Reprodução

Reprodução (ou procriação ou reprodução) é o processo biológico pelo qual novos organismos individuais – "descendentes" – são produzidos a partir de seus "pais" ou pais. A reprodução é uma característica fundamental de toda vida conhecida; 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. Pela reprodução assexuada, um organismo cria uma cópia geneticamente semelhante ou idêntica de si mesmo. A evolução da reprodução sexuada é um grande enigma para os biólogos. O custo duplo da reprodução sexuada é que apenas 50% dos organismos se reproduzem e os organismos apenas transmitem 50% dos seus genes.

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

Assexuado

A reprodução assexuada é um processo pelo qual 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 muitas vezes 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 reproduza inteiramente por meios assexuados.

Algumas espécies que são capazes de se reproduzir assexuadamente, como hidras, leveduras (ver Acasalamento de leveduras) e águas-vivas, também podem se reproduzir sexualmente. Por exemplo, a maioria das plantas é capaz de reprodução vegetativa - reprodução sem sementes ou esporos - mas também pode reproduzir-se 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 envolvem apenas mitose. Partenogênese é o crescimento e desenvolvimento de embriões ou sementes sem fertilização. 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, alguns peixes e, muito raramente, aves domésticas).

Sexuais

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 chamados de masculino (produtor de espermatozoides ou micrósporos) e feminino (produtor de óvulos ou megásporos). Em espécies isogâmicas, os gametas são semelhantes ou idênticos em forma (isogametas), mas podem ter propriedades separáveis e então podem receber outros nomes diferentes (ver isogamia). Como ambos os gametas são parecidos, geralmente não podem ser classificados como masculinos ou femininos. Por exemplo, na alga verde, Chlamydomonas reinhardtii, existem os chamados "plus" e "menos" gametas. Alguns tipos de organismos, como muitos fungos e o ciliado Paramecium aurelia, têm mais de dois "sexos", chamados tipos de acasalamento. A maioria dos animais (incluindo humanos) e plantas se reproduz sexualmente. 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, os descendentes têm uma combinação dos pais' genes. Acredita-se que "o mascaramento de alelos deletérios favorece a evolução de uma fase diplóide dominante em organismos que alternam entre fases haplóides e diplóides" 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 sexuada apesar do estágio haplóide não se beneficiar da heterose. Isto pode ser uma indicação de que a reprodução sexuada apresenta outras vantagens além da heterose, como a recombinação genética entre membros da espécie, permitindo a expressão de uma gama mais ampla de características e tornando a população mais capaz de sobreviver à variação ambiental.

Alogamia

Alogamia é a fertilização de flores por meio de polinização cruzada, que ocorre quando o óvulo de uma flor é fertilizado por espermatozóides do pólen de uma flor de uma planta diferente. O pólen pode ser transferido através de vetores de pólen ou transportadores abióticos, como o vento. A fertilização começa quando o pólen é levado ao gameta feminino através do tubo polínico. A alogamia também é conhecida como fertilização cruzada, em contraste com a autogamia ou geitonogamia, que são métodos de autofecundação.

Autogamia

A autofecundação, 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 substitui a 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 flores ou dentro de uma única planta gimnosperma monóica.

Mitose e meiose

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

Mitosis The resulting number of cells in mitosis is twice the number of original cells. The number of chromosomes in the offspring cells is the same as that of the parent cell.

Meiose O número resultante de células 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 e depois sofre duas divisões (de tetraplóide a diplóide e a haplóide), formando no processo quatro células haplóides. Este processo ocorre em duas fases, meiose I e meiose II.

Mesmo sexo

A investigação científica está actualmente a investigar a possibilidade de procriação entre pessoas do mesmo sexo, que produziria descendentes com contribuições genéticas iguais de duas fêmeas ou de dois machos. As abordagens óbvias, sujeitas a uma quantidade crescente de atividade, são os espermatozoides femininos e os óvulos masculinos. Em 2004, ao alterar a função de alguns genes envolvidos no imprinting, outros cientistas japoneses combinaram dois óvulos de camundongos para produzir camundongos filhas e em 2018, cientistas chineses criaram 29 camundongos fêmeas de duas mães de camundongos fêmeas, mas não conseguiram produzir descendentes viáveis de dois pais. ratos. As pesquisas observaram que há poucas chances de que essas técnicas sejam aplicadas a humanos em um futuro próximo.

Estratégias

Existe uma ampla gama de estratégias reprodutivas empregadas por diferentes espécies. Alguns animais, como o humano e o ganso-patola, não atingem a maturidade sexual 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 de 10 a 30 filhotes por ano, e uma mosca da fruta (madura após 10 a 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 à criação e proteção de cada descendente individual, reduzindo assim a necessidade de muitos descendentes. Por outro lado, os animais com muitos descendentes podem dedicar menos recursos a cada descendente individual; para esses tipos de animais, é comum que muitos descendentes morram logo após o nascimento, mas normalmente sobrevivem indivíduos suficientes para manter a população. Alguns organismos, como as abelhas melíferas e as moscas da fruta, retêm espermatozóides num processo denominado armazenamento de esperma, aumentando assim a duração da sua fertilidade.

Outros tipos

• Animais policíclicos reproduzir-se intermitentemente ao longo de suas vidas.
• Organismos semelparos reproduzir apenas uma vez em sua vida, como plantas anuais (incluindo todas as culturas de grãos), e certas espécies de salmão, aranha, bambu e planta do século. Muitas vezes, eles morrem logo após a reprodução. Isso é frequentemente associado com r-strategistas.
• Organismos Iteroparos produzir prole em sucessivos (por exemplo, ciclos anuais ou sazonais), tais como plantas perenes. Animais heteroparos sobrevivem ao longo de várias estações (ou alterações de condição periódicas). Isso é mais associado aos K-strategistas.

Reprodução assexuada vs. sexual

Os organismos que se reproduzem através da reprodução assexuada tendem a crescer exponencialmente em número. No entanto, como dependem da mutação para variações no seu ADN, todos os membros da espécie têm vulnerabilidades semelhantes. Organismos que se reproduzem sexualmente produzem um número menor de descendentes, mas a grande 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 factores ambientais são favoráveis, a reprodução assexuada é utilizada para explorar condições adequadas de sobrevivência, tais como um abastecimento alimentar abundante, abrigo adequado, clima favorável, doenças, pH óptimo ou uma combinação adequada de outros requisitos de estilo de vida. As populações destes organismos aumentam exponencialmente através de estratégias reprodutivas assexuadas para aproveitar ao máximo os ricos recursos de abastecimento.

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, estes organismos mudam para formas sexuadas de reprodução. A reprodução sexual garante uma mistura do pool genético da espécie. As variações encontradas na prole da reprodução sexuada permitem que alguns indivíduos sejam mais adequados para a sobrevivência e fornecem um mecanismo para que ocorra uma adaptação seletiva. A fase meiose do ciclo sexual também permite uma reparação especialmente eficaz dos danos no ADN (ver Meiose). Além disso, a reprodução sexuada geralmente resulta na formação de um estágio de vida capaz de suportar as condições que ameaçam a prole de um progenitor assexuado. Assim, sementes, esporos, ovos, pupas, cistos ou outros "durante o inverno" estágios da reprodução sexuada garantem a sobrevivência em tempos 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. Quer tenham ocorrido ou não vários eventos abiogenéticos independentes, os biólogos acreditam que o último ancestral universal de toda a vida atual na Terra viveu há cerca de 3,5 mil milhões de anos.

Os cientistas têm especulado sobre a possibilidade de criar vida de forma não reprodutiva em laboratório. Vários cientistas conseguiram produzir vírus simples a partir de materiais inteiramente inanimados. No entanto, os vírus são frequentemente considerados como 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 simples bactéria) sem ancestrais seria uma tarefa muito mais complexa, mas pode muito bem ser possível até certo ponto, 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 M. micoides organismo.

Há algum debate na 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 esclarecem "...não consideramos isso como "criar vida do zero" mas estamos criando uma nova vida a partir de vidas já existentes usando DNA sintético". Venter planeja patentear suas células experimentais, afirmando que “elas são claramente invenções humanas”. Seus idealizadores sugerem que a construção da “vida sintética” seja uma realidade. permitiria aos pesquisadores aprender sobre a vida construindo-a, em vez de destruí-la. Eles também propõem ampliar as fronteiras entre a vida e as máquinas até que ambas se sobreponham para produzir “organismos verdadeiramente programáveis”. Os pesquisadores envolvidos afirmaram que a criação da "verdadeira vida bioquímica sintética" é relativamente acessível com a tecnologia atual e barato em comparação com o esforço necessário para colocar o homem na Lua.

Princípio da 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 utilizam. 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 com o mesmo número, limitando a chance de “ganhar”; – isto é, produzindo descendentes sobreviventes. A reprodução sexual, argumentou ele, era como comprar menos ingressos, mas com uma maior variedade de números e, portanto, com maiores chances de sucesso. O ponto principal desta analogia é que, como a reprodução assexuada não produz variações genéticas, há pouca capacidade de adaptação rápida 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, o oposto do que prevê.