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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo E15 - Electrorrecepción Activa y Pasiva
El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.
ID:1933
Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Modalidades y fuentes de electrorrecepción
La electrorrecepción se divide en modalidad pasiva y activa. En la pasiva, el pez detecta campos eléctricos externos, incluidos los producidos involuntariamente por la actividad biológica de otros organismos. En la activa, el pez genera su propio campo eléctrico y detecta las perturbaciones que los objetos producen sobre él. Ambas modalidades convergen en la detección de diferencias de potencial, pero el storyboard no entrega una ley que combine ambas señales.
Grupo 2: Grupo 2: Generación del campo dipolar activo
La descarga del órgano eléctrico establece una diferencia de potencial entre cabeza y cola. La cabeza actúa como polo negativo y la cola como polo positivo, formando un dipolo eléctrico cuyas líneas de campo se propagan por el agua conductora. En el campo cercano, la magnitud del campo dipolar decae con el inverso del cubo de la distancia. Esta caída limita la electrolocalización activa a aproximadamente una o dos longitudes corporales.
Grupo 3: Grupo 3: Interacción eléctrica con objetos
Un objeto interpuesto perturba el campo según su naturaleza eléctrica. Un objeto conductor, como una presa u otro pez, concentra las líneas de campo hacia sí; un objeto resistivo, como una roca, las dispersa alejándolas. La dirección de la perturbación depende por tanto del contraste eléctrico entre objeto y agua. Esta distinción debe conservarse antes de cuantificar la perturbación.
Grupo 4: Grupo 4: Detección electrorreceptora
Las perturbaciones son detectadas por electrorreceptores: ampollas de Lorenzini en elasmobranquios y tubérculos en peces eléctricos de agua dulce. Estos receptores son canales iónicos sensibles a diferencias de potencial extremadamente pequeñas. El storyboard entrega una sensibilidad de referencia de aproximadamente 1–10 nV/cm. El observable inmediato es la diferencia de potencial o campo local que alcanza al receptor.
Grupo 5: Grupo 5: Distribución continua del potencial en agua
Tanto el campo dipolar propio como los campos producidos por fuentes externas obedecen la misma descripción continua del potencial en agua conductora. El potencial en cada punto depende de la distribución espacial de fuentes de corriente y de la conductividad del agua, siguiendo una ley de Ohm generalizada y una relación del tipo de la ecuación de Poisson. La conductividad del agua es por ello una variable puente entre generación, propagación y perturbación. El storyboard no proporciona condiciones geométricas completas ni una solución cerrada.
Grupo 6: Grupo 6: Problema de frontera y perturbación de potencial
La perturbación se calcula como la diferencia entre la solución del potencial con el objeto presente y la solución sin el objeto. Es un problema de condiciones de frontera del tipo resuelto por la ecuación de Laplace. La perturbación aumenta con la diferencia de conductividad entre objeto y agua y con el volumen del objeto, y disminuye con el inverso del cubo de la distancia al objeto. La forma funcional completa y la geometría de frontera no están especificadas.
Grupo 7: Grupo 7: Alcance de electrolocalización activa
El fuerte decaimiento espacial aparece tanto en el campo dipolar cercano como en la perturbación introducida por objetos: ambos presentan dependencia inversa cúbica con la distancia en la descripción suministrada. Como consecuencia, la electrolocalización activa queda restringida a aproximadamente una o dos longitudes corporales del pez. El tamaño corporal funciona como escala de referencia para expresar ese alcance. No se entrega un criterio de detección adicional que permita derivar exactamente el factor entre una y dos longitudes.
ID:1044
Grupo 1: Grupo 1: Modalidades y fuentes de electrorrecepción
Descripción
La electrorrecepción se divide en modalidad pasiva y activa. En la pasiva, el pez detecta campos eléctricos externos, incluidos los producidos involuntariamente por la actividad biológica de otros organismos. En la activa, el pez genera su propio campo eléctrico y detecta las perturbaciones que los objetos producen sobre él. Ambas modalidades convergen en la detección de diferencias de potencial, pero el storyboard no entrega una ley que combine ambas señales.
Pregunta clave: ¿Qué señales eléctricas detecta el pez y de dónde provienen?
La electrorrecepción se divide en modalidad pasiva y activa. En la pasiva, el pez detecta campos eléctricos externos, incluidos los producidos involuntariamente por la actividad biológica de otros organismos. En la activa, el pez genera su propio campo eléctrico y detecta las perturbaciones que los objetos producen sobre él. Ambas modalidades convergen en la detección de diferencias de potencial, pero el storyboard no entrega una ley que combine ambas señales. Esta capacidad se presenta en dos modalidades: la electrorrecepción pasiva, con la que el pez detecta campos eléctricos externos, incluidos los que generan de forma involuntaria otros organismos con su propia actividad biológica, y la electrorrecepción activa, con la que el pez genera su propio campo eléctrico y detecta las perturbaciones que los objetos de su entorno provocan sobre ese campo, de un modo análogo al que usa un sonar activo para detectar objetos emitiendo su propia señal. Estas perturbaciones del campo eléctrico dipolar las detectan los electrorreceptores del pez —las ampollas de Lorenzini en los elasmobranquios, o los tubérculos en los peces de agua dulce—, que son canales iónicos sensibles a diferencias de potencial de apenas entre uno y diez nanovoltios por centímetro, lo que convierte a la electrorrecepción en el sentido de mayor sensibilidad conocido en toda la biología. La electrorrecepción es la capacidad de detectar campos eléctricos en el agua, presente en los tiburones, las rayas, los peces eléctricos de agua dulce —tanto los débiles como los fuertes— y en algunas especies de teleósteos. La distribución del potencial eléctrico dentro del agua que rodea al pez, tanto en el campo dipolar propio como en el que generan las fuentes de corriente externas, sigue la misma ley de Ohm generalizada al medio acuático continuo: el potencial eléctrico en cada punto del agua queda determinado por dónde están distribuidas las fuentes de corriente y por la conductividad propia del agua, siguiendo el mismo tipo de relación que describe la ecuación de Poisson para cualquier campo de potencial generado por fuentes distribuidas en el espacio.
ID:5104
Grupo 2: Grupo 2: Generación del campo dipolar activo
Descripción
La descarga del órgano eléctrico establece una diferencia de potencial entre cabeza y cola. La cabeza actúa como polo negativo y la cola como polo positivo, formando un dipolo eléctrico cuyas líneas de campo se propagan por el agua conductora. En el campo cercano, la magnitud del campo dipolar decae con el inverso del cubo de la distancia. Esta caída limita la electrolocalización activa a aproximadamente una o dos longitudes corporales.
Pregunta clave: ¿Cómo genera un pez eléctrico débil su campo eléctrico propio?
La descarga del órgano eléctrico establece una diferencia de potencial entre cabeza y cola. La cabeza actúa como polo negativo y la cola como polo positivo, formando un dipolo eléctrico cuyas líneas de campo se propagan por el agua conductora. En el campo cercano, la magnitud del campo dipolar decae con el inverso del cubo de la distancia. Esta caída limita la electrolocalización activa a aproximadamente una o dos longitudes corporales. El campo eléctrico que genera un pez eléctrico débil con la descarga de su órgano eléctrico se modela como un dipolo eléctrico: la diferencia de potencial entre la cabeza del pez, que actúa como polo negativo, y la cola, que actúa como polo positivo, genera líneas de campo que se propagan a través del agua conductora. Ese campo dipolar decae con el inverso del cubo de la distancia dentro del campo cercano al pez, una caída tan pronunciada que limita el alcance de la electrolocalización a solamente entre una y dos longitudes del propio cuerpo del pez. Estas perturbaciones del campo eléctrico dipolar las detectan los electrorreceptores del pez —las ampollas de Lorenzini en los elasmobranquios, o los tubérculos en los peces de agua dulce—, que son canales iónicos sensibles a diferencias de potencial de apenas entre uno y diez nanovoltios por centímetro, lo que convierte a la electrorrecepción en el sentido de mayor sensibilidad conocido en toda la biología. La distribución del potencial eléctrico dentro del agua que rodea al pez, tanto en el campo dipolar propio como en el que generan las fuentes de corriente externas, sigue la misma ley de Ohm generalizada al medio acuático continuo: el potencial eléctrico en cada punto del agua queda determinado por dónde están distribuidas las fuentes de corriente y por la conductividad propia del agua, siguiendo el mismo tipo de relación que describe la ecuación de Poisson para cualquier campo de potencial generado por fuentes distribuidas en el espacio.
ID:5105
Grupo 3: Grupo 3: Interacción eléctrica con objetos
Descripción
Un objeto interpuesto perturba el campo según su naturaleza eléctrica. Un objeto conductor, como una presa u otro pez, concentra las líneas de campo hacia sí; un objeto resistivo, como una roca, las dispersa alejándolas. La dirección de la perturbación depende por tanto del contraste eléctrico entre objeto y agua. Esta distinción debe conservarse antes de cuantificar la perturbación.
Pregunta clave: ¿Cómo modifica un objeto el campo eléctrico del pez?
Un objeto interpuesto perturba el campo según su naturaleza eléctrica. Un objeto conductor, como una presa u otro pez, concentra las líneas de campo hacia sí; un objeto resistivo, como una roca, las dispersa alejándolas. La dirección de la perturbación depende por tanto del contraste eléctrico entre objeto y agua. Esta distinción debe conservarse antes de cuantificar la perturbación. Cuando un objeto se interpone en ese campo dipolar, lo perturba de manera distinta según su naturaleza eléctrica: un objeto conductor, como una presa o otro pez, concentra las líneas de campo hacia sí mismo, mientras que un objeto resistivo, como una roca, las dispersa alejándolas de sí. La perturbación que un objeto introduce en ese campo puede calcularse como la diferencia entre la solución de ese mismo problema de distribución de potencial con el objeto presente y sin él, un problema de condiciones de frontera del mismo tipo que resuelve la ecuación de Laplace. El campo eléctrico que genera un pez eléctrico débil con la descarga de su órgano eléctrico se modela como un dipolo eléctrico: la diferencia de potencial entre la cabeza del pez, que actúa como polo negativo, y la cola, que actúa como polo positivo, genera líneas de campo que se propagan a través del agua conductora. El comportamiento esperado es que esa perturbación escala con la diferencia de conductividad entre el objeto y el agua, con el volumen del propio objeto, y con el inverso del cubo de la distancia al objeto, la misma caída pronunciada con la distancia que, descrita al comienzo de este modelo, limita el alcance de la electrolocalización activa del pez.
ID:5106
Grupo 4: Grupo 4: Detección electrorreceptora
Descripción
Las perturbaciones son detectadas por electrorreceptores: ampollas de Lorenzini en elasmobranquios y tubérculos en peces eléctricos de agua dulce. Estos receptores son canales iónicos sensibles a diferencias de potencial extremadamente pequeñas. El storyboard entrega una sensibilidad de referencia de aproximadamente 1–10 nV/cm. El observable inmediato es la diferencia de potencial o campo local que alcanza al receptor.
Pregunta clave: ¿Cómo se convierte la perturbación eléctrica en una señal detectable?
Las perturbaciones son detectadas por electrorreceptores: ampollas de Lorenzini en elasmobranquios y tubérculos en peces eléctricos de agua dulce. Estos receptores son canales iónicos sensibles a diferencias de potencial extremadamente pequeñas. El storyboard entrega una sensibilidad de referencia de aproximadamente 1–10 nV/cm. El observable inmediato es la diferencia de potencial o campo local que alcanza al receptor. Estas perturbaciones del campo eléctrico dipolar las detectan los electrorreceptores del pez —las ampollas de Lorenzini en los elasmobranquios, o los tubérculos en los peces de agua dulce—, que son canales iónicos sensibles a diferencias de potencial de apenas entre uno y diez nanovoltios por centímetro, lo que convierte a la electrorrecepción en el sentido de mayor sensibilidad conocido en toda la biología. El campo eléctrico que genera un pez eléctrico débil con la descarga de su órgano eléctrico se modela como un dipolo eléctrico: la diferencia de potencial entre la cabeza del pez, que actúa como polo negativo, y la cola, que actúa como polo positivo, genera líneas de campo que se propagan a través del agua conductora. La perturbación que un objeto introduce en ese campo puede calcularse como la diferencia entre la solución de ese mismo problema de distribución de potencial con el objeto presente y sin él, un problema de condiciones de frontera del mismo tipo que resuelve la ecuación de Laplace.
ID:5107
Grupo 5: Grupo 5: Distribución continua del potencial en agua
Descripción
Tanto el campo dipolar propio como los campos producidos por fuentes externas obedecen la misma descripción continua del potencial en agua conductora. El potencial en cada punto depende de la distribución espacial de fuentes de corriente y de la conductividad del agua, siguiendo una ley de Ohm generalizada y una relación del tipo de la ecuación de Poisson. La conductividad del agua es por ello una variable puente entre generación, propagación y perturbación. El storyboard no proporciona condiciones geométricas completas ni una solución cerrada.
Pregunta clave: ¿Qué determina el potencial eléctrico espacial en el agua?
Tanto el campo dipolar propio como los campos producidos por fuentes externas obedecen la misma descripción continua del potencial en agua conductora. El potencial en cada punto depende de la distribución espacial de fuentes de corriente y de la conductividad del agua, siguiendo una ley de Ohm generalizada y una relación del tipo de la ecuación de Poisson. La conductividad del agua es por ello una variable puente entre generación, propagación y perturbación. El storyboard no proporciona condiciones geométricas completas ni una solución cerrada. La distribución del potencial eléctrico dentro del agua que rodea al pez, tanto en el campo dipolar propio como en el que generan las fuentes de corriente externas, sigue la misma ley de Ohm generalizada al medio acuático continuo: el potencial eléctrico en cada punto del agua queda determinado por dónde están distribuidas las fuentes de corriente y por la conductividad propia del agua, siguiendo el mismo tipo de relación que describe la ecuación de Poisson para cualquier campo de potencial generado por fuentes distribuidas en el espacio. El campo eléctrico que genera un pez eléctrico débil con la descarga de su órgano eléctrico se modela como un dipolo eléctrico: la diferencia de potencial entre la cabeza del pez, que actúa como polo negativo, y la cola, que actúa como polo positivo, genera líneas de campo que se propagan a través del agua conductora. Estas perturbaciones del campo eléctrico dipolar las detectan los electrorreceptores del pez —las ampollas de Lorenzini en los elasmobranquios, o los tubérculos en los peces de agua dulce—, que son canales iónicos sensibles a diferencias de potencial de apenas entre uno y diez nanovoltios por centímetro, lo que convierte a la electrorrecepción en el sentido de mayor sensibilidad conocido en toda la biología. La perturbación que un objeto introduce en ese campo puede calcularse como la diferencia entre la solución de ese mismo problema de distribución de potencial con el objeto presente y sin él, un problema de condiciones de frontera del mismo tipo que resuelve la ecuación de Laplace.
ID:5108
Grupo 6: Grupo 6: Problema de frontera y perturbación de potencial
Descripción
La perturbación se calcula como la diferencia entre la solución del potencial con el objeto presente y la solución sin el objeto. Es un problema de condiciones de frontera del tipo resuelto por la ecuación de Laplace. La perturbación aumenta con la diferencia de conductividad entre objeto y agua y con el volumen del objeto, y disminuye con el inverso del cubo de la distancia al objeto. La forma funcional completa y la geometría de frontera no están especificadas.
Pregunta clave: ¿Cómo se calcula la perturbación causada por un objeto?
La perturbación se calcula como la diferencia entre la solución del potencial con el objeto presente y la solución sin el objeto. Es un problema de condiciones de frontera del tipo resuelto por la ecuación de Laplace. La perturbación aumenta con la diferencia de conductividad entre objeto y agua y con el volumen del objeto, y disminuye con el inverso del cubo de la distancia al objeto. La forma funcional completa y la geometría de frontera no están especificadas. La perturbación que un objeto introduce en ese campo puede calcularse como la diferencia entre la solución de ese mismo problema de distribución de potencial con el objeto presente y sin él, un problema de condiciones de frontera del mismo tipo que resuelve la ecuación de Laplace. El comportamiento esperado es que esa perturbación escala con la diferencia de conductividad entre el objeto y el agua, con el volumen del propio objeto, y con el inverso del cubo de la distancia al objeto, la misma caída pronunciada con la distancia que, descrita al comienzo de este modelo, limita el alcance de la electrolocalización activa del pez. La distribución del potencial eléctrico dentro del agua que rodea al pez, tanto en el campo dipolar propio como en el que generan las fuentes de corriente externas, sigue la misma ley de Ohm generalizada al medio acuático continuo: el potencial eléctrico en cada punto del agua queda determinado por dónde están distribuidas las fuentes de corriente y por la conductividad propia del agua, siguiendo el mismo tipo de relación que describe la ecuación de Poisson para cualquier campo de potencial generado por fuentes distribuidas en el espacio. El campo eléctrico que genera un pez eléctrico débil con la descarga de su órgano eléctrico se modela como un dipolo eléctrico: la diferencia de potencial entre la cabeza del pez, que actúa como polo negativo, y la cola, que actúa como polo positivo, genera líneas de campo que se propagan a través del agua conductora.
ID:5109
Grupo 7: Grupo 7: Alcance de electrolocalización activa
Descripción
El fuerte decaimiento espacial aparece tanto en el campo dipolar cercano como en la perturbación introducida por objetos: ambos presentan dependencia inversa cúbica con la distancia en la descripción suministrada. Como consecuencia, la electrolocalización activa queda restringida a aproximadamente una o dos longitudes corporales del pez. El tamaño corporal funciona como escala de referencia para expresar ese alcance. No se entrega un criterio de detección adicional que permita derivar exactamente el factor entre una y dos longitudes.
Pregunta clave: ¿Qué limita espacialmente la electrolocalización activa?
El fuerte decaimiento espacial aparece tanto en el campo dipolar cercano como en la perturbación introducida por objetos: ambos presentan dependencia inversa cúbica con la distancia en la descripción suministrada. Como consecuencia, la electrolocalización activa queda restringida a aproximadamente una o dos longitudes corporales del pez. El tamaño corporal funciona como escala de referencia para expresar ese alcance. No se entrega un criterio de detección adicional que permita derivar exactamente el factor entre una y dos longitudes. Ese campo dipolar decae con el inverso del cubo de la distancia dentro del campo cercano al pez, una caída tan pronunciada que limita el alcance de la electrolocalización a solamente entre una y dos longitudes del propio cuerpo del pez. El comportamiento esperado es que esa perturbación escala con la diferencia de conductividad entre el objeto y el agua, con el volumen del propio objeto, y con el inverso del cubo de la distancia al objeto, la misma caída pronunciada con la distancia que, descrita al comienzo de este modelo, limita el alcance de la electrolocalización activa del pez.
ID:5110