontes en el tubo digestivo. Los animales con pezuñas (vacas, ove-

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Capítulo 46

jas, ciervos, jirafas, etc.) son rumiantes, cuyo estómago está dividido en cuatro cámaras. Las bacterias y protistas simbiontes que viven en las dos primeras cámaras digieren celulosa, parte de la cual descomponen en azúcares que son aprovechados por el animal hospedador y por las bacterias mismas, que también producen ácidos grasos durante su metabolismo; algunos de ellos son absorbidos por los rumiantes y constituyen una importante fuente energética. El alimento que no ha sido suficientemente masticado, la rumia, se regurgita en la boca del animal donde vuelve a mezclarse con saliva y a masticarse. Cuando la rumia es tragada por segunda vez, los alimentos parcialmente digeridos son atacados y degradados una vez más por las enzimas del rumiante. Algunas veces los herbívoros son comidos por carnívoros que, a su vez, también pueden ser comidos por otros. Muchos carnívoros (consumidores secundarios y de mayor nivel) son depredadores adaptados para capturar y matar a sus presas. Algunos carnívoros capturan a sus víctimas y las tragan enteras y vivas (véase Fig. 46-1d). Otros las paralizan, aplastan o despedazan antes de ingerirlas. Entre las adaptaciones para este tipo de alimentación se encuentran los tentáculos, garras, colmillos, glándulas venenosas y dientes. Los mamíferos carnívoros tienen dientes caninos bien desarrollados con los que pueden causar heridas profundas durante el combate. El jugo digestivo del estómago degrada las proteínas y, puesto que la carne se digiere con más faci lidad que la materia vegetal, el tubo digestivo de los carnívoros es más corto que el de los herbívoros. Los omnívoros, como los cerdos, los seres humanos y algunos peces, consumen tanto plantas como animales. Las lombrices de tierra ingieren grandes cantidades de suelo, que contiene tanto animales como materia vegetal. La ballena azul, el animal de mayor tamaño, es un filtrador que extrae pequeños animales y algas del agua mientras nada. Los omnívoros tienen a menudo adaptaciones que les permiten distinguir entre una gran variedad de olores y sabores y, por tanto, pueden seleccionar entre una gran diversidad de alimentos. Los animales también se clasifican en función de los mecanismos que utilizan para alimentarse. Muchos omnívoros son suspensívoros, extraen las partículas de alimento suspendidas del agua en que viven. Muchos animales exponen una superficie cubierta de moco adhesivo al flujo de agua y las partículas en suspensión se adhieren a ella. Por ejemplo, algunos equinodermos tienen tentáculos cubiertos de moco. Otros, como los moluscos bivalvos, filtran agua. Las ballenas verdaderas (misticetos) utilizan unas filas de placas duras (las ballenas o barbas) suspendidas del paladar para filtrar pequeños crustáceos. Algunos animales se alimentan de líquidos por medio de órganos picadores y chupadores. Los mosquitos tienen estructuras muy adaptadas para perforar la piel y succionar sangre. Las aves que se alimentan de polen y néctar tienen el pico y la lengua largos. La forma, el tamaño y la curvatura del pico suelen estar especializados para la alimentación a partir de un tipo concreto de flor (Fig. 1-11). Los murciélagos que se alimentan de néctar tienen la lengua larga y dentición reducida (menor número de dientes).

(a) El largo "pico" del gorgojo bellotero (Curculio), un herbívoro, está adaptado para que el animal se alimente y pueda perforar la bellota en la que depositará un huevo. Cuando éste eclosione, la larva se alimenta rá del contenido de la bellota.

(e) La boca (a la izquierda) del pez mariposa de pico largo (Forcipiger longirostris), un carnívoro, está adaptada para extraer pequeños gusanos y crustáceos de los estrechos intersticios de los arrecifes de coral.

Figura 46-1

(b) Los dientes, grandes y planos, y los huesos y músculos mandibulares, bien desarrollados, del panda gigante (Ailuropoda melanoleuca), otro herbívoro, son adaptaciones para moler e l alimento vegeta l con alto contenido de fibra.

(d) Esta serpiente carnívora (Dromicus) está asfixiando a un lagarto de lava (Tropiduris). Algunas serpientes pueden ingerir presas bastante grandes enteras gracias a la estructura de sus mandíbulas, que pueden dislocarse y expandirse.

Adaptaciones para obtener y procesar los alimentos

Algunos invertebrados tienen la cavidad digestiva con una sola abertura Los invertebrados más simples, las esponjas, obtienen el alimento filtrando organismos microscópicos del agua circundante. Unas células especiales fagocitan las partículas alimenticias y la digestión es intracelular, ya que se produce en vac uolas digestivas. Los desechos son ex-

pulsados al agua que circula continuamente a través del cuerpo de la esponja. La mayoría de los animales posee una cavidad digestiva. Cuando la digestión se produce en una cavidad es más eficaz que la digestión intracelular ya que las enzimas digestivas pueden liberarse al interior de un espacio limitado, por lo que hace falta una menor área superficial. Los cnidarios, como las hidras y medusas, y algunos platelmintos,

Alimentación y nutrición

991

Intestino Ano Heces

-r::;>;;::-!f-'-+

gastrovascular

Enzimas secretadas por la gastrodermis

Alimento -C:.o;,rI-+-I-- absorbido

(a) Hidra

"Cavidad

...I-.r..~~---:-- gastrovascular"

Alimento absorbido

Enzimas

--I-...c,.--\-1~

Revestimiento +----*0-\-- "'del intestino

......

Residuos ~~.

Aparato digestivo de algunos invertebrados

Las hidras (al y alg unos p late lmintos (p lanari as) (b) tie nen la cavidad gastrovascula r o e l apa rato d igestivo co n una sola abertura que sirve como boca y co mo an o.

tienen una cavidad gastrovascular, es decir una cavidad digestiva central con una sola abertura. l Los cnidarios capturan pequeños animales acuáticos por medio de células urticantes y tentáculos (1 Fig. 46-2a). La

1 N. del T. En zoología generalmente se suele diferenciar entre una cavidad gastrovascular (cavidad digestiva y circulatoria) y un tubo digestivo ciego (tubo digestivo con boca pero sin ano), aunque las diferencias no son claras ya que en ambos casos hay un único orificio de comunicación con el ex terior. En una cavidad gastrovascular no hay áreas ni glándulas digestivas diferenciadas, mientras que un tubo digestivo ciego posee zonas especializadas para las diferentes fases del proceso digestivo y suele tener glándulas digestivas accesorias. En sentido estricto, la cavidad digestiva de los cnidarios es una cavidad gastrovascular; en los platelmintos que poseen cavidad digestiva ésta es un tubo digestivo ciego.

992

Aparato digestivo con dos aberturas

boca da paso a la cavidad gastrovascular. Las células que tapizan la cavidad digestiva secretan enzimas que degradan proteínas. La digestión continúa intracelularmente dentro de vacuolas digestivas y los nutrien tes digeridos pasan a las demás células por difusión. Las partículas de alimento no digerido son expulsadas al exterior a través de la boca por contracción del cuerpo . Los platelmintos de vida libre comienzan a digerir a sus presas incluso antes de ingerirlas. Extienden la farin ge fuera de la boca y secretan en zimas digestivas sobre la presa (1 Fig. 46-2b). Cuando es tragado, el ali mento entra en la cavidad digestiva, que está ramificada, y otras enzimas continúan la digestión. Las células que tapizan la cavidad digestiva fagocitan los fragmentos de alimento parcialmente digeridos y la digestión se completa en el interior de vacuolas digestivas. Como en los cnidarios, la cavidad digestiva de los platelmintos tiene una sola abertura, por lo que los res iduos no digeridos son expulsados a través de la boca .

La mayor parte de los animales tiene un aparato digestivo con dos aberturas

(b) Platelminto

Figura 46-2

Figura 46-3

La lomb riz de tierra, como la mayor pa rte de los ani ma les co mp lejos, ti ene un tubo d igestivo completo q ue va desd e la boca hasta e l ano. Las d iferentes reg io nes d el t ubo d igesti vo están es pecializad as para realizar d istintas fun ciones de l p rocesa mi e nto d e los alime ntos.

Capítul o 46

La mayoría de los invertebrados y todos los vertebrados tienen un plan de organización corporal de "tubo dentro de tubo", en el que la pared del cuerpo constituye el tubo externo. El interno es un tubo digestivo con dos aberturas, es decir, un aparato digestivo completo (1 Fig . 46-3). El alimento entra por la boca y los residuos no digeridos se eliminan por el ano en forma de heces. Los movimientos de mezcla y propulsión de los alimentos por el tubo digestivo se conocen como motilidad. La actividad de propulsión característica de la mayor parte de las regiones del tubo digestivo es el peristaltismo, unas ond as de contracción muscular que empujan el alimento en un único sentido, de modo que puede in gerirse más alimento al mismo tiempo que el tragado previamente está siendo digerido y absorbido en otras partes más posteriores del tubo digestivo. En un tubo digestivo con dos aberturas, las diversas regiones del tubo están especializadas en funciones concretas. Repaso I

1

¿Cómo está n adaptados los carnívoros a su forma de nutrición? ¿Qué diferen cias hay en e l procesamiento de los a limentos por las lombrices d e tierra y los p late lmi ntos?

Glándula salival parótida - - - - - - - - Glándula salival "".......- - - - - - - - sublingual

Faringe - - - - - - - - - - - - ' Esófago

- - - - --

- - ----701MIl/l de moco protector que puede llevar a una úlcera péptica o incluso a un cáncer. El tratamiento con antibióticos es eficaz contra este tipo de circulares infección. se contraen, ¿Qué cambios se producen en el bocado de hamburguesa durante constriñendo Los músculos las 3 o 4 horas que permanece en el estómago? Este órgano bate y deel tubo y Capa muscular , longitudinales se empujando el grada químicamente el alimento hasta que éste tiene la consistencia de relajada contraen, acortando : bolo hacia una sopa espesa; este alimento parcialmente digerido se llama quimo. el tubo por delante adelante del bolo Entonces comienza la digestión de las proteínas de la hamburguesa y gran parte de ellas es degradada hasta polipéptidos. La digestión del almidón del pan de la hamburguesa hasta convertirlo en pequeños polisacáridos y maltosa continúa hasta que la amilasa salival termina siendo desactivada por el pH ácido del estómago. Durante varias horas unas ondas peristálticas van impulsando el quimo en forma de chorros por la salida del estómago, el píloro, hacia el intestino delgado.

I

La mayor parte de la digestión enzimática se realiza en el intestino delgado La digestión del alimento se completa en el intestino delgado y los nutrientes se absorben a través de su pared. El intestino delgado, cuya longitud es de 5 a 6 m, tiene tres regiones: duodeno, yeyuno e íleon. La mayor parte de la digestión química no se produce en el estómago, como generalmente se cree, sino en el duodeno, la primera porción del intestino delgado. La bilis, procedente del hígado, y las enzimas del páncreas son vertidas en el duodeno y actúan sobre el quimo. Después,

o

I

Un bolo es llevado a lo largo del esófago por contracciones peristálticas.

Figura 46-8

e

Cuando el esfínter (anillo muscular) de entrada al estómago se abre, el alimento entra en el estómago.

Peristaltismo

Alimentación y nutrición

995

Peritoneo visceral - -

--------,. Célula parietal

Célula principal

Esófago - - - - - -- - --"e

~~

Esfínter

----------~~

Núcleos Capa muscular circular - - - - - ---h Capa muscular longitudinal Capa muscular oblicua

------a~~P;1i~~m

-------+H~4H- .

Esfinter pilórico

n,w"'-""_ Epitelio

(a)

Duodeno

superficial

Pliegues estomacales

Células principales Orificios de las glándulas gástricas

Células parietales

Ganglio linfático

--+-,--~~~J

(b)

I Figura 46-9

Glándulas gástricas

:II\\'Ó=-",...-Glándulas gástricas

Epitelio - - - - -