Reprodução - Reproduction

Produção de novos indivíduos ao longo da margem da folha da planta de folha milagrosa ( Kalanchoe pinnata ). A pequena planta na frente tem cerca de 1 cm (0,4 pol.) De altura. O conceito de "indivíduo" é obviamente ampliado por esse processo reprodutivo assexuado.

A reprodução (ou procriação ou procriação ) é o processo biológico pelo qual novos organismos individuais - "descendentes" - são produzidos de seus "pais" ou pais. A reprodução é uma característica fundamental de todas as formas de vida conhecidas ; cada organismo individual existe como resultado da reprodução. Existem duas formas de reprodução: assexuada e sexual .

Na reprodução assexuada, um organismo pode se reproduzir sem o envolvimento de outro organismo. A reprodução assexuada não se limita a organismos unicelulares . A clonagem de um organismo é uma forma de reprodução assexuada. Por reprodução assexuada, um organismo cria uma cópia geneticamente semelhante ou idêntica de si mesmo. A evolução da reprodução sexual é um grande enigma para os biólogos. O custo duplo da reprodução sexuada é que apenas 50% dos organismos se reproduzem e os organismos transmitem apenas 50% de seus genes .

A reprodução sexual normalmente requer a interação sexual de dois organismos especializados, chamados gametas , que contêm metade do número de cromossomos das células normais e são criados por meiose , com um macho fecundando uma fêmea da mesma espécie para criar um zigoto fertilizado . Isso produz organismos descendentes cujas características genéticas são derivadas daquelas dos dois organismos parentais.

Assexuado

A reprodução assexuada é um processo pelo qual os organismos criam cópias geneticamente semelhantes ou idênticas de si mesmos, sem a contribuição de material genético de outro organismo. As bactérias se dividem assexuadamente por meio de fissão binária ; os vírus assumem o controle das células hospedeiras para produzir mais vírus; Hydras ( invertebrados da ordem Hydroidea ) e leveduras são capazes de se reproduzir por brotamento . Esses organismos geralmente não possuem sexos diferentes e são capazes de "se dividir" em duas ou mais cópias de si mesmos. A maioria das plantas tem a capacidade de se reproduzir assexuadamente e acredita-se que a espécie de formiga Mycocepurus smithii se reproduz inteiramente por meios assexuados.

Algumas espécies que são capazes de se reproduzir assexuadamente, como a hidra , a levedura (ver Acasalamento de leveduras ) e a água - viva , também podem se reproduzir sexualmente. Por exemplo, a maioria das plantas é capaz de reprodução vegetativa - reprodução sem sementes ou esporos - mas também pode se reproduzir sexualmente. Da mesma forma, as bactérias podem trocar informações genéticas por conjugação .

Outras formas de reprodução assexuada incluem partenogênese , fragmentação e formação de esporos que envolve apenas mitose . A partenogênese é o crescimento e desenvolvimento do embrião ou semente sem fertilização por um macho . A partenogênese ocorre naturalmente em algumas espécies, incluindo plantas inferiores (onde é chamada de apomixia ), invertebrados (por exemplo , pulgas d'água , pulgões , algumas abelhas e vespas parasitas ) e vertebrados (por exemplo, alguns répteis , peixes e, muito raramente, pássaros e tubarões ) Às vezes também é usado para descrever os modos de reprodução em espécies hermafroditas que podem se autofecundar.

Sexual

Hoverflies acasalando no ar

A reprodução sexual é um processo biológico que cria um novo organismo combinando o material genético de dois organismos em um processo que começa com a meiose , um tipo especializado de divisão celular . Cada um dos dois organismos progenitores contribui com metade da composição genética da prole, criando gametas haplóides . A maioria dos organismos forma dois tipos diferentes de gametas. Nessas espécies anisogâmicas , os dois sexos são referidos como masculino (produzindo espermatozoides ou micrósporos) e feminino (produzindo óvulos ou megásporos). Em espécies isogâmicas , os gametas são semelhantes ou idênticos na forma ( isogametas ), mas podem ter propriedades separáveis ​​e podem receber outros nomes diferentes (ver isogamia ). Por exemplo, na alga verde, Chlamydomonas reinhardtii , existem os chamados gametas "positivos" e "negativos". Alguns tipos de organismos, como muitos fungos e o ciliado Paramecium aurelia , têm mais de dois "sexos", chamados de singens . A maioria dos animais (incluindo humanos) e plantas se reproduzem sexualmente. Os organismos que se reproduzem sexualmente têm diferentes conjuntos de genes para cada característica (chamados alelos ). A prole herda um alelo para cada característica de cada pai. Assim, a prole possui uma combinação dos genes dos pais. Acredita-se que “o mascaramento de alelos deletérios favorece a evolução de uma fase diplóide dominante em organismos que alternam entre as fases haploide e diploide”, onde a recombinação ocorre livremente.

As briófitas se reproduzem sexualmente, mas os organismos maiores e comumente vistos são haplóides e produzem gametas . Os gametas se fundem para formar um zigoto que se desenvolve em um esporângio , que por sua vez produz esporos haplóides. O estágio diplóide é relativamente pequeno e de curta duração em comparação com o estágio haplóide, ou seja, dominância haplóide . A vantagem da diploidia, a heterose, só existe na geração de vida diplóide. As briófitas mantêm a reprodução sexual, apesar do estágio haplóide não se beneficiar da heterose. Isso pode ser um indício de que a reprodução sexuada apresenta outras vantagens que não a heterose, como a recombinação genética entre membros da espécie, permitindo a expressão de uma gama mais ampla de características e, assim, tornando a população mais capaz de sobreviver às variações ambientais.

Alogamia

Alogamia é a fertilização da combinação de gametas de dois pais, geralmente o óvulo de um indivíduo com o espermatozóide de outro. (Em espécies isogâmicas, os dois gametas não serão definidos como espermatozóide ou óvulo.)

Autogamia

A autofertilização , também conhecida como autogamia, ocorre em organismos hermafroditas onde os dois gametas fundidos na fertilização vêm do mesmo indivíduo, por exemplo, muitas plantas vasculares , alguns foraminíferos , alguns ciliados . O termo "autogamia" às vezes é substituído por polinização autógama (não necessariamente levando a uma fertilização bem-sucedida) e descreve a autopolinização dentro da mesma flor, distinta da polinização geitonogâmica , transferência de pólen para uma flor diferente na mesma planta com flor ou dentro de um planta gimnosperma monóica única .

Mitose e meiose

Mitose e meiose são tipos de divisão celular . A mitose ocorre em células somáticas , enquanto a meiose ocorre em gametas .

Mitose O número resultante de células na mitose é duas vezes o número de células originais. O número de cromossomos nas células descendentes é igual ao da célula-mãe.

Meiose O número de células resultante é quatro vezes o número de células originais. Isso resulta em células com metade do número de cromossomos presentes na célula-mãe. Uma célula diplóide se duplica, então passa por duas divisões ( tetraplóide para diplóide para haplóide), no processo formando quatro células haplóides . Este processo ocorre em duas fases, meiose I e meiose II.

Mesmo sexo

Nas últimas décadas, os biólogos do desenvolvimento têm pesquisado e desenvolvido técnicas para facilitar a reprodução pelo mesmo sexo. As abordagens óbvias, sujeitas a uma quantidade crescente de atividade, são os espermatozoides femininos e os óvulos masculinos , com os espermatozoides femininos mais perto de ser uma realidade para os humanos. Em 2004, ao alterar a função de alguns genes envolvidos no imprinting, outros cientistas japoneses combinaram dois óvulos de camundongo para produzir camundongos filhas e em 2018 cientistas chineses criaram 29 camundongos fêmeas de mães de duas camundongas, mas foram incapazes de produzir descendentes viáveis ​​de dois pais ratos.

Estratégias

Existe uma ampla gama de estratégias reprodutivas empregadas por diferentes espécies. Alguns animais, como o humano e o gannet do norte , não atingem a maturidade sexual por muitos anos após o nascimento e, mesmo assim, produzem poucos descendentes. Outros se reproduzem rapidamente; mas, em circunstâncias normais, a maioria dos descendentes não sobrevive até a idade adulta . Por exemplo, um coelho (maduro após 8 meses) pode produzir 10-30 filhotes por ano, e uma mosca da fruta (madura após 10-14 dias) pode produzir até 900 filhotes por ano. Essas duas estratégias principais são conhecidas como seleção K (poucos descendentes) e seleção r (muitos descendentes). Qual estratégia é favorecida pela evolução depende de uma variedade de circunstâncias. Animais com poucos descendentes podem dedicar mais recursos ao cuidado e proteção de cada prole individual, reduzindo assim a necessidade de muitos descendentes. Por outro lado, animais com muitos descendentes podem dedicar menos recursos a cada descendente individual; para esses tipos de animais, é comum que muitos filhotes morram logo após o nascimento, mas um número suficiente de indivíduos normalmente sobrevive para manter a população. Alguns organismos, como as abelhas melíferas e as moscas-das-frutas, retêm os espermatozoides em um processo denominado armazenamento de espermatozoides , aumentando assim a duração de sua fertilidade.

Outros tipos

  • Animais policíclicos se reproduzem intermitentemente ao longo de suas vidas.
  • Organismos semíparos se reproduzem apenas uma vez na vida, como as plantas anuais (incluindo todas as safras de grãos) e certas espécies de salmão, aranha, bambu e planta centenária. Freqüentemente, eles morrem logo após a reprodução. Isso geralmente está associado aos estrategistas-r .
  • Os organismos itérópicos produzem descendentes em ciclos sucessivos (por exemplo, anuais ou sazonais), como as plantas perenes . Animais itérópicos sobrevivem por várias estações (ou mudanças periódicas de condição). Isso está mais associado aos estrategistas-K .

Reprodução assexuada vs. reprodução sexual

Ilustração do duplo custo da reprodução sexuada . Se cada organismo contribuísse com o mesmo número de descendentes (dois), (a) a população permaneceria do mesmo tamanho a cada geração, onde (b) a população assexuada dobra de tamanho a cada geração.

Os organismos que se reproduzem por meio da reprodução assexuada tendem a crescer em número exponencialmente. No entanto, como eles dependem de mutações para variações em seu DNA, todos os membros da espécie têm vulnerabilidades semelhantes. Os organismos que se reproduzem sexualmente produzem um número menor de descendentes, mas a grande quantidade de variação em seus genes os torna menos suscetíveis a doenças.

Muitos organismos podem se reproduzir tanto sexualmente quanto assexuadamente. Pulgões , fungos viscosos , anêmonas do mar , algumas espécies de estrelas do mar (por fragmentação ) e muitas plantas são exemplos. Quando os fatores ambientais são favoráveis, a reprodução assexuada é empregada para explorar as condições adequadas para a sobrevivência, como um suprimento abundante de alimentos, abrigo adequado, clima favorável, doença, pH ideal ou uma combinação adequada de outros requisitos de estilo de vida. As populações desses organismos aumentam exponencialmente por meio de estratégias reprodutivas assexuadas para aproveitar ao máximo os ricos recursos de suprimento.

Quando as fontes de alimento se esgotam, o clima se torna hostil ou a sobrevivência individual é ameaçada por alguma outra mudança adversa nas condições de vida, esses organismos mudam para formas sexuais de reprodução. A reprodução sexual garante uma mistura do pool genético da espécie. As variações encontradas na descendência da reprodução sexuada permitem que alguns indivíduos sejam mais adequados para a sobrevivência e fornecem um mecanismo para que ocorra a adaptação seletiva. O estágio de meiose do ciclo sexual também permite o reparo especialmente eficaz de danos ao DNA (ver Meiose ). Além disso, a reprodução sexual geralmente resulta na formação de um estágio de vida capaz de suportar as condições que ameaçam os filhos de pais assexuados. Assim, sementes, esporos, ovos, pupas, cistos ou outras etapas de "over-wintering" da reprodução sexuada garantem a sobrevivência em épocas desfavoráveis ​​e o organismo pode "esperar" situações adversas até que ocorra um retorno à adequação.

Vida sem

A existência de vida sem reprodução é objeto de algumas especulações. O estudo biológico de como a origem da vida produziu organismos reprodutores a partir de elementos não reprodutores é chamado de abiogênese . Independentemente de haver ou não vários eventos abiogenéticos independentes, os biólogos acreditam que o último ancestral universal de toda a vida presente na Terra viveu cerca de 3,5 bilhões de anos atrás .

Os cientistas especularam sobre a possibilidade de criar vida não reprodutiva em laboratório. Vários cientistas conseguiram produzir vírus simples a partir de materiais inteiramente não vivos. No entanto, os vírus costumam ser considerados não vivos. Sendo nada mais do que um pedaço de RNA ou DNA em uma cápsula de proteína, eles não têm metabolismo e só podem se replicar com a ajuda da maquinaria metabólica de uma célula sequestrada .

A produção de um organismo verdadeiramente vivo (por exemplo, uma bactéria simples) sem ancestrais seria uma tarefa muito mais complexa, mas pode muito bem ser possível em algum grau, de acordo com o conhecimento biológico atual. Um genoma sintético foi transferido para uma bactéria existente, onde substituiu o DNA nativo, resultando na produção artificial de um novo organismo M. mycoides .

Há algum debate dentro da comunidade científica sobre se esta célula pode ser considerada completamente sintética com base no fato de que o genoma sintetizado quimicamente era uma cópia quase 1: 1 de um genoma de ocorrência natural e a célula receptora era uma bactéria de ocorrência natural. O Craig Venter Institute mantém o termo "célula bacteriana sintética", mas também esclarece "... nós não consideramos isso como" criando vida do zero ", mas sim criando uma nova vida a partir de uma vida já existente usando DNA sintético". Venter planeja patentear suas células experimentais, afirmando que "elas são claramente invenções humanas". Seus criadores sugerem que construir "vida sintética" permitiria aos pesquisadores aprender sobre a vida construindo-a, em vez de destruí-la. Eles também propõem esticar os limites entre a vida e as máquinas até que as duas se sobreponham para produzir "organismos verdadeiramente programáveis". Os pesquisadores envolvidos afirmaram que a criação da "verdadeira vida bioquímica sintética" é relativamente próxima com a tecnologia atual e barata em comparação com o esforço necessário para colocar o homem na Lua.

Princípio de loteria

A reprodução sexual tem muitas desvantagens, uma vez que requer muito mais energia do que a reprodução assexuada e desvia os organismos de outras atividades, e há alguns argumentos sobre por que tantas espécies a usam. George C. Williams usou bilhetes de loteria como analogia em uma explicação para o uso generalizado da reprodução sexual. Ele argumentou que a reprodução assexuada, que produz pouca ou nenhuma variedade genética na prole, era como comprar muitos ingressos que têm o mesmo número, limitando a chance de "ganhar" - isto é, produzir descendentes sobreviventes. A reprodução sexual, argumentou ele, era como comprar menos ingressos, mas com uma variedade maior de números e, portanto, com maior chance de sucesso. O ponto dessa analogia é que, uma vez que a reprodução assexuada não produz variações genéticas, há pouca capacidade de se adaptar rapidamente a um ambiente em mudança. O princípio da loteria é menos aceito atualmente devido às evidências de que a reprodução assexuada é mais prevalente em ambientes instáveis, ao contrário do que prevê.

Veja também

Notas

Referências

  • Tobler, M. & Schlupp, I. (2005) Parasites in sexual and asexual mollies (Poecilia, Poeciliidae, Teleostei): a case for the Red Queen? Biol. Lett. 1 (2): 166–168.
  • Zimmer, Carl . Parasite Rex: Inside the Bizarre World of Nature's Most Dangerous Creatures , New York: Touchstone, 2001.
  • "Alogamia, fertilização cruzada, polinização cruzada, hibridização". GardenWeb Glossary of Botanical Terms (2.1 ed.). 2002
  • "Alogamia". Dicionário Médico Online de Stedman (27 ed.). 2004.

Leitura adicional

links externos