Reprodução e Desenvolvimento Animal
A maioria dos animais sofre reprodução sexual e tem formas semelhantes de desenvolvimento ditadas pelos genes Hox.
Objectivos de aprendizagem
Explicar os processos de reprodução animal e de desenvolvimento embrionário
Takeaways-chave
Key Points
- Muitos animais reproduzem-se através da reprodução sexual, mas alguns animais são capazes de reprodução assexuada através de partenogénese, brotação ou fragmentação.
- Fundação subsequente, um embrião é formado, e tecidos animais se organizam em sistemas orgânicos; alguns animais também podem sofrer metamorfoses incompletas ou completas.
- Cleavage of the zygote leads to the formation of a blastula, which takes further cell division and cellular rearrangement during a process called gastrulation, which leads to the formation of the gastrula.
- Durante a gastrulação, a cavidade digestiva e as camadas germinativas são formadas; estas se desenvolverão mais tarde em certos tipos de tecidos, órgãos e sistemas de órgãos durante um processo chamado organogênese.
- Gens Hox são responsáveis por determinar o plano geral do corpo, como o número de segmentos do corpo de um animal, o número e a colocação de apêndices, e a direcionalidade cabeça-cauda do animal.
- Gens Hox, similares na maioria dos animais, podem ligar ou desligar outros genes através da codificação de fatores de transcrição que controlam a expressão de inúmeros outros genes.
Key Terms
- metamorfose: uma mudança na forma e frequentemente hábitos de um animal após o estágio embrionário durante o desenvolvimento normal
- gene Hox: genes responsáveis por determinar o plano geral do corpo, como o número de segmentos do corpo de um animal, o número e a colocação de apêndices, e a direcionalidade cabeça-cauda do animal
- blástula: uma estrutura oca de 6-32 células que é formada após um zigoto sofre divisão celular
Reprodução e Desenvolvimento Animal
A maioria dos animais são organismos diplóides (seu corpo, ou células somáticas, são diplóides) com células reprodutivas haplóides ( gameta ) produzidas através da meiose. A maioria dos animais é submetida à reprodução sexual. Este fato distingue animais de fungos, protists, e bactérias onde a reprodução assexuada é comum ou exclusiva. Entretanto, alguns grupos, tais como cnidários, lombrigas e lombrigas, passam por uma reprodução assexuada, embora quase todos esses animais também tenham uma fase sexual até seu ciclo de vida.
Processos de Reprodução Animal e Desenvolvimento Embrionário
Durante a reprodução sexual, os gametas haplóides dos indivíduos machos e fêmeas de uma espécie se combinam em um processo chamado fertilização. Tipicamente, os machos pequenos e móveis fertilizam o óvulo feminino sésseis, muito maior. Este processo produz um óvulo fertilizado diplóide chamado zigoto.
Algumas espécies animais (incluindo estrelas do mar e anémonas do mar, assim como alguns insectos, répteis e peixes) são capazes de se reproduzirem assexuadamente. As formas mais comuns de reprodução assexuada para animais aquáticos estacionários incluem a brotação e fragmentação onde parte de um indivíduo pai pode se separar e crescer em um novo indivíduo. Em contraste, uma forma de reprodução assexuada encontrada em certos insetos e vertebrados é chamada partenogênese, onde ovos não fertilizados podem se desenvolver em novos filhotes. Este tipo de partenogênese em insetos é chamada haplodiploidia e resulta em descendência masculina. Estes tipos de reprodução assexuada produzem descendência geneticamente idêntica, o que é desvantajoso do ponto de vista da adaptabilidade evolutiva, devido à potencial acumulação de mutações deletérias. No entanto, para animais que são limitados em sua capacidade de atrair companheiros, a reprodução assexuada pode assegurar a propagação genética.
Após a fertilização, ocorre uma série de estágios de desenvolvimento durante os quais as camadas germinativas primárias são estabelecidas e se reorganizam para formar um embrião. Durante este processo, os tecidos animais começam a se especializar e a se organizar em órgãos e sistemas orgânicos, determinando sua morfologia e fisiologia futuras. Alguns animais, como os gafanhotos, sofrem metamorfoses incompletas, nas quais os jovens se assemelham aos adultos. Outros animais, como alguns insetos, sofrem metamorfoses completas, onde os indivíduos entram em um ou mais estágios larvares que podem diferir em estrutura e função do adulto. Na metamorfose completa, os jovens e o adulto podem ter dietas diferentes, limitando a competição por alimentos entre eles. Independentemente de uma espécie sofrer de metamorfose completa ou incompleta, a série de estágios de desenvolvimento do embrião permanece praticamente a mesma para a maioria dos membros do reino animal.
Metamorfose incompleta e completa: (a) O gafanhoto sofre de metamorfose incompleta. (b) A borboleta sofre metamorfose completa.
O processo de desenvolvimento animal começa com a clivagem, ou série de divisões de células mitóticas, do zigoto. Três divisões celulares transformam o zigoto unicelular em uma estrutura unicelular de oito células. Após a divisão celular e rearranjo das células existentes, forma-se uma estrutura oca de 6-32 células chamada blástula. Em seguida, a blástula sofre uma nova divisão celular e rearranjo celular durante um processo chamado gastrulação. Isto leva à formação da próxima fase de desenvolvimento, a gastrula, na qual a futura cavidade digestiva é formada. Durante a gastrulação são formadas diferentes camadas celulares (chamadas camadas germinativas). Estas camadas germinativas são programadas para se desenvolverem em certos tipos de tecidos, órgãos e sistemas orgânicos durante um processo chamado organogénese.
desenvolvimento embrionário: Durante o desenvolvimento embrionário, o zigoto sofre uma série de divisões de células mitóticas, ou clivagens, para formar uma fase de oito células, depois uma blástula oca. Durante um processo chamado gastrulação, a blástula dobra-se para dentro para formar uma cavidade na gastrula.
O Papel dos Genes Homeobox (Hox) no Desenvolvimento Animal
Desde o início do século XIX, os cientistas têm observado que muitos animais, desde o muito simples até o complexo, compartilharam morfologia e desenvolvimento embrionário similar. Surpreendentemente, um embrião humano e um embrião de rã, em determinada fase do desenvolvimento embrionário, parecem notavelmente semelhantes. Durante muito tempo, os cientistas não entenderam porque tantas espécies animais pareciam semelhantes durante o desenvolvimento embrionário, mas eram muito diferentes como adultos. Perto do final do século XX, foi descoberta uma classe particular de genes que ditam a direcção do desenvolvimento. Estes genes que determinam a estrutura animal são chamados de “genes homeoticos”. Eles contêm sequências de DNA chamadas homeoboxes, com sequências específicas referidas como genes Hox. Esta família de genes é responsável por determinar o plano geral do corpo: o número de segmentos do corpo de um animal, o número e a colocação de apêndices, e a direcionalidade cabeça-cauda do animal. Os primeiros genes Hox a serem sequenciados foram os da mosca da fruta (Drosophila melanogaster). Uma única mutação Hox na mosca da fruta pode resultar em um par extra de asas ou mesmo apêndices crescendo da parte “errada” do corpo.
Há muitos genes que desempenham papéis no desenvolvimento morfológico de um animal, mas os genes Hox são tão poderosos porque podem ligar ou desligar um grande número de outros genes. Os genes Hox fazem isso através da codificação de fatores de transcrição que controlam a expressão de inúmeros outros genes. Os genes Hox são homólogos no reino animal: as sequências genéticas e as suas posições nos cromossomas são notavelmente semelhantes na maioria dos animais (por exemplo, vermes, moscas, ratos, humanos) devido à sua presença num antepassado comum. Os genes Hox sofreram pelo menos dois eventos de duplicação durante a evolução animal: os genes adicionais permitiram que tipos de corpos mais complexos evoluíssem.
Gens Hox: Os genes Hox são genes altamente conservados que codificam fatores de transcrição que determinam o curso do desenvolvimento embrionário em animais. Em vertebrados, os genes foram duplicados em quatro grupos: Hox-A, Hox-B, Hox-C, e Hox-D. Os genes dentro destes aglomerados são expressos em certos segmentos do corpo em certos estágios de desenvolvimento. Mostrada aqui é a homologia entre os genes Hox em camundongos e humanos. Note como a expressão dos genes Hox, como indicado com sombreamento laranja, rosa, azul e verde, ocorre nos mesmos segmentos do corpo tanto no rato como no humano.