Much of the current research in regenerative medicine concentrates on stem-cell therapy that exploits the regenerative capacities of stem cells when injected into different types of human tissues. Although new therapeutic paths have been opened up by induced pluripotent cells and human mesenchymal cells, the rate of success is still low and mainly due to the difficulties of managing cell proliferation and differentiation, giving rise to non-controlled stem cell differentiation that ultimately leads to cancer. Despite (...) being still far from becoming a reality, these studies highlight the role of physical and biological constraints (e.g., cues and morphogenetic fields) placed by tissue microenvironment on stem cell fate. This asks for a clarification of the coupling of stem cells and microenvironmental factors in regenerative medicine. We argue that extracellular matrix and stem cells have a causal reciprocal and asymmetric relationship in that the 3D organization and composition of the extracellular matrix establish a spatial, temporal, and mechanical control over the fate of stem cells, which enable them to interact and control (as well as be controlled by) the cellular components and soluble factors of microenvironment. Such an account clarifies the notions of stemness and stem cell regeneration consistently with that of microenvironment. (shrink)

Synthetic biology is often seen as the engineering turn in biology. Philosophically speaking, entities created by synthetic biology, from synthetic cells to xenobots, challenge the ontological divide between the organic and inorganic, as well as between the natural and the artificial. Entities such as synthetic cells can be seen as hybrid or transitory objects, or neo–things. However, what has remained philosophically underexplored so far is the impact these hybrid neo–things will have on (our phenomenological experience of) the living world. By (...) extrapolating from Walter Benjamin’s account of how technological reproducibility affects the aura of art, we embark upon an exploratory inquiry that seeks to fathom how the technological reproducibility of life itself may influence our experience and understanding of the living. We conclude that, much as technologies that enabled reproduction corroded the aura of original artworks (as Benjamin argued), so too will the aura of life be under siege in the era of synthetic lifeforms. This article zooms in on a specific case study, namely the research project Building a Synthetic Cell (BaSyC) and its mission to create a synthetic cell–like entity, as autonomous as possible, focusing on the properties that differentiate organic from synthetic cells. (shrink)

• Aggregates of previously isolated cells of Hydra are capable, under suitable solvant conditions, of regeneration forming complete animals. In a first stage, ecto- and endodermal cells sort out, producing the bilayered hollow structure characteristic of Hydra tissue; thereafter, heads are formed (even if the original cell preparation contained no head cells), eventually leading to the separation of normal animals with head, body column and foot. Hydra appears to be the highest type of organism that allows for regeneration of (...) the entire structure from random cell aggregates. The system is particularly useful for studying cell interactions, tissue polarity, pattern formation, and cell differentiation. (shrink)

Mechanistic explanations are often said to explain because they reveal the causal structure of the world. Conversely, dynamical models supposedly lack explanatory power because they do not describe causal structure. The only way for dynamical models to produce causal explanations is via the 3M criterion: the model must be mapped onto a mechanism. This framing of the situation has become the received view around the viability of dynamical explanation. In this paper, I argue against this position and show that dynamical (...) models can themselves reveal causal structure and consequently produce nonmechanistic, dynamical explanations. Taking the example of cell fates from systems biology, I show how dynamical models, and specifically the attractor landscapes they describe, identify the causes of cell differentiation and explain why cells select particular fates. These dynamical features of the system better fit Woodward’s (2010, 2018) criteria of specificity and proportionality and make them the best candidate causes of cell fates than mechanisms. I also show how these causes are irreducible and inaccessible to mechanistic models, making 3M unworkable and counterproductive in this case. Dynamical models can reveal dynamical causes and thereby provide causal explanations. (shrink)

Saturated free fatty acids-induced hepatocyte lipoapoptosis plays a pivotal role in non-alcoholic steatohepatitis. Theactivation of endoplasmic reticulum (ER) stress isinvolved in hepatocyte lipoapoptosis induced by thesaturated free fatty acidpalmitate (PA). However, the underlying mechanismsof the role of ER stress in hepatocyte lipoapoptosis remain largely unclear.In this study, we showed that PA and tunicamycin (Tun), a classic ER stress inducer, resulted in differential activation of ERstress pathways. Our data revealed that PA inducedchronic and persistent ER stress response, but Tuninduced acute and (...) transientER stress response. Compared with Tun treatment, PAinduced much lower glucose-regulated protein 78 (GRP78), a centralregulator of ER homeostasis, accumulation. It is noteworthy that GRP78 over-expression not only inhibited PA-induced ERstress but also decreased PA-induced apoptosis. Taken together, our data suggest that the differentialactivation of ER stresssignal plays an important role in PA-induced hepatocyte lipoapoptosis. More detailed studies on the mechanisms of PA inrepressing the accumulation of GRP78 will contribute to the understanding of molecular mechanisms of lipoapoptosis. (shrink)

Saturated free fatty acids-induced hepatocyte lipoapoptosis plays a pivotal role in non-alcoholic steatohepatitis. Theactivation of endoplasmic reticulum (ER) stress isinvolved in hepatocyte lipoapoptosis induced by thesaturated free fatty acidpalmitate (PA). However, the underlying mechanismsof the role of ER stress in hepatocyte lipoapoptosis remain largely unclear.In this study, we showed that PA and tunicamycin (Tun), a classic ER stress inducer, resulted in differential activation of ERstress pathways. Our data revealed that PA inducedchronic and persistent ER stress response, but Tuninduced acute and (...) transientER stress response. (shrink)

Recent breakthroughs in stem cell differentiation and reprogramming suggest that functional human gametes could soon be created in vitro. While the ethical debate on the uses of in vitro generated gametes (IVG) was originally constrained by the fact that they could be derived only from embryonic stem cell lines, the advent of somatic cell reprogramming, with the possibility to easily derive human induced pluripotent stem cells from any individual, affords now a major leap in the feasibility (...) of IVG derivation and in the scope of their potential applications. In this paper we develop an ethical framework, rooted in recent scientific evidence, to support a robust experimental pipeline that could enable the first-in-human use of IVG. We then apply this framework to the following objectives: (1) a clarification of the genetic parenting options afforded by IVG, along with their ethical underpinnings; (2) a defence of the use of IVG to remedy infertility, broadening their scope to same-sex couples; (3) an assessment of the most far-reaching implications of IVG for multiplex parenting. These include, first, the liberation of parenting roles from the constraints of biological generations in vivo, allowing multiple individuals to engage in genetic parenting together, thus blurring the distinction between biological and social generations. Second, we discuss the conflation of IVG with sequencing technology and its implications for the possibility that prospective parents may choose among a hitherto unprecedented number of potential children. In view of these perspectives, we argue that, contrary to the exhausted paradigm according to which society lags behind science, IVG may represent instead a salient and most visible instance where biotechnological ingenuity could be used in pursuit of social experimentation. (shrink)

The aim of this paper is to provide a theoretical framework to understand how multicellular systems realize functionally integrated physiological entities by organizing their intercellular space. From a perspective centered on physiology and integration, biological systems are often characterized as organized in such a way that they realize metabolic self-production and self-maintenance. The existence and activity of their components rely on the network they realize and on the continuous management of the exchange of matter and energy with their environment. One (...) of the virtues of the organismic approach focused on organization is that it can provide an understanding of how biological systems are functionally integrated into coherent wholes. Organismic frameworks have been primarily developed by focusing on unicellular life. Multicellularity, however, presents additional challenges to our understanding of biological systems, related to how cells are capable to live together in higher-order entities, in such a way that some of their features and behaviors are constrained and controlled by the system they realize. Whereas most accounts of multicellularity focus on cell differentiation and increase in size as the main elements to understand biological systems at this level of organization, we argue that these factors are insufficient to provide an understanding of how cells are physically and functionally integrated in a coherent system. In this paper, we provide a new theoretical framework to understand multicellularity, capable to overcome these issues. Our thesis is that one of the fundamental theoretical principles to understand multicellularity, which is missing or underdeveloped in current accounts, is the functional organization of the intercellular space. In our view, the capability to be organized in space plays a central role in this context, as it enables (and allows to exploit all the implications of) cell differentiation and increase in size, and even specialized functions such as immunity. We argue that the extracellular matrix plays a crucial active role in this respect, as an evolutionary ancient and specific (non-cellular) control subsystem that contributes as a key actor to the functional specification of the multicellular space and to modulate cell fate and behavior. We also analyze how multicellular systems exert control upon internal movement and communication. Finally, we show how the organization of space is involved in some of the failures of multicellular organization, such as aging and cancer. (shrink)

The fields of quantum biology and physics are now starting to unite to solve the mysteries associated with the field of evolutionary biology. One such question is the origination and propagation of consciousness which has always been ambiguous and in order to understand this concept, many theories have been proposed by several philosophers and scientists. This review paper agrees with the idea, that evolution is not a random process but hypothesizes, that its succession was managed by the expanding level of (...) consciousness due to cell division and cell differentiation. Several theories propose that the cytoskeleton and its proteins are promoters for consciousness in the brain, which propagates by means of super-conductance. A better correlation of cytoskeletal evolution and consciousness could help solve the enigma of the origination, propagation and existence of consciousness. This review is a compilation of theories, evidences and scientific studies which intends to bring an association between propagation of consciousness and the evolution of the cytoskeleton and its proteins. (shrink)

In this paper, we present a case of a boy – Noah Wall, who till today surprises the world of neuroscience with his will to grow his brain and survive. The case presented in this study sets a stepping stone in understanding the advent of the will to make a choice, from a neuro-quantum mechanics interpretation. We propose that besides our internal states of choices (neurogenesis, neuroplasticity, cell differentiation, etc.) we also relate with external states of choices (love, (...) compassion, empathy, emotions, etc.) that contributes to its emergence. Quantum uncertainty seems to support the existence of a fundamental property based on which the universe functions; which means that even the nothing of free space has a small chance of containing something. Outcomes are not determined by prior or random events but by consciousness that gives rise to these outcomes. This provides us a lead into understanding the existence of the will and the origin of choice when we look deeper into the realms of the implausible interpretations of quantum mechanics. Free will is the ability for the mind to choose between possible outcomes. Willful power is therefore not only a psychological intervention but also a biological and quantum intervention, where we have the capacity to make choices about what direction we will take, making a change to the systematic functioning of our body. (shrink)

Temporal Changes in Ovarian Gonadotropin-Releasing Hormone mRNA Levels by Gonadotropins in the Rat Sung Ho Lee, Eun-Seob Song, Sun Kyeong Yu, Changmee Kim, Dae Kee Lee, Wan Sung Choi l and Kyungjin Kim* Department of Molecular Biofogy and SRC for Cell Differentiation, Seoul National University, Seoul 150-742, Korea; IDepartment of Anatomy, College of Medicine, Gyeongsanf; National University, Chinju 660-280, Korea (Recei·. cd on December 29, 1993) The present study examines whether gonadotropins are involved in the regulation of ovarian (...) GnRH gene expression and how ovarian GnRH gene expression temporalJy correlates with alterations in hypothalamic GnRH, pituitary LH~ gene expression in respons to gonadotropins. Hypothalamic and ovarian GnRH mRNA and pituitary LH~ mRNA levels were determined by respective RNA-blot hybridizations, and ovarian GnRH and estradiol contents and serum LH levels were measured by respective radioimmunoassays. Three animal models such as 1) PMSG-treated, 2) PMSG and heG-treated immature rats and 3) proestrous stage of adult rats were used. Immature rats (25-days old) were administered with PMSG (10 iu) at 10:00 hand 48 h later with heG (10 iu) to induce ovulation. In the PMSG-injected model, hypothalamic GnRH mRNA levels were markedly augmented about 9-fold at 50 h, and pituitary LH mRNA 3-fold at 52 h after PMSG administration. Serum LH levels were increased to the preovulatory surge levels at 56 h, and ovarian GnRH mRNA levels were augmented 4-fold at 60 h after PMSG injection. Administration of heG also induced a marked enhancement in ovarian GnRH mRNA levels in comparison to the values shown in both intact and PMSGtreated rats at 52 hand 54 h, respectively. In the proestrous stage of normal adult rats, pituitary LH~ mRNA levels were peaked at 16:00 h. The preovulatory LH surge was evident at 4 h before increment in ovarian GnRH mRNA levels as shown in PMSG-treated rats. The present study clearly showed the sequential increase in hypothalamic GnRH mRNA, pituitary LH~ mRNA and ovarian GnRH mRNA levels, indicating that ovarian GnRH may play a possible role in the control of follicular maturation and the ovulation process. (shrink)

In this paper I explore consciousness and intelligence in the setting of conventional neuroscience and cognitive science. To be conscious is to be aware but awareness is not always intelligence. Intelligence is task driven, and comes at a later stage in development than consciousness. Consciousness and intelligence are sometimes interdependent on each other, but have always been known as separate entities; an attempt to associate them, results in a lot of debate. This paper hypothesises the growth of consciousness to be (...) horizontal, while the growth of intelligence to be vertical during the progression of development. The horizontal growth of consciousness is completely dependent on cell division and cell differentiation, while the vertical growth of intelligence depends on the horizontal growth of consciousness and enhancement of neural systems. Consciousness is computed within the microtubular network of a single cell, which amplifies with multicellularity, while intelligence is related to the nervous system which matures with complexity. (shrink)

Shuford, Albert and Massengill proved, a half century ago, that the logarithmic scoring rule is the only proper measure of inaccuracy determined by a differentiable function of probability assigned the actual cell of a scored partition. In spite of this, the log rule has gained less traction in applied disciplines and among formal epistemologists that one might expect. In this paper we show that the differentiability criterion in the Shuford et. al. result is unnecessary and use the resulting simplified (...) characterization of the logarithmic rule to give novel arguments in favor of it. (shrink)

Bettina Schöne-Seifert and Marco Stier present a host of detailed and intriguing arguments to the effect that potentiality arguments have to be viewed as outdated due to developments in stem cell research, in particular the possibility of re-setting the development potential of differentiated cells, such as skin cells. However, their argument leaves them without an explanation of the intuitive difference between skin cells and human beings, which seems to be based on the assumption that a skin cell is (...) merely part of a human organism, while an embryo is at some point a human organism. An appropriately designed concept of the human organism can explain the difference, but also has the potential of re-dividing the argumentative landscape along familiar lines. (shrink)

continent. 1.1 : 3-13. / 0/ – Introduction I want to propose, as a trajectory into the philosophically weird, an absurd theoretical claim and pursue it, or perhaps more accurately, construct it as I point to it, collecting the ground work behind me like the Perpetual Train from China Mieville's Iron Council which puts down track as it moves reclaiming it along the way. The strange trajectory is the following: Kant's critical philosophy and much of continental philosophy which has followed, (...) has been a defense against horror and madness. Kant's prohibition on speculative metaphysics such as dogmatic metaphysics and transcendental realism, on thinking beyond the imposition of transcendental and moral constraints, has been challenged by numerous figures proceeding him. One of the more interesting critiques of Kant comes from the mad black Deleuzianism of Nick Land stating, “Kant’s critical philosophy is the most elaborate fit of panic in the history of the Earth.” And while Alain Badiou would certainly be opposed to the libidinal investments of Land's Deleuzo-Guattarian thought, he is likewise critical of Kant's normative thought-bureaucracies: Kant is the one author for whom I cannot feel any kinship. Everything in him exasperates me, above all his legalism—always asking Quid Juris? Or ‘Haven’t you crossed the limit?’—combined, as in today’s United States, with a religiosity that is all the more dismal in that it is both omnipresent and vague. The critical machinery he set up has enduringly poisoned philosophy, while giving great succour to the academy, which loves nothing more than to rap the knuckles of the overambitious [….] That is how I understand the truth of Monique David-Menard’s reflections on the properly psychotic origins of Kantianism. I am persuaded that the whole of the critical enterprise is set up to to shield against the tempting symptom represented by the seer Swedenborg, or against ‘diseases of the head’, as Kant puts it. An entire nexus of the limits of reason and philosophy are set up here, namely that the critical philosophy not only defends thought from madness, philosophy from madness, and philosophy from itself, but that philosophy following the advent of the critical enterprise philosophy becomes auto-vampiric; feeding on itself to support the academy. Following Francois Laruelle's non-philosophical indictment of philosophy, we could go one step further and say that philosophy operates on the material of what is philosophizable and not the material of the external world. [1] Beyond this, the Kantian scheme of nestling human thinking between our limited empirical powers and transcendental guarantees of categorical coherence, forms of thinking which stretch beyond either appear illegitimate, thereby liquefying both pre-critical metaphysics and the ravings of the mad in the same critical acid. In rejecting the Kantian apparatus we are left with two entities – an unsure relation of thought to reality where thought is susceptible to internal and external breakdown and a reality with an uncertain sense of stability. These two strands will be pursued, against the sane-seal of post-Kantian philosophy by engaging the work of weird fiction authors H.P. Lovecraft and Thomas Ligotti. The absolute inhumanism of the formers universe will be used to describe a Shoggothic Materialism while the dream worlds of the latter will articulate the mad speculation of a Ventriloquil Idealism. But first we must address the relation of philosophy to madness as well as philosophy to weird fiction. /1/ – Philosophy and Madness There is nothing that the madness of men invents which is not either nature made manifest or nature restored. Michel Foucault. Madness and Civilization. The moment I doubt whether an event that I recall actually took place, I bring the suspicion of madness upon myself: unless I am uncertain as to whether it was not a mere dream. Arthur Schopenhauer. The World as Will and Idea, Vol. 3. Madness is commonly thought of as moving through several well known cultural-historical shifts from madness as a demonic or otherwise theological force, to rationalization, to medicalization psychiatric and otherwise. Foucault's Madness and Civilization is well known for orientating madness as a form of exclusionary social control which operated by demarcating madness from reason. Yet Foucault points to the possibility of madness as the necessity of nature at least prior to the crushing weight of the church. Kant’s philosophy as a response to madness is grounded by his humanizing of madness itself. As Adrian Johnston points out in the early pages of Time Driven pre-Kantian madness meant humans were seized by demonic or angelic forces whereas Kantian madness became one of being too human. Madness becomes internalized, the external demonic forces become flaws of the individual mind. Foucault argues that, while madness is de-demonized it is also dehumanized during the Renaissance, as madmen become creatures neither diabolic nor totally human reduced to the zero degree of humanity. It is immediately clear why for Kant, speculative metaphysics must be curbed – with the problem of internal madness and without the external safeguards of transcendental conditions, there is nothing to formally separate the speculative capacities for metaphysical diagnosis from the mad ramblings of the insane mind – both equally fall outside the realm of practicality and quotidian experience. David-Menard's work is particularly useful in diagnosing the relation of thought and madness in Kant's texts. David-Menard argues that in Kant's relatively unknown “An Essay on the Maladies of the Mind” as well as his later discussion of the Seer of Swedenborg, that Kant formulates madness primarily in terms of sensory upheaval or other hallucinatory theaters. She writes: “madness is an organization of thought. It is made possible by the ambiguity of the normal relation between the imaginary and the perceived, whether this pertains to the order of sensation or to the relations between our ideas” Kant's fascination with the Seer forces Kant between the pincers of “aesthetic reconciliation” – namely melancholic withdrawal – and “a philosophical invention” – namely the critical project. Deleuze and Guattari's schizoanalysis is a combination and reversal of Kant's split, where an aesthetic over engagement with the world entails prolific conceptual invention. Their embrace of madness, however, is of course itself conceptual despite all their rhizomatic maneuvers. Though they move with the energy of madness, Deleuze and Guattari save the capacity of thought from the fangs of insanity by imbuing materiality itself with the capacity for thought. Or, as Ray Brassier puts it, “Deleuze insists, it is necessary to absolutize the immanence of this world in such a way as to dissolve the transcendent disjunction between things as we know them and as they are in themselves”. That is, whereas Kant relied on the faculty of judgment to divide representation from objectivity Deleuze attempts to flatten the whole economy beneath the juggernaut of ontological univocity. Speculation, as a particularly useful form of madness, might fall close to Deleuze and Guattari’s shaping of philosophy into a concept producing machine but is different in that it is potentially self destructive – less reliant on the stability of its own concepts and more adherent to exposing a particular horrifying swath of reality. Speculative madness is always a potential disaster in that it acknowledges little more than its own speculative power with the hope that the gibbering of at least a handful of hysterical brains will be useful. Pre-critical metaphysics amounts to madness, though this may be because the world itself is mad while new attempts at speculative metaphysics, at post-Kantian pre-critical metaphysics, are well aware of our own madness. Without the sobriety of the principle of sufficient reason we have a world of neon madness: “we would have to conceive what our life would be if all the movements of the earth, all the noises of the earth, all the smells, the tastes, all the light – of the earth and elsewhere, came to us in a moment, in an instant – like an atrocious screaming tumult of things”. Speculative thought may be participatory in the screaming tumult of the world or, worse yet, may produce its spectral double. Against theology or reason or simply commonsense, the speculative becomes heretical. Speculation, as the cognitive extension of the horrorific sublime should be met with melancholic detachment. Whereas Kant's theoretical invention, or productivity of thought, is self -sabotaging, since the advent of the critical project is a productivity of thought which then delimits the engine of thought at large either in dogmatic gestures or non-systematizable empirical wondrousness. The former is celebrated by the fiction of Thomas Ligotti whereas the latter is espoused by the tales of H.P. Lovecraft. /2/ – Weird Fiction and Philosophy. Supernatural horror, in all its eerie constructions, enables a reader to taste treats inconsistent with his personal welfare. Thomas Ligotti Songs of a Dead Dreamer. I choose weird stories because they suit my inclination best—one of my strongest and most persistent wishes being to achieve,momentarily, the illusion of some strange suspension or violation of the galling limitations of time, space, and natural law which forever imprison us and frustrate our curiosity about the infinite cosmic spaces beyond the radius of our sight and analysis H.P. Lovecraft. “Notes on Writing Weird Fiction” Lovecraft states that his creation of a story is to suspend natural law yet, at the same time, he indexes the tenuousness of such laws, suggesting the vast possibilities of the cosmic. The tension that Lovecraft sets up between his own fictions and the universe or nature is reproduced within his fictions in the common theme of the unreliable narrator; unreliable precisely because they are either mad or what they have witnessed questions the bounds of material reality. In “The Call of Cthulhu” Lovecraft writes: The most merciful thing in the world, I think, is the inability of the human mind to correlate all its contents. We live on a placid island of ignorance in the midst of black seas of infinity, and it was not meant that we should voyage far. The sciences, each straining in its own direction, have hitherto harmed us little; but some day the piecing together of dissociated knowledge will open up such terrifying vistas of reality, and of our frightful position therein, that we shall either go mad from the revelation or flee from the deadly light into the peace and safety of a new dark age. Despite Lovecraft's invocations of illusion, he is not claiming that his fantastic creations such as the Old Ones are supernatural but, following Joshi, are only ever supernormal. One can immediately see that instead of nullifying realism Lovecraft in fact opens up the real to an unbearable degree. In various letters and non-fictional statements Lovecraft espoused strictly materialist tenets, ones which he borrowed from Hugh Elliot namely the uniformity of law, the denial of teleology and the denial of non-material existence. Lovecraft seeks to explore the possibilities of such a universe by piling horror upon horror until the fragile brain which attempts to grasp it fractures. This may be why philosophy has largely ignored weird fiction – while Deleuze and Guattari mark the turn towards weird fiction and Lovecraft in particular, with the precursors to speculative realism as well as contemporary related thinkers have begun to view Lovecraft as making philosophical contributions. Lovecraft's own relation to philosophy is largely critical while celebrating Nietzsche and Schopenhauer. This relationship of Lovecraft to philosophy and philosophy to Lovecraft is coupled with Lovecraft's habit of mercilessly destroying the philosopher and the figure of the academic more generally in his work, a destruction which is both an epistemological destruction and an ontological destruction. Thomas Ligotti's weird fiction which he has designated as a kind of “confrontational escapism” might be best described in the following quote from one of his shortstories, “The human phenomenon is but the sum of densely coiled layers of illusion each of which winds itself on the supreme insanity. That there are persons of any kind when all there can be is mindless mirrors laughing and screaming as they parade about in an endless dream”. Whereas Lovecraft's weirdness draws predominantly from the abyssal depths of the uncharted universe, Ligotti's existential horror focuses on the awful proliferation of meaningless surfaces that is, the banal and every day function of representation. In an interview, Ligotti states: We don't even know what the world is like except through our sense organs, which are provably inadequate. It's no less the case with our brains. Our whole lives are motored along by forces we cannot know and perceptions that are faulty. We sometimes hear people say that they're not feeling themselves. Well, who or what do they feel like then? This is not to say that Ligotti sees nothing beneath the surface but that there is only darkness or blackness behind it, whether that surface is on the cosmological level or the personal. By addressing the implicit and explicit philosophical issues in Ligotti's work we will see that his nightmarish take on reality is a form of malevolent idealism, an idealism which is grounded in a real, albeit dark and obscure materiality. If Ligotti's horrors ultimately circle around mad perceptions which degrade the subject, it takes aim at the vast majority of the focus of continental philosophy. While Lovecraft's acidic materialism clearly assaults any romantic concept of being from the outside, Ligotti attacks consciousness from the inside: Just a little doubt slipped into the mind, a little trickle of suspicion in the bloodstream, and all those eyes of ours, one by one, open up to the world and see its horror [...] Not even the solar brilliance of a summer day will harbor you from horror. For horror eats the light and digests it into darkness. Clearly, the weird fiction of Lovecraft and Ligotti amount to a anti-anthrocentric onslaught against the ramparts of correlationist continental philosophy. /3/ – Shoggothic Materialism or the Formless Formless protoplasm able to mock and reflect all forms and organs and processes—viscous agglutinations of bubbling cells—rubbery fifteen-foot spheroids infinitely plastic and ductile—slaves of suggestion, builders of cities—more and more sullen, more and more intelligent, more and more amphibious, more and more imitative—Great God! What madness made even those blasphemous Old Ones willing to use and to carve such things? H.P. Lovecraft. “At the Mountains of Madness” On the other hand, affirming that the universe resembles nothing and is only formless amounts to saying that the universe is something like a spider or spit. Georges Bataille. “Formless”. The Shoggoths feature most prominently in H.P. Lovecraft's shortstory “At the Mountains of Madness” where they are described in the following manner: It was a terrible, indescribable thing vaster than any subway train – a shapeless congeries of protoplasmic bubbles, faintly self -luminous, and with myriads of temporary eyes forming and un-forming as pustules of greenish light all over the tunnel-filling front that bore down upon us, crushing the frantic penguins and slithering over the glistening floor that it and its kind had swept so evilly free of all litter. The term is a litmus test for materialism itself as the Shoggoth is an amorphous creature. The Shoggoths were living digging machines bio engineered by the Elder Things, and their protoplasmic bodies being formed into various tools by their hypnotic powers. The Shoggoths eventually became self aware and rose up against their masters in an ultimately failed rebellion. After the Elder Ones retreated into the oceans leaving the Shoggoths to roam the frozen wastes of the Antarctic. The onto-genesis of the Shoggoths and their gross materiality, index the horrifyingly deep time of the earth a concept near and dear to Lovecraft's formulation of horror as well as the fear of intelligences far beyond, and far before, the ascent of humankind on earth and elsewhere. The sickly amorphous nature of the Shoggoths invade materialism at large, where while materiality is unmistakably real ie not discursive, psychological, or otherwise overly subjectivist, it questions the relation of materialism to life. As Eugene Thacker writes: The Shoggoths or Elder Things do not even share the same reality with the human beings who encounter them—and yet this encounter takes place, though in a strange no-place that is neither quite that of the phenomenal world of the human subject or the noumenal world of an external reality. Amorphous yet definitively material beings are a constant in Lovecraft's tales. In his tale “The Dream-Quest of Unknown Kadatth” Lovecraft describes Azathoth as, “that shocking final peril which gibbers unmentionably outside the ordered universe,” that, “last amorphous blight of nethermost confusion which blashphemes and bubbles at the centre of all infinity,” who, “gnaws hungrily in inconceivable, unlighted chambers beyond time”. Azathoth's name may have multiple origins but the most striking is the alchemy term azoth which is both a cohesive agent and a acidic creation pointing back to the generative and the decayed. The indistinction of generation and degradation materially mirrors the blur between the natural and the unnatural as well as life and non-life. Lovecraft speaks of the tension between the natural and the unnatural is his short story “The Unnameable.” He writes, “if the psychic emanations of human creatures be grotesque distortions, what coherent representation could express or portray so gibbous and infamous a nebulousity as the spectre of a malign, chaotic perversion, itself a morbid blasphemy against Nature?”. Lovecraft explores exactly the tension outlined at the beginning of this chapter, between life and thought. At the end of his short tale Lovecraft compounds the problem as the unnameable is described as “a gelatin—a slime—yet it had shapes, a thousand shapes of horror beyond all memory”. Deleuze suggests that becoming-animal is operative throughout Lovecraft's work, where narrators feel themselves reeling at their becoming non-human or of being the anomalous or of becoming atomized. Following Eugene Thacker however, it may be far more accurate to say that Lovecraft's tales exhibit not a becoming-animal but a becoming-creature. Where the monstrous breaks the purportedly fixed laws of nature, the creature is far more ontologically ambiguous. The nameless thing is an altogether different horizon for thought. The creature is either less than animal or more than animal – its becoming is too strange for animal categories and indexes the slow march of thought towards the bizarre. This strangeness is, as aways, some indefinite swirling in the category of immanence and becoming. Bataille begins “The Labyrinth” with the assertion that being, to continue to be, is becoming. More becoming means more being hence the assertion that Bataille's barking dog is more than the sponge. This would mean that the Shoggotth is altogether too much being, too much material in the materialism. Bataille suggests that there is an immanence between the eater and the eaten, across the species and never within them. That is, despite the chaotic storm of immanence there must remain some capacity to distinguish the gradients of becoming without reliance upon, or at least total dependence upon, the powers of intellection to parse the universe into recognizable bits, properly digestible factoids. That is, if we undo Deleuze's aforementioned valorization of sense which, for his variation of materialism, performed the work of the transcendental, but refuse to reinstate Kant's transcendental disjunction between thing and appearance, then it must be a quality of becoming-as-being itself which can account for the discernible nature of things by sense. In an interview with Peter Gratton, Jane Bennett formulates the problem thusly: What is this strange systematicity proper to a world of Becoming? What, for example, initiates this congealing that will undo itself? Is it possible to identify phases within this formativity, plateaus of differentiation? If so, do the phases/plateaus follow a temporal sequence? Or, does the process of formation inside Becoming require us to theorize a non-chronological kind of time? I think that your student’s question: “How can we account for something like iterable structures in an assemblage theory?” is exactly the right question. Philosophy has erred too far on the side of the subject in the subject-object relation and has furthermore, lost the very weirdness of the non-human. Beyond this, the madness of thought need not override. /4/ - Ventriloquial Idealism or the Externality of Thought My aim is the opposite of Lovecraft's. He had an appreciation for natural scenery on earth and wanted to reach beyond the visible in the universe. I have no appreciation for natural scenery and want the objective universe to be a reflection of a character. Thomas Ligotti. “Devotees of Decay and Desolation.” Unless life is a dream, nothing makes sense. For as a reality, it is a rank failure [….] Horror is more real than we are. Thomas Ligotti. “Professor Nobody's Little Lectures on Supernatural Horror”. Thomas Ligotti's tales are rife with mannequins, puppets, and other brainless entities which of replace the valorized subject of philosophy – that of the free thinking human being. His tales such as “The Dream of the Manikin” aim to destroy the rootedness of consciousness. James Trafford has connected the anti-egoism of Ligotti to Thomas Metzinger – where the self is at best an illusion and we plead desperately for someone else to acknowledge that we are real. Trafford has stated it thus, “Life is played out as an inescapable puppet show, an endless dream in which the puppets are generally unaware that they are trapped within a mesmeric dance of whose mechanisms they know nothing and over which they have no control”. An absolute materialism, for Ligotti, implies an alienation of the idea which leads to a ventriloquil idealism. As Ligotti notes in an interview, “the fiasco and nightmare of existence, the particular fiasco and nightmare of human existence, the sense that people are puppets of powers they cannot comprehend, etc.” And then further elaborates that,“[a]ssuming that anything has to exist, my perfect world would be one in which everyone has experienced the annulment of his or her ego. That is, our consciousness of ourselves as unique individuals would entirely disappear”. The externality of the idea leads to the unfortunate consequence of consciousness eating at itself through horror which, for Ligotti, is more real than reality and goes beyond horror-as-affect. Beyond this, taking together with the unreality of life and the ventriloquizing of subjectivity, Ligotti's thought becomes an idealism in which thought itself is alien and ultimately horrifying. The role of human thought and the relation of non-relation of horror to thought is not completely clear in Ligotti's The Conspiracy Against the Human Race. Ligotti argues in his The Conspiracy Against the Human Race,that the advent of thought is a mistake of nature and that horror is being in the sense that horror results from knowing too much. Yet, at the same time, Ligotti seems to suggest that thought separates us from nature whereas, for Lovecraft, thought is far less privileged – mind is just another manifestation of the vital principal, it is just another materialization of energy. In his brilliant “Prospects for Post-Copernican Dogmatism” Iain Grant rallies against the negative definition of dogmatism and the transcendental, and suggests that negatively defining both over-focuses on conditions of access and subjectivism at the expense of the real or nature. With Schelling, who is Grant's champion against the subjectivist bastions of both Fichte and Kant, Ligotti's idealism could be taken as a transcendental realism following from an ontological realism. Yet the transcendental status of Ligotti's thought move towards a treatment of the transcendental which may threaten to leave beyond its realist ground. Ligotti states: Belief in the supernatural is only superstition. That said, a sense of the supernatural, as Conrad evidenced in Heart of Darkness, must be admitted if one's inclination is to go to the limits of horror. It is the sense of what should not be- the sense of being ravaged by the impossible. Phenomenally speaking, the super-natural may be regarded as the metaphysical counterpart of insanity, a transcendental correlative of a mind that has been driven mad. Again, Ligotti equates madness with thought, qualifying both as supernatural while remaining less emphatic about the metaphysical dimensions of horror. The question becomes one of how exactly the hallucinatory realm of the ideal relates to the black churning matter of Lovecraft's chaos of elementary particles. In his tale “I Have a Special Plan for This World” Ligotti formulates thus: A: There is no grand scheme of things. B: If there were a grand scheme of things, the fact – the fact – that we are not equipped to perceive it, either by natural or supernatural means, is a nightmarish obscenity. C: The very notion of a grand scheme of things is a nightmarish obscenity. Here Ligotti is not discounting metaphysics but implying that if it does exist the fact that we are phenomenologically ill-equipped to perceive that it is nightmarish. For Ligotti, nightmare and horror occur within the circuit of consciousness whereas for Lovecraft the relation between reality and mind is less productive on the side of mind. It is easier to ascertain how the Kantian philosophy is a defense against the diseases of the head as Kant armors his critical enterprise from too much of the world and too much of the mind. The weird fiction of both Lovecraft and Ligotti demonstrates that there is too much of both feeding into one another in a way that corrodes the Kantian schema throughly, breaking it down into a dead but still ontologically potentiated nigredo. The haunting, terrifying fact of Ligotti's idealism is that the transcendental motion which brought thought to matter, while throughly material and naturalized, brings with it the horror that thought cannot be undone without ending the material that bears it either locally or completely. Thought comes from an elsewhere and an elsewhen being-in-thought. The unthinkable outside thought is as maddening as the unthought engine of thought itself within thought which doesn't exist except for the mind, the rotting décor of the brain. /5/ - Hyperstitional Transcendental Paranoia or Self -Expelled Thought Weird fiction has been given some direct treatment in philosophy in the mad black Deleuzianism of Nick Land. Nick Land along with others in the 1990s created the Cyber Culture Research Unit as well as the research group Hyperstition. The now defunct hyperstitional website, an outgrowth of the Cyber Culture Research Unit, defined hyperstition in the following fourfold: 1-Element of effective culture that makes itself real. 2-Fictional quantity functional as a time-traveling device. 3-Coincidence intensifier. 4-Call to the Old Ones. The distinctively Lovecraftian character of hyperstition is hard to miss as is its Deleuzo-Guattarian roots. In the opening pages of A Thousand Plateaus Deleuze and Guattari write, “We have been criticized for over-quoting literary authors. But when one writes, the only question is which other machine the literary machine can be plugged into”. The indisinction of literature and philosophy mirrors the mess of being and knowing as post-correlationist philosophy, where philosophy tries to make itself real where literature, especially the weird, aims itself at the brain-circuit of horror. The texts of both Lovecraft and Ligotti work through horror as epistemological plasticity meeting with proximity as well as the deep time of Lovecraft and the glacially slow time of paranoia in Ligotti. Against Deleuze, and following Brassier, we cannot allow the time of consciousness, the Bergsonian time of the duree, to override natural time, but instead acknowledge that it is an unfortunate fact of existence as a thinking being. Horror-time, the time of consciousness, with all its punctuated moments and drawn out terrors, cannot compare to the deep time of non-existence both in the unreachable past and the unknown future. The crystalline cogs of Kant's account of experience as the leading light for the possibility of metaphysics must be throughly obliterated. His gloss of experience in Prolegomena to any Future Metaphysics could not be more sterile: Experience consists of intuitions, which belong to the sensibility, and of judgments, which are entirely a work of the understanding. But the judgments which the understanding makes entirely out of sensuous intuitions are far from being judgments of experience. For in the one case the judgment connects only the perceptions as they are given in sensuous intuition [....] Experience consists in the synthetic connection of appearances in consciousness, so far as this connection is necessary. Here it is difficult to dismiss the queasiness that Kant's legalism induces upon sight for both Badiou and David-Menard. Kant's thought becomes, as Foucault says when reflecting on Sade's text in relation to nature, “the savage abolition of itself”. For Badiou, Kant's philosophy simply closes off too much of the outside, freezing the world of thought in an all too limited formalism. Critical philosophy is simply the systematized quarantine on future thinking, on thinking which would threaten the formalism which artificially grants thought its own coherency in the face of madness. Even the becoming-mad of Deleuze, while escaping the rumbling ground, makes grounds for itself, mad grounds but grounds which are thinkable in their affect. The field of effects allows for Deleuze's aesthetic and radical empiricism, in which effects and/or occasions make up the material of the world to be thought as a chaosmosis of simulacra. Given a critique of an empiricism of aesthetics, of the image, it may be difficult to justify an attack on Kantian formalism with the madness of literature, which does not aim to make itself real but which we may attempt to make real. That is, how do Lovecraft's and Ligotti's materials, as materials for philosophy to work on, differ from either the operative formalisms of Kant or the implicitly formalized images of Deleuzian empiricism? It is simply that such texts do not aim to make themselves real, and make claims to the real which are more alien to us than familiar, which is why their horror is immediately more trustworthy. This is the madness which Blanchot discusses in The Infinite Conversation through Cervantes and his knight – the madness of book-life, of the perverse unity of literature and life a discussion which culminates in the discussion of one of the weird's masters, that of Kafka. The text is the knowing of madness, since madness, in its moment of becoming-more-mad, cannot be frozen in place but by the solidifications of externalizing production. This is why Foucault ends his famous study with works of art. Furthermore extilligence, the ability to export the products of our maligned brains, is the companion of the attempts to export, or discover the possibility of intelligences outside of our heads, in order for philosophy to survive the solar catastrophe. To borrow again from Deleuze, writing is inseparable from becoming. The mistake is to believe that madness is reabsorbed by extilligence, by great works, or that it could be exorcised by the expelling of thought into the inorganic or differently organic. Going out of our heads does not guarantee we will no longer mean we cannot still go out of our minds. This is simply because of the outside, of matter, or force, or energy, or thing-in-itself, or Schopenhauerian Will. In Lovecraft’s “The Music of Erich Zahn” an “impoverished student of metaphysics” becomes intrigued by strange viol music coming from above his room. After meeting the musician the student discovers that each night he plays frantic music at a window in order to keep some horridness at bay, some “impenetrable darkness with chaos and pandemonium”. The aesthetic defenses provided by the well trained brain can bear the hex of matter for so long, the specter of unalterability within it which too many minds obliterate, collapsing everything before the thought of thought as thinkable or at least noetically mutable on our own terms. Transcendental paranoia is the concurrent nightmare and promise of Paul Humphrey's work, of being literally out of our minds. It is the gothic counterpart of thinking non-conceptually but also of thinking never belonging to any instance of purportedly solid being. As Bataille stated, “At the boundary of that which escapes cohesion, he who reflects within cohesion realizes there is no longer any room for him” Thought is immaterial only to the degree that it is inhuman, it is a power that tries, always with failure, to ascertain its own genesis. Philosophy, if it can truly return to the great outdoors, if it can leave behind the dead loop of the human skull, must recognize not only the non-priority of human thought, but that thought never belongs to the brain that thinks it, thought comes from somewhere else. To return to the train image from the beginning “a locomotive rolling on the surface of the earth is the image of continuous metamorphosis” this is the problem of thought, and of thinking thought, of being no longer able to isolate thought, with only a thought-formed structure. [1] One of the central tenets of Francois Laruelle's non-philosophy is that philosophy has traditionally operated on material already presupposed as thinkable instead of trying to think the real in itself. Philosophy, according to Laruelle, remains fixated on transcendental synthesis which shatters immanence into an empirical datum and an a prori factum which are then fused by a third thing such as the ego. For a critical account of Laruelle's non-philosophy see Ray Brassier's Nihil Unbound. (shrink)

How micro- and macroevolutionary evolutionary processes produce phenotypic change is without question one of the most intriguing and perplexing issues facing evolutionary biologists. We believe that roadblocks to progress lie A) in the underestimation of the role of the environment, and in particular, that of the interaction of genotypes with environmental factors, and B) in the continuing lack of incorporation of development into the evolutionary synthesis. We propose the integration of genetic, environmental and developmental perspectives on the evolution of the (...) phenotype in the form of the concept of the developmental reaction norm (DRN) The DRN represents the set of multivariate ontogenies that can be produced by a single genotype when it is exposed to environmental variation. It encompasses: 1) the processes that alter the phenotype throughout the ontogenetic trajectory, 2) the recognition that different aspects of the phenotype are (and must be) correlated and 3) the ability of a genotype to produce phenotypes in different environments. This perspective necessitates the explicit study of character expression during development, the evaluation of associations between pairs or groups of characters (e.g., multivariate allometries), and the exploration of reaction norms and phenotypic plasticity. We explicitly extend the concept of the DRN to encompass adjustments made in response to changes in the internal environment as well. Thus, ‘typical’ developmental sequences (e.g., cell fate determination) and plastic responses are simply manifestations of different scales of ‘environmental’ effects along a continuum. We present: (1) a brief conceptual review of three fundamental aspects of the generation and evolution of phenotypes: the changes in the trajectories describing growth and differentiation (ontogeny), the multivariate relationships among characters (allometry), and the effect of the environment (plasticity); (2) a discussion of how these components are merged in the concept of the developmental reaction norm; and (3) a reaction norm perspective of major determinants of phenotypes: epigenesis, selection and constraint. (shrink)

Let us start by some general definitions of the concept of complexity. We take a complex system to be one composed by a large number of parts, and whose properties are not fully explained by an understanding of its components parts. Studies of complex systems recognized the importance of “wholeness”, defined as problems of organization (and of regulation), phenomena non resolvable into local events, dynamics interactions in the difference of behaviour of parts when isolated or in higher configuration, etc., in (...) short, systems of various orders (or levels) not understandable by investigation of their respective parts in isolation. In a complex system it is essential to distinguish between ‘global’ and ‘local’ properties. Theoretical physicists in the last two decades have discovered that the collective behaviour of a macro-system, i.e. a system composed of many objects, does not change qualitatively when the behaviour of single components are modified slightly. Conversely, it has been also found that the behaviour of single components does change when the overall behaviour of the system is modified. There are many universal classes which describe the collective behaviour of the system, and each class has its own characteristics; the universal classes do not change when we perturb the system. The most interesting and rewarding work consists in finding these universal classes and in spelling out their properties. This conception has been followed in studies done in the last twenty years on second order phase transitions. The objective, which has been mostly achieved, was to classify all possible types of phase transitions in different universality classes and to compute the parameters that control the behaviour of the system near the transition (or critical or bifurcation) point as a function of the universality class. This point of view is not very different from the one expressed by Thom in the introduction of Structural Stability and Morphogenesis (1975). It differs from Thom’s program because there is no a priori idea of the mathematical framework which should be used. Indeed Thom considers only a restricted class of models (ordinary differential equations in low dimensional spaces) while we do not have any prejudice regarding which models should be accepted. One of the most interesting and surprising results obtained by studying complex systems is the possibility of classifying the configurations of the system taxonomically. It is well-known that a well founded taxonomy is possible only if the objects we want to classify have some unique properties, i.e. species may be introduced in an objective way only if it is impossible to go continuously from one specie to another; in a more mathematical language, we say that objects must have the property of ultrametricity. More precisely, it was discovered that there are conditions under which a class of complex systems may only exist in configurations that have the ultrametricity property and consequently they can be classified in a hierarchical way. Indeed, it has been found that only this ultrametricity property is shared by the near-optimal solutions of many optimization problems of complex functions, i.e. corrugated landscapes in Kauffman’s language. These results are derived from the study of spin glass model, but they have wider implications. It is possible that the kind of structures that arise in these cases is present in many other apparently unrelated problems. Before to go on with our considerations, we have to pick in mind two main complementary ideas about complexity. (i) According to the prevalent and usual point of view, the essence of complex systems lies in the emergence of complex structures from the non-linear interaction of many simple elements that obey simple rules. Typically, these rules consist of 0–1 alternatives selected in response to the input received, as in many prototypes like cellular automata, Boolean networks, spin systems, etc. Quite intricate patterns and structures can occur in such systems. However, what can be also said is that these are toy systems, and the systems occurring in reality rather consist of elements that individually are quite complex themselves. (ii) So, this bring a new aspect that seems essential and indispensable to the emergence and functioning of complex systems, namely the coordination of individual agents or elements that themselves are complex at their own scale of operation. This coordination dramatically reduces the degree of freedom of those participating agents. Even the constituents of molecules, i.e. the atoms, are rather complicated conglomerations of subatomic particles, perhaps ultimately excitations of patterns of superstrings. Genes, the elementary biochemical coding units, are very complex macromolecular strings, as are the metabolic units, the proteins. Neurons, the basic elements of cognitive networks, themselves are cells. In those mentioned and in other complex systems, it is an important feature that the potential complexity of the behaviour of the individual agents gets dramatically simplified through the global interactions within the system. The individual degrees of freedom are drastically reduced, or, in a more formal terminology, the factual space of the system is much smaller than the product of the state space of the individual elements. That is one key aspect. The other one is that on this basis, that is utilizing the coordination between the activities of its members, the system then becomes able to develop and express a coherent structure at a higher level, that is, an emergent behaviour (and emergent properties) that transcends what each element is individually capable of. (shrink)

This chapter discusses several possible reasons why works by women philosophers have traveled significantly less than those written by men, although women’s contributions go back to the start of European history of philosophy. Differentiating between geographic, linguistic, historic and philosophical travels, Tove Pettersen claims that gender is particularly significant with regard to historical and philosophical traveling. As the case of women philosophers clearly demonstrate, gender hampers the circulation of certain texts and inhibit transhistorical exchange of knowledge and ideas. ****** Che (...) chapitre examine plusieurs raisons possibles pour expliquer pourquoi les œuvres de femmes philosophes ont “voyage” beaucoup moins que celle des hommes, bien que la contribution des femmes remonte au début de l´histoire européenne de la philosophie. Distinguant entre plusieurs façons de voyager – géographique, linguistique, historique et philosophique –, Tove Pettersen soutient que le “genre” est un facteur particulièrement significative par rapport au voyage historique et philosophique- Comme le démontre clairement le cas des femmes philosophes, leur genre nuit á la circulation de certains textes ainsi qu’à l’échange transnational du savoir et des idées. (shrink)

Autologous nerve grafts are steadily regarded as the method of choice for bridging the nerve gaps resulting after peripheral nerve lesions with substance defects. Microsurgical techniques and the perineurial suture of corresponding fascicles have improved the functional results following peripheral nerve graft. -/- However, regeneration success is often disappointing, despite the most thorough technique and expertise. The loss of spinal motoneurons associated with a nerve lesion and the growth of axon sprouts in inadequate endoneurial sheaths were held responsible as the (...) reason for the lowered muscular strength, limited movement coordination and fine motor skills, poor differentiation and localization of sensory stimuli and for the lack of tactile gnosis. -/- In this experimental study, it is assumed that the central effects at the level of the spinal motoneuron nuclei show an image of the peripheral misinnervation in topographical-morphological terms, and can supply an explanatory model for the functional motor deficits after peripheral nerve graft. -/- On the other hand, the plastic changes of a motor cell column in the reinnervation process influence the structural-functional relationships of the motor units in a variety of clinically relevant ways. (shrink)

This article introduces an experimental paradigm to selectively probe the multiple levels of visual processing that influence the formation of object contours, perceptual boundaries, and illusory contours. The experiments test the assumption that, to integrate contour information across space and contrast sign, a spatially short-range filtering process that is sensitive to contrast polarity inputs to a spatially long-range grouping process that pools signals from opposite contrast polarities. The stimuli consisted of thin subthreshold lines, flashed upon gaps between collinear inducers which (...) potentially enable the formation of illusory contours. The subthreshold lines were composed of one or more segments with opposite contrast polarities. The polarity nearest to the inducers was varied to differentially excite the short-range filtering process. The experimental results are consistent with neurophysiological evidence for cortical mechanisms of contour processing and with the Boundary Contour System model, which identifies the short-range filtering process with cortical simple cells, and the long-range grouping process with cortical bipole cells. (shrink)

Bacteria do many things as organized populations. We have recently learned much about the molecular basis of intercellular communication among prokaryotes. Colonies display bacterial capacities for multicellular coordination which can be useful in nature where bacteria predominantly grow as films, chains, mats and colonies. E. coli colonies are organized into differentiated non-clonal populations and undergo complex morphogenesis. Multicellularity regulates many aspects of bacterial physiology, including DNA rearrangement systems. In some bacterial species, colony development involves swarming (active migration of cell (...) groups). Swarm colony development displays precise geometrical controls and periodic phenomena. Motile E. coli cells in semi-solid media form organized patterns due to chemotactic autoaggregation. On poor media, B. subtilis forms branched colonies using group motility and long-range chemical signalling. The significances of bacterial colony patterns thus reside in a deeper understanding of prokaryotic biology and evolution and in experimental systems for studying self-organization and morphogenesis. (shrink)

The role of acetylcholinesterase (AChE) in neurotransmission is well known. But long before synapses are formed in vertebrates, AChE is expressed in young postmitotic neuroblasts that are about to extend the first long tracts. AChE histochemistry can thus be used to map primary steps of brain differentiation. Preceding an possibly inducing AChE in avian brains, the closely related butyrylcholinesterase (BChE) spatially fore-shadows AChE-positive cell areas and the course of their axons. In particular, before spinal motor axons grow, their (...) corresponding rostral sclerotomes and myotomes express BChE, and both their neuronal source and myotomal target cells express AChE. Since axon growth has been found inhibited by acetylcholine, it is postulated that both cholinetsreases can attract neurite growth cones by neutralizing the inhibitor. Thus, the early expression of both cholinesterases that is at least partially independent from classical cholinergic synaptogenesis, sheds new light on the developmental and medical significance of these enzymes. (shrink)

GAMETOGÊNESE -/- Emanuel Isaque Cordeiro da Silva Instituto Agronômico de Pernambuco Departamento de Zootecnia – UFRPE Embrapa Semiárido -/- • _____OBJETIVO -/- Os estudantes bem informados, estão a buscando conhecimento a todo momento. O estudante de Veterinária e Zootecnia, sabe que a Reprodução é uma área de primordial importância para sua carreira. Logo, o conhecimento da mesma torna-se indispensável. No primeiro trabalho da série fisiologia reprodutiva dos animais domésticos, foi abordado de forma clara, didática e objetiva os mecanismos de diferenciação (...) sexual dos embriões em desenvolvimento, quais os genes envolvidos nesse processo e tudo mais. Nesse segundo trabalho, a abordagem será teórica, mas também clara, sobre a formação primordial dos gametas femininos e masculinos, através da ovogênese nas fêmeas e a espermatogênese nos machos. Esse trabalho visa levar a importância do processo de formação dos gametas e a produção hormonal das gônadas, bem como o entendimento sobre as interações com o eixo hipotálamo-hipofisário. -/- •____INTRODUÇÃO -/- A reprodução sexual é um processo mediante a qual dois organismos da mesma espécie unem seu material genético para dar lugar a um organismo fixo com combinação única de genes; para isso, cada organismo produz células que contém a metade do material genético característico da espécie. Essas células haploides (1n) são denominadas gametas; ao combinar-se um gameta masculino com um feminino produz-se uma célula diploide (2n) (zigoto ou ovo) a partir da qual se forma o embrião. A grande maioria das espécies com reprodução sexual são anisogâmicas, o que significa que produzem dois tipos de gametas diferentes: os gametas masculinos são microscópios, móveis e produzem-se em grande quantidade, enquanto que os femininos são grandes, imóveis e produzem-se em menor quantidade. O tipo de gameta que um indivíduo produz é o que define seu sexo; sobre os animais o macho é o indivíduo que produz grandes quantidades de espermatozoides e a fêmea produz uma menor quantidade de óvulos, enquanto que nas plantas as gônadas masculinas são as produtoras pólen e as femininas produzem oosferas. Os gametas são diferentes do resto das células do organismo, as quais se chamam células somáticas; essas últimas são diploides porque contém dois pares de cromossomos, um par herdado do pai do indivíduo e o outro da mãe. As células somáticas, ademais, se dividem por mitose, ao qual os cromossomos se duplicam antes de cada divisão celular e cada uma das células filhas recebe um complemento diploide idêntico dos cromossomos, logo todas as células somáticas de um indivíduo possuem o mesmo material genético, embora cada tipo celular expresse diferentes combinações de genes. Em contraponto, os gametas são células haploides porque possuem somente um par de cromossomos e a metade do material genético característico da espécie. Cada um dos cromossomos em um gameta é resultado da recombinação dos genes contidos nos cromossomos paterno e materno do indivíduo que originam o gameta, e cada um destes possuem uma combinação única de genes. Os gametas se formam a partir das células germinais, que são células que em sua origem são diploides e elas de “comprometem” a manter-se como uma linha celular especial que em determinado momento sofrerá o processo de meiose para dar origem aos gametas haploides, sejam óvulos ou espermatozoides segundo o sexo do animal. Como descrito no trabalho sobre a diferenciação sexual, as células germinativas primordiais originam-se no epiblasto do embrião, e migram desde o saco vitelino até colonizar as cristas gonodais, onde, por sua vez, proliferam-se e se organizam junto com as células somáticas da gônada primitiva para formar o testículo ou o ovário. As células germinais masculinas e femininas tem a mesma origem embrionária. As gônadas indiferenciadas em um embrião possuem três tipos celulares: as células que dão origem aos gametas (ovogonia ou espermatogonia), as precursoras de células que nutrem os gametas em desenvolvimento (células da granulosa no ovário; células de Sertoli no testículo) e as precursoras de células que secretam hormônios sexuais (células da teca no ovário; células de Leydig no testículo). As células germinais são as únicas estruturas do organismo que têm a capacidade de dividir-se por meiose sofrendo uma redução no número de seus cromossomos, sendo responsável pela transmissão da carga genética aos descendentes. Em contraste, as células somáticas somente se dividem por mitose. A formação dos gametas compreende fases sequenciais de mitose, meiose e pós-meiose. Esses processos são altamente organizados e necessitam de um preciso e bem coordenado programa de expressão genética. Uma das características importantes da gametogênese é a redução cromossômica, que através da meiose, reduz pela metade o número de cromossomos e produz células distintas entre si, devido a trocas de material genético entre os pares de cromossomos provenientes do pai e da mãe, o que ocorre no processo de “crossing over” durante a primeira fase da meiose. A gametogênese é o processo mediante o qual as células germinais de cada sexo se multiplicam, dividem e diferenciam até formar os gametas. No caso da formação dos gametas masculinos o processo recebe o nome específico de espermatogênese, e para os gametas femininos é denominado como ovogênese. Embora os dois processos alcancem o objetivo comum de produção das células haploides, por onde compartilham algumas características, existem diferenças marcadas entre eles devido a necessidade de produzir um número muito distinto de gametas, de tamanho diferente, e com características de motilidade também distintas. -/- •___ESPERMATOGÊNESE -/- A espermatogênese é o processo mediante o qual se produz os gametas masculinos denominados espermatozoides. Durante a vida fetal as células germinais e as células somáticas do testículo em formação organizam-se em túbulos seminíferos que se derivam dos cordões sexuais primários e conformam a maior parte da medula do testículo. Na etapa fetal cada tubo seminífero é delimitado por uma membrana basal, recoberta na parte interior pelas células precursoras das células de Sertoli (um tipo de células somáticas). No exterior do túbulo localizam-se as células precursoras das células de Leydig ou intersticiais (figura 1), que também são células somáticas. Entre a membrana basal e as células de Sertoli encontram-se algumas células germinais denominadas espermatogonias de reserva A0 (denominadas gonócitos) que serão o único tipo de células germinais presentes no testículo enquanto o animal não alcançar a puberdade. As células de Sertoli estabelecem na região basal uniões oclusoras entre si, formando parte da barreira hemato-testicular. As espermatogonias A0 localizam-se por dentro da membrana basal do túbulo seminífero, embora fora da barreira hemato-testicular. Figura 1: fase neonatal. Nota-se a grande infiltração de tecido intersticial em quase 50% da seção originando que os túbulos sejam pequenos e redondos em sua maioria. O citoplasma e núcleo das células pré-Leydig são notadas claramente por essa ser uma espécie suína onde o tecido intersticial está claramente diferenciado. Hematoxilina-eosina (X 220.5). Fonte: Embrapa. -/- O número de células de Sertoli no testículo depende da influência do hormônio folículo estimulante (FSH) presente durante a vida fetal e as primeiras etapas de vida pós-natal. A população de células de Sertoli ao chegar a puberdade se manterá fixa durante o resto da vida do animal; existe uma relação positiva entre o tamanho e a população de células de Sertoli e a capacidade de produção de espermatozoides do testículo. As células de Sertoli são as únicas células somáticas que estão no epitélio seminífero, e sua função é a nutrição, sustentação e controle endócrino das células germinais. As células de Sertoli participam ativamente no processo de liberação dos espermatozoides para a luz do túbulo. Nesse momento, as células de Sertoli realizam a fagocitose de parte do citoplasma do espermatozoide dos chamados corpos residuais. As células de Sertoli também fagocitam as células germinais que se degeneram no curso normal da espermatogênese. Essas células ainda sintetizam grande quantidade de proteínas, como por exemplo as proteínas ABP (androgen hinding protein), que transportam andrógenos para todo o aparelho reprodutivo, transferrinas, que transportam ferro para a respiração celular das células germinais e também às inibinas, que regulam a liberação de FSH pela hipófise, através de um sistema de retroalimentação (feedback) negativa (figura 2). Figura 2: epitélio seminífero, células de Sertoli (flecha) (400 X). Fonte: Embrapa. -/- Antes da puberdade dos túbulos seminíferos observam-se ao corte como estruturas de diâmetro pequeno, sem luz, e conformados unicamente pelas células de Sertoli e espermatogonias de reserva e rodeados por abundante tecido intersticial, ao que estão presentes as células precursoras das células de Leydig. Ainda antes da puberdade, a diferenciação celular manifesta-se primeiro pela presença de espermatócitos primários, os quais se degeneram em geral na fase de paquíteno, por falta de estimulação hormonal. A partir de que o animal chega a puberdade inicia-se o processo de espermatogênese, que se manterá durante toda a vida do animal, exceto em espécies de animais silvestres muito estacionais, ao qual pode se suspender durante a época não reprodutiva para voltar e ser retomada na época ou estação reprodutiva. Depois da puberdade, os túbulos seminíferos possuem um diâmetro muito maior; em seu interior observa-se um grande número de células germinais de todos os tipos, diferentes estádios de divisão, e em seu lúmen contém líquido e espermatozoides. Ainda sobre o alcancei da puberdade, as espermatogonias começam a dividir-se aceleradamente por mitose, enquanto que no espaço intersticial as células mesenquimais também começam a se diferenciar e a dar origem as células de Leydig (figura 3). A partir dessa etapa as células de Leydig (totalmente diferenciadas) são também evidentes no exterior do túbulo, junto com as células mioides ou peritubulares que o rodeiam o que ao contrair-se são responsáveis por controlar o avanço dos fluidos e as células presentes no lúmen do túbulo. As células mioides estão situadas ao redor do túbulo, e é creditado a elas a promoção da contração e da integridade estrutural do túbulo. Esse tipo celular apenas se diferencia na puberdade pela ação dos andrógenos (figura 4). As interações entre as células de Sertoli e as mioides parecem ter um papel importante na manutenção das funções do testículo. Durante o processo de espermatogênese, as espermatogonias de reserva dividem-se periodicamente e enquanto algumas células fixas permanecem como espermatogonias de reserva, outras proliferam e sofrem uma seção de divisões mitóticas durante as quais se vão diferenciando até formarem espermatócitos primários (espermatocitogênese ou fase de mitose), logo sofrem divisões especiais mediante as quais reduzem seu número de cromossomos (fase de meiose), e ao final trocam de forma para converter-se em espermatozoides (espermatocitogênese) (figura 5). Cada uma dessas etapas da espermato- gênese será descrito detalhadamente adiante, antes é necessário a explicação de algumas características das células de Sertoli e de Leydig que ajudarão a entender seu papel durante a espermatogênese. Figura 3: células de Leydig no espaço intersticial do testículo bovino adulto PAS (400 X). Fonte: Embrapa. -/- Figura 4: o estabelecimento da puberdade pela presença de espermatozoides no túbulo. Hematoxilina-eosina (400 X). Fonte: Embrapa. Figura 5: fases mitóticas das espermatogonias (A0 e B) para formação de um espermatócito primário e as duas fases de meiose que se sucedem antes da espermatogênese. Fonte: ZARCO, 2018. -/- Ao início da espermatocitogênese as uniões oclusoras entre as células de Sertoli se abrem por etapas (como as comportas de um submarino) para permitir a passagem das espermatogonias em direção ao centro do túbulo seminífero sem que se estabeleça uma continuidade entre o exterior e o interior da barreira hemato-testicular. Uma vez ultrapassada essa barreira, as sucessivas gerações de espermatogonias, espermatócitos, espermátides e espermatozoides irão se localizar em direção ao interior do túbulo seminífero, em estreita associação com as células de Sertoli. Em consequência, as células de Sertoli dividem o túbulo seminífero em dois compartimentos; o compartimento basal (debaixo das uniões oclusoras das células de Sertoli), ao qual residem as espermatogonias de reserva, e o compartimento adluminal (em direção ao centro do túbulo), cujos espaços entre as células de Sertoli desenvolvem o resto do processo de espermatogênese (meiose e espermatocitogênese). Esse feito é importante porque durante a vida fetal as únicas células germinais existentes eram as espermatogonias de reserva, pelo que os antígenos expressados por gerações mais avançadas (espermatogonias intermediárias, secundárias, espermátides e espermatozoides) não são reconhecidos como próprios do corpo pelo sistema imunológico. Logo, o anterior implica que deve existir uma barreira entre eles e o sangue para evitar um ataque imunológico. Em todas as etapas da espermatogênese, as células de Sertoli atuam como células de suporte para as células germinais, que sempre permanecem recoberta pela membrana das células de Sertoli. Também atuam como células nutricionais já que proporcionam o meio em que as células germinais se desenvolvem e maturam, assim como as substâncias que regulam e sincronizam as sucessivas divisões e transformações das células germinais. As células de Sertoli produzem hormônios, como estrógenos e inibina que atuam sobre a hipófise para regular a secreção das gonadotropinas que controlam a espermatogênese. As células de Leydig que residem no exterior do túbulo seminífero também são importantes para a espermatogênese: produzem a testosterona que estimula e mantém a espermatogênese, bem como serve como substrato sobre o qual atua como aromatizador das células de Sertoli para transformá-las em estrógenos. Como supracitado, para seu estudo podemos dividir a espermatogênese em três fase: espermatocitogênese, meiose e espermiogênese (figura 6). Agora, serão descritas cada uma dessas etapas. Em algumas espécies, incluindo no homem, os macrófagos representam o segundo tipo celular intersticial mais numeroso no testículo, depois das células de Leydig. Os macrófagos e vários subtipos de linfócitos são identificados nós testículos de ovinos e ratos. Eles estão intimamente associados com as células de Leydig e atuam juntamente na regulação da esteroidogênese. Figura 6: fluxograma da espermatogênese. -/- Espermatocitogênese -/- A espermatocitogênese, também chamada de etapa proliferativa ou de mitose, consiste numa série de divisões mitóticas sofridas pelas células descendentes de uma espermatogonia de reserva. Uma vez que a célula se divide, abandona o estado de reserva e começa um processo de diferenciação. As espermatogonias de reserva (denominadas espermatogonias A0 na rata ou As nos humanos) são células que existem desde a vida fetal e que permanecem mitoticamente inativas durante a infância. Uma vez que alcançam a puberdade começam a dividir-se em intervalos regulares, e as células filhas podem permanecer como espermatogonias de reserva ou abandonar a reserva e ingressar na dita espermatocitogênese. Uma vez abandonada a reserva, as células filhas que vão se formando em cada divisão permanecem unidas por pontes citoplasmáticas, constituindo um clone que se divide sincronicamente. As células que se formam depois de cada divisão continuam sendo espermatogonias, porém cada geração é ligeiramente diferente da anterior. Na rata, por exemplo, as espermatogonias tipo A0 ao dividir-se originam espermatogonias do tipo A1, que em sucessivas divisões formam espermatogonias dos tipos A2, A3 e A4, as quais, por sua vez, sofrem outra mitose para formar espermatogonias intermediárias e uma mais para formar espermatogonias do tipo B. Essas últimas se diferenciam (sem se dividir) em espermatócitos primários, processo em que termina a fase de espermatocitogênese, que literalmente significa processo de geração de espermatócitos. As espermatogonias tipo A0 são a fonte para a contínua produção de gametas. A metade delas se dividem e formam células iguais (as chamadas células tronco) e a outra metade forma as espermatogonias A1, que sofre novas divisões mitóticas e formam os tipos 2, 3 e 4. O tipo A4 sofre mitose para formar a intermediária (A In), que por mitose, forma a tipo B (figura 6). Esses tipos de espermatogonias podem ser identificadas em evoluções histológicas de acordo com sua organização topográfica na membrana basal dos túbulos seminíferos ou mediante seu conteúdo de heterocromatina. Outra maneira de diferenciação se baseia em marcadores moleculares específicos que distinguem as espermatogonias tronco (A0) das demais, com os fins de isolamento, desenvolvimento in vitro e transplante. As tipo B passam por mitose para formarem os espermatócitos primários; estes iniciam a primeira etapa da meiose formando os espermatócitos secundários; na segunda etapa da divisão meiótica, cada espermatócito secundário se divide e formam as chamadas espermátides. Quando o testículo alcança seu desenvolvimento total, a meiose completa-se e as espermátides originadas se convertem em espermatozoides. Um dos maiores sinais característicos desse fenômeno é o alargamento das espermátides e sua migração em direção ao lúmen do túbulo seminífero (figuras 4, 7 e 8). Figura 7: espermatogonias marcadas por imuno-histoquímica, anticorpo monoclonal TGFa (400 x). Figura 8: fases de divisões meióticas (M), espermatócitos em paquíteno (PA) e espermatócitos secundários (ES). -/- Figura 9: estádio posterior a liberação dos espermatozoides na luz do túbulo. Hematoxilina-eosina (400 x). Mediante as seis divisões mitóticas que ocorrem durante a espermatocitogênese se forma potencialmente um clone de 64 espermatócitos primários a partir de cada espermatogonia A que ingressa sobre o processo. Não obstante, algumas células sofrem apoptose em cada uma das etapas do processo, ao qual o número real formado é menor. Em outras espécies produzem-se um transcurso similar de divisões mitóticas sucessivas durante a espermatocitogênese, embora a nomenclatura utilizada possa ser distinta, por exemplo nos bovinos as duas últimas divisões mitóticas dão origem as espermatogonias de tipo B1 e B2. -/- Meiose -/- Uma vez que as espermatogonias B se diferenciam em espermatócitos primários, esses iniciam a etapa de meiose, com uma nova divisão; desta vez a divisão é do tipo meiótica. Ao completar-se a primeira divisão meiótica (meiose I) se obtém os espermató-citos secundários, que ao sofrer a segunda divisão meiótica (meiose II) dão origem as espermátides. Vale salientar que a meiose é o processo mediante o qual reduz-se a metade do número de cromossomos, pelo que as espermátides que se obtém são células haploides (1n). Os espermatócitos secundários que se formam depois da primeira divisão meiótica contém a metade do número normal de cromossomos, porém a mesma quantidade de DNA já que cada cromossomo é duplo. As espermátides formadas na conclusão da segunda divisão meiótica (figura 7), por sua vez, contém a metade dos cromossomos, e esse já não são duplos, já que se trata de células 1n. Também deve-se enfatizar que durante a meiose é relevante o entrecruzamento dos cromossomos homólogos, pelo que cada espermátide possui uma combinação única e diferente de genes paternos e maternos. Outro ponto que deve ser levado em consideração é que cada espermátide somente possui um cromossomo sexual; a metade das espermátides contém o cromossomo X herdado da mãe do macho que está levando a cabo a espermatogênese e a outra metade contém o cromossomo Y herdado de seu pai. Para cada espermatócito primário que entra no processo de meiose obtém-se cerca de quatro espermátides, pelo qual ao ser completada a meiose potencialmente se poderiam formar até 256 espermátides por cada espermatogonia que abandona a reserva e ingressa na espermatocitogênese. -/- Espermiogênese -/- Durante a espermiogênese, também chamada de fase de diferenciação, as esper-mátides sofrem, sem se dividir, uma metamorfose que as transforma em espermatozoides, os quais finalmente são liberados das células de Sertoli em direção ao lúmen do túbulo seminífero. A espermiogênese é um processo complicado e longo já que a espermátide deve sofrer complexas trocas nucleares, citoplasmáticas e morfológicas que resultam na forma-ção dos espermatozoides. Algumas dessas mudanças incluem a condensação do material nuclear para formação de um núcleo plano e denso, a eliminação do citoplasma para a constituição de uma célula pequena, a formação de uma estrutura especializada denomi-nada acrossomo ou tampa cefálica, e a formação do pescoço e da cauda (flagelo) do esper-matozoide, do que depende a sua motilidade. Durante a maior parte da espermiogênese, as espermátides se mantém com uma estreita associação com as células de Sertoli; logo, chega-se a observar, então, flagelos que se projetam em direção a luz do túbulo que pare-cem sair das células de Sertoli, sendo na realidade os flagelos dos espermatozoides que ainda não tinham sido liberados pelo lúmen. Ao liberar os espermatozoides em direção a luz do túbulo, as células de Sertoli realizam a fagocitose de parte do citoplasma dos espermatozoides (corpos residuais). Também fagocitam os restos de todas as células germinais que sofrem apoptose ou degeneram-se durante a espermatogênese. Credita-se que ao realizar essas funções as células de Sertoli podem fazer uma monitoração eficiente da espermatogênese, o que lhes permitiria emitir sinais para colaborar na regulação desse processo em nível gonodal e a nível sistêmico através da secreção de hormônios como a inibina e o estradiol. Além da inibina e activina, as células de Sertoli sintetizam outras proteínas, como a ABP (proteína ligadora de andrógenos) que serve como uma molécula de transporte de andrógenos dentro dos túbulos seminíferos, ductos deferentes e epidídimo, ou a transfer-rina, que transporta o ferro necessário para a respiração celular. -/- Resultados da espermatogênese -/- O resultado da espermatogênese não significa apenas uma simples multiplicação das células germinais (até 256 espermatozoides a partir de cada espermatogonia A1), senão que através dela são produzidos gametas haploides pequenos, móveis e com grande diversidade genética entre eles, ao mesmo tempo que se mantêm uma reversa de células mãe (espermatogonias A0) a partir das quais se poderiam originar novos ciclos de esper-matogênese durante o resto da vida do animal. -/- Controle hormonal da espermatogênese -/- Como mencionado, o FSH reproduz um importante papel para o estabelecimento das células de Sertoli durante a vida fetal e início da vida pós-natal. O começo da esper-matogênese também é estimulado pelo FSH, que atua sobre as células de Sertoli para estimular sua função e a ativação de sinais dessas células em direção as células germinais, incluindo-as a abandonar a reserva e ingressar na espermatogênese. O FSH, assim mesmo, estimula a mitose durante o resto da espermatogênese e aumenta a eficiência do processo, já que reduz a apoptose e a degeneração de espermatogonias intermediárias e do tipo B. O FSH também estimula as células de Sertoli para produzirem inibina e ABP. Uma vez iniciada a espermatogênese somente requerem níveis baixos de FSH para se mantê-la. As células de Sertoli também devem ser estimuladas pela testosterona para funcio-nar de maneira adequada; se requer também do LH hipofisário: hormônio que estimula as células de Leydig para produzir testosterona. Por sua vez, a secreção de LH e FSH é regulada pelo GnRH hipotalâmico: esse neurohormônio também faz parte do mecanismo de regulação da espermatogênese. A espermatogênese também é modulada em nível local mediante a produção de determinados fatores e interações entre as células. Dentro dos fatores locais podemos mencionar o fator de crescimento parecido com a insulina 1 (IGF-1), o fator de crescimen-to transformante beta (TGF- β), activina, ocitocina e diversas citocinas. Entre as intera-ções celulares existem tanto uniões de comunicação entre as células de Sertoli e as células germinais, como pontes citoplasmáticas entre todas as células germinais que formam o clone de células descendentes de uma espermatogonia A1. Uma vez que as células de Sertoli iniciam sua função na puberdade é possível manter experimentalmente a espermatogênese somente com testosterona, sem ser requeri-dos nenhum outro hormônio. A quantidade de espermatozoides produzidos, no entanto, é maior quando há presença do FSH. Abaixo do estímulo do FSH as células de Sertoli produzem estradiol e inibina, hormônios que geram uma retroalimentação sobre o eixo hipotálamo-hipofisário para a regulação da secreção de gonadotropinas. Em particular, a inibina reduz a secreção de FSH, pelo qual é factível que sirva como um sinal que evite uma excessiva estimulação as células de Sertoli. -/- Ciclo do epitélio seminífero -/- Em cada espécie as espermatogonias de reserva iniciam um novo processo de divi-sões celulares em intervalos fixos: a casa 14 dias no touro; 12 dias no garanhão e a cada 9 dias no cachaço (reprodutor suíno). A nova geração de células que começam a proliferar sobre a base do tubo deslocam-se em direção ao centro do túbulo a geração anterior, que por sua vez deslocam-se as gerações anteriores. Devido as mudanças que vão sofrendo cada geração celular se ajustam a tempos característicos de cada etapa, já que rodas as células em uma determinada seção do túbulo estão sincronizadas entre si pelas células de Sertoli; em cada espécie somente é possível encontrar um certo número de combinações celulares: 14 diferentes combinações no caso da rata, 8 no touro e 6 no ser humano. A sucessão de possíveis combinações até regressar a primeira combinação se conhece como o ciclo do epitélio seminífero. Na maioria das espécies os espermatozoides que são libera-dos em direção a luz do túbulo provém das células que entraram no processo de esperma-togênese quatro gerações antes que a geração que está ingressando nesse momento, pelo que a espermatogênese no touro dura ao redor de 60 dias e um pouco menos em outras espécies domésticas. Significa que os efeitos negativos das alterações na espermatogêne-se podem estar presentes até dois meses depois de que se produziram essas alterações. Como supracitado, geralmente se observa a mesma combinação celular em toda a área de uma determinada secção transversal do túbulo seminífero. No entanto, se fizermos uma série de secções, observa-se que ao longo do túbulo há uma sucessão ordenada de combinações (a primeira em uma determinada secção; a segunda combinação na seguinte secção, e assim sucessivamente em secções subsequentes até regressar a primeira combi-nação. Teremos, então, que ao início da divisão das espermatogonias A1 se produz de forma sincronizada em uma secção do túbulo, e vai-se transmitindo como uma onda peristáltica as secções adjacentes. Esse processo é denominado como onda do epitélio seminífero e graças à esse túbulo seminífero sempre tem secções em todas as etapas da espermatogênese, com o que se alcança uma produção constante de espermatozoides. -/- Alterações da espermatogênese -/- Nas espécies estacionais a espermatogênese, como já mencionado, pode reduzir-se ou inclusive suspender sua atividade fisiológica durante a época não reprodutiva dessas espécimes, porém esse processo fisiológico não pode ser considerado como uma altera-ção. No entanto, a espermatogênese só pode ser alterada pelas enfermidades ou por fatores externos. A principal causa de alterações na espermatogênese é o aumento da temperatura testicular. Por isso, os testículos são localizados na saco escrotal e são “caídos” para fora do corpo como pode-se observar nos bovinos, caprinos, ovinos, caninos e no próprio homem. A temperatura testicular deve estar cerca de 2 a 6 °C abaixo da temperatura corporal normal. As células germinais masculinas são sensíveis ao calor, pelo qual na maioria dos mamíferos os testículos se encontram fora da cavidade abdominal e existe um sofisticado sistema de termorregulação para mantê-los a uma temperatura menor que a corporal. Se a temperatura corporal for elevada ou se os testículos permanecerem na cavidade abdominal, ou ainda se os sistemas termorreguladores do testículo sejam afetados por fatores inflamatórios como edema ou falta de mobilidade testicular dentro do escroto, a temperatura do tecido testicular aumentará e a espermatogênese sofrerá alterações proporcionais ao excesso de temperatura e a duração da elevação. A espermatogênese também pode ser afetada pela exposição a hormônios ou a outras substâncias. É possível que a causa mais comum (sobretudo no homem) seja o uso de esteroides anabólicos, que elevam a concentração de andrógenos na circulação, provo-cando um feedback negativo sobre a secreção de gonadotropinas. Ao deixar de estimular-se o testículo pelas gonadotropinas, este deixará de produzir testosterona, e as concentra-ções de andrógeno exógeno nunca alcançará as altíssimas concentrações de testosterona que normalmente estão presentes a nível do tecido testicular por ser o local onde se produz o hormônio. Também se supõe que diversas substâncias com propriedades estrogênicas derivadas de processos industriais (indústria dos plásticos, hidrocarbonetos etc.) e presentes no ambiente (fatores xenobióticos) podem ser responsáveis pelas alterações na espermatogênese em diversas espécies, entre as quais se inclui o ser humano. -/- • OVOGÊNESE E FOLICULOGÊNESE -/- A ovogênese é o processo seguido pelas células germinais da fêmea para a forma-ção dos óvulos, que são células haploides. Durante a vida fetal as células germinais proliferam-se no ovário por mitose, formando um grande número de ovogonias, algumas das quais se diferenciam em ovócitos primários que iniciam sua primeira divisão meiótica para deter-se na prófase da divisão. Somente alguns desses ovócitos primários retornarão e concluirão a primeira divisão meiótica em algum momento da vida adulta do animal, dando origem a um ovócito secundário e a um corpo polar. O ovócito secundário inicia a sua segunda divisão meiótica, a qual volta a ficar suspensa até receber um estímulo apropriado, já que somente os ovócitos secundários que são ovulados e penetrados por um espermatozoide retornam e concluem a segunda divisão meiótica, dando origem a um óvulo (figura 10). O processo de ovogênese é realizado dentro dos folículos ovarianos, que também tem que sofrer um longo transcurso de desenvolvimento e diferenciação denominado foliculogênese pelo que a ovogênese como tal realiza-se dentro do marco desse último processo. Por essa razão, na seguinte seção descreverei tanto a ovogênese como a folicu-logênese, e a relação que existe entre ambos. Figura 10: representação da ovogênese. Na etapa de proliferação, as células germinais se diferen-ciam por mitose. A meiose I se caracteriza por uma prófase prolongada, ocorrendo a duplicação do DNA. Nas duas divisões, que ocorrem antes da ovulação e depois da fertilização, a quantidade de DNA é reduzida a 1n, com o fim de que a fusão dos pronúcles (singamia) pós-fertilização, seja gerado um zigoto com um número de cromossomos de 2n (diploide). -/- Geração de ovócitos primários e folículos primordiais Tanto a ovogênese como a foliculogênese iniciam-se durante a vida fetal, quando as células germinais primordiais provenientes do saco vitelino colonizam a gônada primitiva e, junto com as células somáticas z organizam-se para a formação dos cordões sexuais secundários, que se desenvolvem principalmente no córtex do ovário. Nesse período, as células germinais que colonizaram o ovário sofrem até 30 divisões mitóticas, proliferando-se até formar milhares ou milhões de ovogonias, que inicialmente formam “ninhos” constituídos cada um deles por um clone de várias ovogonias que descendem da mesma célula precursora e que se mantêm unidas por pontes citoplasmáticas, sincronizan-do suas divisões mitóticas. Nessa etapa alcança-se a máxima população de células germinais no ovário, que antes de nascer se reduzirá drasticamente por apoptose. No ovário do feto humano chegam a haver até sete milhões de células germinais que ao nascimento se reduzem a dois milhões. Os ovários fetais do bovino, de maneira análoga, chegam a ter até 2.100.000 células germinais, que ao nascimento reduzem para 130.000 aproximadamente. A redução no número de ovogonias produz-se ao mesmo tempo que essas células, que vêm dividindo-se por mitose e estão agrupadas em ninhos, iniciam sua primeira divisão meiótica para se transformarem em ovócitos primários: células germinais que se encontram em uma etapa de suspensão (diplóteno) da prófase da primeira divisão meiótica. Nesse período produz-se uma grande proporção de células germinais; as células somáticas dos cordões sexuais, por sua vez, emitem projeções citoplasmáticas que separam a isolam os ovócitos primários sobreviventes, ficando cada um deles rodeados por uma capa de células aplanadas da (pré) granulosa. Ao mesmo tempo em que se forma uma membrana basal entre as células da granulosa e o tecido intersticial do ovário. Ao ovócito primário rodeado de uma capa de células da (pré) granulosa aplanadas e delimita-das por uma membrana basal denomina-se de folículo primordial (figura 11). Nas vacas os folículos primordiais bem formados já estão presentes nos ovários a partir do dia 90 da gestação. A maioria dos folículos primordiais com os que nasce uma fêmea se manterão inativos durante um longo tempo; muitos deles durante toda a vida do animal. Nos folículos primordiais inativos tanto os ovócitos primários como as células da granulosa conservam sua forma original e mantém um metabolismo reduzido estritamente ao mínimo necessário para manter-se viáveis. Por essa razão, ao realizar um corte histológico de qualquer ovário as estruturas mais numerosas que se observam serão os folículos primordiais. No entanto, cada dia da vida de um animal, inclusive desde a vida fetal, um certo número de folículos primordiais reiniciam seu desenvolvimento, e a partir desse momento um folículo exclusivamente pode ter dois destinos: o primeiro, prosseguir seu desenvolvi-mento até chegar a ovular, e o segundo (que é muito mais frequente) encontrar em algum momento condições inadequadas que fazem fronteira com ele para parar seu desenvolvi-mento, levando-o a sofrer atresia e degenerar até desaparecer do ovário. Figura 11: sequência da foliculogênese apresentando as diferentes estruturas que podemos encontrar em cada fase. Fonte: ZARCO, 2018. Culminação da ovogênese A ovogênese somente se completará quando um ovócito primário reinicia a meio-se; completa sua primeira divisão meiótica para formar um ovócito secundário e um primeiro corpo polar e, quando, finalmente sofrer uma segunda divisão meiótica para formar um óvulo e um segundo corpo polar. Os óvulos são as células 1n que constituem os gametas femininos, pouco numerosos, grandes e imóveis. A grande maioria dos ovóci-tos primários, como veremos mais adiante, nunca retomam a meiose e, em consequência, não chegam a formar ovócitos secundários, e muitos dos ovócitos secundários tampouco sofrem uma segunda divisão meiótica, pelo que não chegam a formar os óvulos. Ao longo da vida de uma fêmea, na maioria das espécies, menos de 0,1% dos ovócitos primários (um a cada mil) chega a terminar a ovogênese, dando origem a um óvulo. O supracitado deve-se a que a ovogênese somente pode retomar-se e ser completa-da em ovócitos primários que se encontram dentro dos folículos primordiais que (uma vez ativados) vão alcançando diversas etapas de seu desenvolvimento em momentos precisos aos que encontram as condições ideais de oxigenação, nutrição, vascularização e exposição a fatores parácrinos e a exposição a concentrações de hormônios que se requerem para que o folículo continue em cada etapa de seu desenvolvimento com o processo de foliculogênese até chegar a ovular. Qualquer folículo que não esteja nessas condições ao longo do desenvolvimento sofrerá degeneração e atresia, pelo que o ovócito primário em seu interior nunca chegará ao ponto em que pode retomar a primeira divisão meiótica. No que resta da presente seção revisaremos o processo de foliculogênese em cujo marco se desenvolve a ovogênese; havemos que tomar de conta que essa última se limita ao que ocorre nas células germinais (ovogonia, ovócito primário, secundário e óvulo), pelo qual depende intimamente do desenvolvimento do folículo de que essas células formam parte. Em um princípio a ativação do folículo primordial e o desenvolvimento folicular são independentes das gonadotropinas: não se conhecem os mecanismos precisos median-te os quais um folículo primordial se ativa e reinicia seu desenvolvimento, nem como se decide quais folículos, dentre as dezenas de milhares de ou centenas de milhares presentes em um ovário se reativarão em um dia em particular. A reativação trata-se de uma liberação de influência de fatores inibidores, já que os folículos primordiais se reativam espontaneamente quando cultivados in vitro, isolados do resto do tecido ovariano. Uma vez que um folículo primordial se ativa, inicia-se um longo processo de desenvolvimento que somente depois de vários meses (ao redor de cinco meses no caso dos bovinos) o levará a um estádio em que seu desenvolvimento posterior requer a presença das gonado-tropinas; daí que se diz que as primeiras etapas do desenvolvimento são independentes das gonadotropinas. Durante a fase independente de gonadotropinas, um folículo primordial que tenha sido ativado e tenha começado a crescer; passará primeiro para a etapa de folículo primá-rio, caracterizada por conter um ovócito primário que está rodeado, por sua vez, por uma capa de células da granulosa, que não são planas, e sim cúbicas. Depois, se o folículo continuar crescendo se transformará em um folículo secundário, ao qual as células da granulosa começam a proliferar (aumentando em número) e se organizam em duas ou mais capas que rodeiam o ovócito primário. Entre o ovócito e as células da granulosa que o rodeiam se forma nesta uma zona pelúcida; ainda assim o ovócito mantém contato direto com essas células, mediante o estabelecimento de pontes citoplasmáticas que atravessam a zona pelúcida. Através dessas pontes citoplasmáticas as células da granulosa podem passar nutrientes e informação ao ovócito primário. O volume e o diâmetro do ovócito primário aumentam ao mesmo tempo que as células da granulosa proliferam-se, para incrementar as capas ao redor do ovócito. De maneira gradual o citoplasma do ovócito primário aumenta até 50 vezes seu volume e a proliferação das células continua. Esses folículos que possuem cada vez mais células e portanto mais capas de células da granulosa se denominam folículos secundários. Para evitar confusões, há a necessidade de nomen-clatura ao qual o folículo vá mudando de nome de primordial a primário e logo, de secun-dário, a terciário, por sua vez, o ovócito que encontra-se em seu interior, a todo momento, segue sendo um ovócito primário. Durante a etapa dependente de gonadotropinas, os folículos secundários começam a formar um espaço cheio de líquido, o antro folicular, desse modo se convertem em folí-culos terciários. Com a utilização de outra nomenclatura, a formação do antro marca a transição entre folículos pré-antrais (sem antro) e folículos antrais (com antro). Em algum momento dessa transição entre folículo secundário e terciário, também aparece a depen-dência de folículos em direção as gonadotropinas, pelo qual somente podem seguir crescendo na presença do hormônio luteinizante (LH) e do hormônio folículo estimulante (FSH). Nos bovinos e em outras espécies (para seu estudo), os folículos antrais são dividi-dos em pequenos, médios e grandes. Embora todos eles possuam um antro folicular, dependendo do seu grau de desenvolvimento requerem diferentes concentrações de gona-dotropinas para continuar o crescimento. Os folículos antrais mais pequenos somente re-querem concentrações baixas de LH e FSH, pelo qual podem continuar crescendo em qualquer momento do ciclo estral inclusive em animais que não estão ciclando (fêmeas em anestro pré-puberal, gestacional, lactacional, estacional). Nas etapas posteriores os folículos antrais requerem primeiro concentrações elevadas de FSH, e nas etapas finais somente podem continuar crescendo na presença de pulsos frequentes de LH, pelo qual somente os folículos que encontram-se sob concentrações apropriadas desses hormônios podem seguir crescendo. Por essa razão, nos animais que se encontram em anestro de qualquer tipo somente é possível encontrar folículos antrais pequenos ou médios, segundo a espécie, e nos animais que se encontram ciclando (estro) o maior tamanho folicular encontrado em um determinado dia do ciclo dependerá das concentrações de FSH e LH presentes nesse momento e nos dias anteriores. Um folículo que chega ao estado máximo de desenvolvimento, conhecido como folículo pré-ovulatório, ao final, somente chegará a ovular se for exposto a um pico pré-ovulatório de LH. Como supracitado, cada dia na vida de uma fêmea inicia seu desenvolvimento um certo número de folículos; a grande maioria sofrem atresia, mas depois da puberdade em cada dia do ciclo estral um ou vários folículos vão encontrando ao longo do seu desenvol-vimento concentrações hormonais que lhes permite chegar na etapa de folículo pré-ovula-tório. Somente nestes folículos, e como consequência de um pico pré-ovulatório de LH, se reinicia e completa-se a primeira divisão meiótica do ovócito primário, produzindo duas células distintas. Uma delas é o ovócito secundário, que retém praticamente todo o citoplasma. Contém, assim mesmo, em seu núcleo um par de cromossomos duplos, a outra é o primeiro corpo polar, que é exclusivamente um núcleo com uma quantidade mínima de citoplasma. Na maioria das espécies ovula-se um ovócito secundário que se encontra, então, suspendido na segunda divisão meiótica. Esta segunda divisão meiótica somente reinicia-rá e completarar-se uma vez que o espermatozoide começa a penetrar sob o ovócito secundário. Ao concluir-se a divisão se forma o segundo corpo polar e completa-se a ovogênese com o qual se obtém o óvulo, célula 1n que constitui o gameta feminino. No entanto, o óvulo existe pouco tempo como tal, já que em poucos minutos/horas (depen-dendo da espécie) se produzirá a fusão do núcleo do mesmo (pró-núcleo feminino) com o do espermatozoide (pró-núcleo masculino), com o qual se completa a fertilização e se forma um novo indivíduo (o ovo ou zigoto). -/- Ondas foliculares -/- Como mencionado supra, todos os dias um determinado número de folículos pri-mordiais se ativam e começam a crescer, os quais crescem em um ritmo característico em cada espécie. Isso provoca que em qualquer momento existam nos ovários folículos pri-mordiais (que começam a crescer em alguns dias ou semanas), assim como folículos secundários em diversas etapas do desenvolvimento, os quais iniciaram seu desenvolvi-mento em semanas ou inclusive meses (segundo o grau de desenvolvimento atual). Também em qualquer momento poderá haver folículos antrais nas etapas iniciais de seu desenvolvimento (com antros que já se podem detectar em cortes histológicos mas não são visíveis macroscopicamente). Todos esses folículos chegaram até seu estado de de-senvolvimento atual (primário, secundário ou antral pequeno), independente da etapa do ciclo estral em que sejam observados ou encontrados. Nos bovinos, os folículos que chegam ao início da etapa antral iniciaram seu desenvolvimento cinco meses antes, e todavia requerem ao redor de 42 dias para chegar ao estado pré-ovulatório. Para continuar seu desenvolvimento, os folículos antrais pequenos devem encon-trar concentrações altas de FSH, que os estimulam para prosseguir o crescimento. Cada vez que se produz uma elevação nas concentrações de FSH, esse hormônio estimula o desenvolvimento de um grupo de folículos antrais pequenos, que começaram a crescer muito tempo antes e que o dia da elevação de FSH tenha alcançado o grau de desenvolvi-mento preciso para responder com eficiência a este hormônio, o qual atuará através de seus receptores nas células da granulosa para estimular a produção de estradiol, a secreção de inibina, a produção de líquido folicular e a proliferação das células da granulosa. Um grupo de folículos antrais pequenos é assim recrutado pelo FSH para acelerar seu cresci-mento e aumentar sua produção de estradiol e inibina (figura 12). Mediante um seguimento ultrassonográfico dos ovários é possível identificar pou-cos dias depois um certo número de folículos, que por haver sido recrutados começam um período de crescimento acelerado. Durante alguns dias vários folículos crescem juntos, porém depois um deles é selecionado para continuar crescendo, enquanto que o restante do grupo deixam de fazê-lo e terminam sofrendo atresia. Através da ultrassom é possível identificar o folículo selecionado, agora chamado folículo domi-nante, já que sua trajetória de crescimento sofre um desvio com respeito a seguida pelo restante do grupo. Os folículos que não foram selecionados deixam de crescer e sofrem atresia já que deixam de possuir o suporte gonadotrópico de FSH, uma vez que as concentrações desse hormônio são suprimidos pela inibina e o estradiol produzidos pelo conjunto de folículos que conformam a onda folicular (figura 12), porém o folículo mais desenvolvido do grupo se converterá em dominante. A inibina atua diretamente a nível hipofisário para reduzir a secreção de FSH. Figura 12: onda folicular e relação dos níveis de FSH, estradiol e LH. Fonte: ZARCO, 2018. -/- Figura 13: Recrutamento, seleção e dominação folicular na espécie ovina e influência do FSH e LH nas fases. Fonte: SILVA, E. I. C. da, 2019. -/- A razão pela qual o folículo dominante é capaz de continuar seu desenvolvimento apesar da baixa nas concentrações de FSH é que o folículo é o único que alcançou o grau de progresso necessário para que apareçam os receptores para LH em suas células da granulosa. Esse processo permite ao folículo dominante ser estimulado pela LH, e que requeira baixas concentrações de FSH para manter seu desenvolvimento. A secreção de LH em forma de pulsos de baixa frequência (um pulso a cada quatro a seis horas), característica da fase lútea do ciclo estral; é suficiente para permitir que um folículo dominante continue crescendo por mais dias depois da sua seleção e que mais tarde mantenha-se viável durante alguns dias embora não aumentem de tamanho. Contu-do, se durante o período viável desse folículo não seja finalizada a fase lútea e não diminuam as concentrações de progesterona, o folículo terminará sofrendo atresia devido a exigência de um padrão de secreção acelerada de LH (aproximadamente um pulso por hora) durante o desenvolvimento pré-ovulatório, que somente pode ser produzido com a ausência da progesterona. Uma vez que um folículo dominante sofre atresia deixa de produzir inibina, pelo qual as concentrações de FSH podem elevar-se novamente para iniciar o recrutamento de outro grupo de folículos a partir da qual se origina uma nova onda folicular. Durante o ciclo estral de uma vaca podem gerar-se dois ou três ondas foliculares; somente em raros casos quatro. A etapa de dominância folicular da primeira onda na grande maioria dos casos não coincide com a regressão do corpo lúteo, pelo qual o primei-ro folículo dominante quase invariavelmente termina em atresia. Em algumas vacas o fo-lículo dominante da segunda onda ainda está viável quando se produz a regressão do corpo lúteo e acelera-se a secreção de LH, pelo qual esse segundo folículo dominante se converte em folículo pré-ovulatório e, ao final ovula. Em outros animais o segundo folícu-lo dominante também perde a sua viabilidade antes da regressão do corpo lúteo, por onde nesses animais se inicia uma terceira onda folicular, da qual surge o folículo que finalmen-te ovulará depois de produzir-se a regressão do corpo lúteo. Sem importar a onda em que se origine, uma vez que um folículo dominante é ex-posto a alta frequência de secreção de LH que se produz depois da regressão do corpo lúteo, aumenta ainda mais sua secreção de estradiol até que as altas concentrações desse hormônio comecem a exercer um feedback positivo para a secreção do LH. Isso provoca-rá a aceleração da frequência de secreção do LH até que os pulsos são tão frequentes que começam a ficar por cima e produzir-se o pico pré-ovulatório de LH, que é responsável pela realização da ovulação e a maturação final do ovócito. -/- •___DIFERENÇAS ENTRE ESPERMATOGÊNESE E OVOGÊNESE -/- Enquanto que na fêmea a ovogênese inicia-se durante a vida fetal, no macho a es-permatogênese começa na puberdade. Na fêmea, a partir de um ovócito primário se origi-na um óvulo; no macho, de um espermatócito primário se produzem, teoricamente, quatro espermatozoides. Outra característica interessante é que enquanto a fêmea já conta desde o nasci-mento com todos os ovócitos que necessitará na vida adulta, o macho necessitará chegar a puberdade para iniciar o desenvolvimento das células sexuais, já que ao nascer somente possui gonócitos precursores das células germinais, células de Sertoli e intersticiais. Na vida adulta de uma fêmea, o número de células germinais desaparece paulati-namente. Uma vez iniciada a espermatogênese no macho, a cada ciclo do epitélio seminí-fero as células germinais são renovadas mantendo a provisão para toda a vida reprodutiva. Na fêmea, a meiose sofre duas interrupções em seu transcurso, e no macho é ininterrupta. Figura 14: representação em diagramação comparativa do desenvolvimento da gametogênese. -/- Principais pontos abordados sobre as diferenças entre a gametogênese masculina e feminina: ❙ Na ovogênese a meiose contêm-se em duas ocasiões esperando acontecimentos externos para prosseguir. Já na espermatogênese não existe a suspensão da meiose. ❙ A espermatogênese é um processo contínuo, enquanto que a ovogênese pode completar exclusivamente um óvulo em cada ciclo estral; já que só pode ser completada por mais de um nas espécies que ovulam vários ovócitos no caso das porcas, cadelas, gatas etc. ❙ Na espermatogênese existem células de reserva que permitem a continuação du-rante toda a vida, enquanto que na ovogênese o número de ovócitos primários é limitado. A fêmea somente conta com os que nasceu, e eles não se dividem. ❙ Na espermatogênese obtém-se até 256 espermatozoides para cada espermatogo-nia que inicia o processo, enquanto que na ovogênese somente se obtém um óvulo a partir de cada ovócito primário. ❙ Durante a espermatogênese se produz uma metamorfose que transforma as es-permátides em espermatozoides. Na ovogênese não ocorre um processo análogo. ❙ Na espermatogênese, durante a meiose produzem-se quatro espermátides a partir de cada espermatócito primário. Na ovogênese se produz somente um óvulo a partir de cada ovócito primário; produz, ademais, dois corpos polares. ❙ Todos os óvulos que se produzem durante a ovogênese contém um cromossomo X, enquanto que a metade dos espermatozoides possuem um cromossomo Y e a outra metade um cromossomo X. ❙ Na espermatogênese produzem-se centenas ou dezenas de milhões de esperma-tozoides por dia, enquanto que na ovogênese se produz um ou alguns óvulos a cada ciclo estral. ❙ A espermatogênese produz gametas macroscópicos e com motilidade própria, enquanto que a ovogênese produz gametas grandes e imóveis. -/- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS -/- ABDEL-RAOUF, Mohammed et al. The postnatal development of the reproductive organs in bullswith special reference to puberty.(Including growth of the hypophysis and the adrenals). Acta endocrinologica, n. Suppl No. 49, 1960. ADONA, Paulo Roberto et al. Ovogênese e foliculogênese em mamíferos. Journal of Health Sciences, v. 15, n. 3, 2013. AERTS, J. M. J.; BOLS, P. E. 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DESENVOLVIMENTO EMBRIONÁRIO E DIFERENCIAÇÃO SEXUAL -/- E. I. C. da Silva Departamento de Agropecuária – IFPE Campus Belo Jardim Departamento de Zootecnia – UFRPE sede -/- 1.1 INTRODUÇÃO O sexo foi definido como a soma das diferenças morfológicas, fisiológicas e psicológicas que distinguem o macho da fêmea permitindo a reprodução sexual e assegurando a continuidade das espécies. Os processos de diferenciação sexual são realizados durante o desenvolvimento embrionário, onde ocorre a proliferação, diferenciação e maturação das células germinativas e primordiais, precursoras (...) de ovócitos e espermatozoides em fêmeas e machos, respectivamente. Assim, os embriões machos e fêmeas iniciam o seu desenvolvimento de forma semelhante, de modo que em ambos os sexos se estabelecem em estruturas idênticas a partir das quais se formarão os órgãos reprodutores correspondentes a cada sexo. O conhecimento da origem e do desenvolvimento do aparelho genital é indispensável para entender sua função e as alterações que produzem infertilidade ou esterilidade. 1.2 DETERMINAÇÃO DO SEXO CROMOSSÔMICO Nos mamíferos, o sexo cromossômico é determinado no momento da fertilização, quando um óvulo, que contém um cromossomo X, é fecundado por um espermatozoide portador de um cromossomo X ou um cromossomo Y. No primeiro caso, o complemento cromossômico seria XX, o que originaria uma fêmea (sexo homogamético), e no segundo daria como resultado um macho com a fórmula cromossômica XY (sexo heterogâmico). 1.3 A GÔNADA INDIFERENCIADA A primeira manifestação das gônadas se aprecia no embrião em forma de um par de eminências longitudinais chamadas cristas ou dobras gonodais, situadas em ambos os lados da linha média entre os mesonefros (rins em desenvolvimento) e do mesentério dorsal. Nos embriões dos mamíferos, as células germinativas primordiais (CGP) manifestam-se em estágios precoces do desenvolvimento, podendo ser detectadas pela primeira vez na metade da gastrulação. As CGP são células grandes, de citoplasma claro e núcleo grande e redondo, localizadas na parede do saco vitelino, perto do alantoide. Essas células possuem grande capacidade de proliferação e vão migrar desde o endoderma do intestino e o epitélio do saco vitelino, através do mesentério, até as cristas gonodais. Isso ocorre por volta do 26° dia da gestação no bovino. Sua migração realiza-se graças aos movimentos de translocação passiva e deslocamento ameboide ativo. Desconhece-se o mecanismo pelo qual estas células são dirigidas para as cristas gonodais, porém foram estudadas algumas moléculas que se expressam durante sua migração e que poderiam desempenhar um papel importante na diferenciação deste tipo celular. A fosfatase alcalina é uma enzima que tem sido usada como marcador de CGP para determinar a sua origem e migração. Num estudo recente, foi inserido um marcador fluorescente que se exprime unicamente nas células germinativas primordiais de embriões transgênicos, e utilizando este marcador e a fosfatase alcalina determinou-se a origem e o padrão de migração destas células. O primeiro sinal de diferenciação das células germinativas primordiais é a expressão de fosfatase alcalina, e esta apareceu pela primeira vez na parte mais posterior da linha primitiva. No sétimo dia de desenvolvimento no embrião do camundongo, o endoderma visceral (AF+) é substituído pelo endoderma definitivo (AF-) originado na parte anterior da linha primitiva. O fator de transcrição Oct-4 é expresso nas CGP de ambos os sexos, pelo que acredita-se estar envolvido na mantença a totipotêncialidade das células. O receptor tirosina quinase, cujo ligante é o fator de Steel, é outra das moléculas que expressam as CGP. Tem sido demonstrado que este receptor possui um papel muito importante na sobrevivência deste tipo celular. Existem outros fatores que promovem a sobrevivência e/ou proliferação de CGP in vitro. Em experiências realizadas com o fator de transformação beta I (TGFβ-I), observou-se que este tem um efeito negativo sobre a proliferação das CGP. Outra atividade que tem sido postulada a este fator é o de um agente quimioatraente que possivelmente possa direcionar a migração destas células para a gônada. a) Um formado pelas células germinativas primordiais (precursoras dos gametas masculinos ou femininos), rodeadas de células somáticas das quais posteriormente se derivarão as células de Sertoli no macho e as células da granulosa na fêmea. b) O tecido que formará o estroma da gônada: tecido conjuntivo, vasos sanguíneos e as células intersticiais com atividade esteroidogênica (células de Leydig no testículo e a teca interna do ovário). As células somáticas do primórdio gonodal originam-se do mesoderma. Inicialmente são de três tipos: mesenquimáticas, mesoteliais e endoteliais. As células mesenquimáticas e mesoteliais iniciam grande atividade proliferativa ao chegar as CGP. Observa-se então uma condensação de células de origem mesotelial e mesenquimatoso que forma um agregado compacto denominado "blastema gonodal". A partir deste primórdio embrionário, diferenciam-se dois tecidos gonodais: os cordões sexuais e o estroma. Os cordões sexuais são arranjos epiteliais que se encontram delimitados por uma folha basal, e dentro deles encontramos as CGP. Por sua vez, no estroma encontram-se células do tipo mesenquimático e vasos sanguíneos. Neste momento, as gônadas são indiferenciadas e bipotencialmente sexuais, sendo impossível diferenciar, morfologicamente, uma gônada masculina de uma feminina, mas no caso dos machos genéticos já existe uma diferenciação da gônada a nível molecular. Nesta fase já se encontram presentes as estruturas das quais se desenvolvem os dutos mesonéfricos ou de Wolff precursores do aparelho genital masculino e os dutos paramesonéfricos ou de Müller que darão origem ao aparelho reprodutor feminino. Há uma série de fatores envolvidos no desenvolvimento precoce da gônada, entre os quais o fator esteroidogênico I (SFI: Steroidogenic fator l), que é um membro da subfamília de receptores nucleares, receptores órfãos. Este fator de transcrição tem um local de ligação ao DNA composto por dois dedos-de-Zinc. O SFI foi identificado como um ativador de genes envolvidos na biossíntese de esteroides em diferentes células. O SFI está presente durante o desenvolvimento embrionário em regiões associadas com funções endócrinas como gônadas, adrenais, pituitárias e hipotálamos. Os animais homozigotos para o gene SFI defeituoso, necessitam de gônadas e adrenais e têm a função gonadotrófica alterada. Os ratos sem SFI carecem de gonadotrofos e têm um desenvolvimento anormal do núcleo ventro-medial do hipotálamo; em particular as gônadas deixam de se desenvolver entre os dias 11 a 15 e degeneram-se por apoptose. No entanto, a crista genital forma-se e é colonizada pelas células germinativas, o que indica que estas continuam a receber o sinal adequado para a sua migração. Portanto, o SFI não está envolvido no desenvolvimento precoce da gônada e do sistema urogenital, mas parece estar envolvido na manutenção do crescimento das células somáticas presentes na gônada indiferenciada. O gene associado ao tumor de Wilms (WTI: Wilm's tumor Associated) está envolvido no desenvolvimento da gônada e do rim. Durante o desenvolvimento embrionário, WTI se expressa em todo o mesoderma intermediário e posteriormente na gônada indiferenciada, bem como no rim em formação. WTI regula o sinal indutivo do mesênquima para o epitélio celômico dos mesonefros. Se este for o caso, então WTI é responsável pelo crescimento da crista genital ao dirigir a entrada do epitélio celômico. Dado que estas células darão origem às células de Sertoli, a carência de WTI pode causar o desenvolvimento de embriões XY como fêmeas simplesmente porque não se formam as células de Sertoli. Em geral, todos os genes importantes na diferenciação do mesoderma intermediário e do sistema urogenital intervêm no desenvolvimento da gônada precoce. 1.4 DIFERENCIAÇÃO GONODAL O desenvolvimento das gônadas e ductos genitais descritos até o momento, é o mesmo para ambos os sexos. Igualmente, os genes descritos, que estão envolvidos no desenvolvimento das gônadas, ductos genitais e migração das células germinativas, afetam igualmente os embriões com genótipo XX ou XY. A gônada primitiva consiste anatomicamente de uma medula (interna) e uma crosta (externa), e de acordo com o local onde ocorre a colonização das células germinativas, diferenciara em testículo ou um ovário, respectivamente. Nos mamíferos, a primeira manifestação estrutural de diferenciação sexual é detectada na gônada dos machos, onde as células germinativas estão localizadas na medula. A diferenciação do testículo inicia-se quando os cordões sexuais se separam do epitélio celômico como consequência dos arranjos produzidos por uma invasão do mesênquima e vasos sanguíneos que provoca a compactação dos cordões, agora denominados cordões testiculares. As células que rodeiam os cordões se achatam e formam as células mioides, que são responsáveis pela formação das membranas basais. As células do epitélio interno, ou seja, as células de Sertoli, têm duas funções principais: o suporte das CGP e a síntese da hormona antimulleriana, responsável pela regressão dos ductos de Müller e secretada durante o período de diferenciação sexual. As células do estroma que rodeiam os cordões testiculares diferenciam-se para formar vários tipos de células: células mioides, fibroblastos, endotélio e células de Leydig, que são as mais importantes pela sua atividade endócrina. Posteriormente, os cordões testiculares dão origem aos túbulos seminíferos, que contêm o epitélio que produzirá os espermatozoides ao chegar à puberdade. Na fêmea, durante os estágios iniciais de diferenciação gonodal, não se observam mudanças em relação à gônada indiferenciada, só pode-se observar um certo crescimento devido à proliferação de células somáticas e germinativas. As células germinativas iniciam um período de proliferação, que termina com o início da meiose. Iniciada a meiose, dá-se o processo de foliculogênese; neste momento os cordões epiteliais se fragmentam, de tal maneira que cada ovócito fica rodeado de células epiteliais cobertas por uma folha basal fina (figura 1). Para que a gônada primitiva se desenvolva em testículo é indispensável a presença do cromossoma Y, independentemente do número de cromossomas X que contenha o genoma de um indivíduo. O gene determinante do testículo encontra-se localizado no cromossoma Y, denominado sry em ratos e SRY em humanos. O gene sry se expressa durante o desenvolvimento embrionário na crista genital de embriões de camundongos. A expressão é detectável no dia 10,5, pouco depois do aparecimento das cristas genitais, atinge o seu máximo durante o dia 11,5 e mantém-se até pouco depois de ocorrerem os primeiros sinais morfológicos de diferenciação testicular no dia 12,5. Este padrão de expressão é compatível com a teoria de que sry atua induzindo a ativação dos genes (figura 2) que conduzem ao desenvolvimento testicular, sem que exista a necessidade da expressão contínua de sry para manter a diferenciação do testículo após o dia 12,5. Como mencionado anteriormente, a gônada primitiva é composta por vários tipos de células. No entanto, as células germinativas primordiais não são o local de expressão do sry, já que os embriões que necessitam de células germinativas mantêm a expressão de sry e desenvolvem o sexo gonodal normalmente. As células somáticas na gônada em desenvolvimento incluem também as células de suporte. Sabe-se que é nestas células que o sry é expresso para que se diferenciem em células de Sertoli, e a expressão transitória de sry indica que deve ativar a outros genes para a manutenção das células de Sertoli. Uma vez diferenciadas as células de Sertoli, elas se encarregarão da diferenciação do resto das células na gônada. -/- Figura 1: Representação da diferenciação dos órgãos genitais internos. Adaptado de BRONSON, 1989. Figura 2: Cascada de genes envolvidos na diferenciação sexual, adaptado de KOOPMAN, 1999. O fator sry é necessário para a diferenciação do testículo. Embora não se conheçam os genes que provavelmente regulam esse gene, estudos realizados em camundongos demonstram que este gene parece coordenar-se com certos genes autossômicos. Entre estes genes autossômicos, o sox9, que é produzido pelas células de Sertoli uma vez que são estimuladas por sry, de modo que sox9 é um dos genes relacionados estruturalmente com sry. O Sox9 funciona como um fator de transcrição, mas não se sabe se a proteína tem qualquer outra função estrutural; este gene exprime-se abundantemente nos condrócitos e está relacionado com defeitos do aparelho ósseo chamados displasia campomélica. Curiosamente, os pacientes XY com esta condição sofrem frequentemente de reversão do sexo. O Sox9 é um dos poucos genes, além do SRY, do qual as mutações demonstraram interferir com a determinação sexual masculina. No entanto, apenas 75% dos pacientes com anomalias esqueléticas de tipo displasia campomélica têm reversão sexual e não foram encontrados casos de reversão sexual devido a um defeito de Sox9 que não seja acompanhado de defeitos esqueléticos. Isso indica que o Sox9 é apenas um membro da rede de genes que são ativados para determinar a diferenciação sexual, enquanto a rota que rege a condrogênese é mais sensível a perturbações deste. O momento em que se detecta a expressão do gene Sox9 (11dpc em ratos) coincide com a máxima expressão de sry, o que poderia indicar a possibilidade de que sry regule positivamente a Sox9. De fato, na região do promotor de Sox9 há um local de união ao que potencialmente se pode unir o sry. A expressão de Sox9 durante a diferenciação sexual sugere um papel abaixo de sry na diferenciação das células de Sertoli. O cromossoma X também é importante na diferenciação gonodal. O gene DAX-I foi isolado do lócus DSS (Dosage sensitive sex reversal) do cromossoma X. DAX-I é parte da cascata de determinação sexual, mas não é necessário para a formação do testículo. DAX-I é um membro dos receptores nucleares conhecidos como receptores órfãos. Este gene demonstrou ser um poderoso repressor da transcrição de SFI e de vários genes. Os padrões de expressão de DAX-I são complementares daqueles de SFI, ambos expressos nas cristas genitais. Em resumo, dada a evidência exposta, desenvolveu-se a hipótese de que DAX-I é um antagonista de sry; esse antagonismo é dependente dos níveis relativos de DAX-I e sry e de um limiar que varia de espécie para espécie. A DAX-I foi classificada como o gene antitestículo. Na fêmea (cariótipo XX) é importante que ocorra a inativação de um dos cromossomas sexuais X para que se mantenha o equilíbrio genético ao igualar o conteúdo de DNA dos cromossomas. Esse cromossoma inativado constitui o chamado corpúsculo de Barr. No entanto, para que a meiose se realize, é necessário dos dois cromossomas X ativos nos ovócitos para assegurar a diferenciação ovárica e a fertilidade. 1.5 DIFERENCIAÇÃO DOS DUCTOS SEXUAIS O embrião possui, além das gônadas indiferenciadas, dois sistemas de ductos: os de potencialidade masculina denominam-se ductos de Wolff ou mesonéfricos, e os de potencialidade feminina se chamam ductos de Müller ou paramesonéfricos (figura 1). Se a diferenciação gonodal levou à formação de um testículo, a partir do ducto mesonéfrico ou de Wolff se desenvolverão os ductos eferentes, o epidídimo, os ductos deferentes e as vesículas seminais. As hormonas importantes no desenvolvimento do aparelho genital masculino são a testosterona, produzida pelas células de Leydig, e sua forma 5α reduzida, a 5α di-hidrotestosterona. Acredita-se que a testosterona é responsável pela virilização dos ductos de Wolff, e a di-hidrotestosterona dos órgãos genitais externos. No macho, os canais de Müller atrofiam-se devido à ação de uma hormona fetal de origem testicular denominada hormona inibidora das estruturas de Müller (HIM) ou hormona antimulleriana. Este processo começa assim que os cordões espermáticos se formam e se diferenciam as células de Sertoli. A existência de HIM foi proposta baseada em estudos realizados em bezerras freemartin, devido à existência de uma hormona responsável pela atresia dos ductos de Müller que na fêmea dá origem ao útero e aos ovidutos. Essa hormona provoca a involução do aparelho genital do bovino nas gestações gemelares nas quais os produtos de diferente sexo têm comunicação sanguínea por ter ocorrido a anastomose dos vasos de ambas as placentas (figura 3). A HIM é uma glicoproteína pertencente à subfamília de TGFβ, é expressa pelas células que darão origem às células de Sertoli e é um dos primeiros marcadores de diferenciação nestas células. A HIM é secretada na vida adulta pelas células de Sertoli no testículo e por células da granulosa no ovário. No rato a HIM é expressa-se no 12° dia em um teste padrão que segue muito de perto o aumento na expressão de sry. No macho, esta secreção de HIM continua durante a vida fetal e adulta, contudo os níveis de HIM declinam na puberdade devido a um aumento na secreção de testosterona. Vários fatores intervêm na regulação do gene de HIM, incluindo os acima descritos SFI e Sox9. O gene HIM contém segmentos de DNA que são conservados em várias espécies de vertebrados. Existe um nexo de ligação para SFI, que ativa a transcrição de HIM. A mutação no local de ligação de SFI resulta em reversão do sexo em indivíduos XY incluindo genitais femininos normais, presença de um útero formado enfatizando a importância de SFI na determinação sexual e na expressão de HIM. Embora SFI seja um bom candidato como regulador de HIM, é expresso em outras células, como as de Leydig e adrenais, que não expressam HIM. Em contrapartida, Sox9 é expresso unicamente nas células de Sertoli que são as produtoras de HIM. O gene HIM também tem um nexo de ligação para Sox9. Além disso, Sox9 pode atuar sinergicamente com SFI para promover a secreção de HIM. Ao contrário destes dois fatores de transcrição, DAX-I antagoniza a ação de Sox9 e provavelmente SFI sobre o promotor de HIM. Assim, para que as células de Sertoli secretem HIM, a transcrição de DAX-I deve diminuir. Figura 3: Representação da diferenciação dos órgãos genitais externos. Adaptado de BRONSON, 1989. Os ductos de Wolff tornam-se o sistema de ejaculação do macho. A porção mais próxima dos testículos dá origem ao epidídimo, a parte central ao ducto deferente e a porção mais distal às vesículas seminais. A próstata e a parte membranosa da uretra do macho desenvolvem-se a partir da porção pélvica do seio urogenital. A virilização e diferenciação dos ductos de Wolff dependem da produção de testosterona pelo testículo. Quanto aos órgãos genitais externos do macho, o tubérculo genital é ampliado e as dobras uretrais se fundem para formar a uretra peniana. A fusão das dobras uretrais aproxima os tubérculos genitais para formar o escroto (figura 4). Figura 4: Diferenciação do aparelho genital da fêmea e do macho. Adaptado de KOOPMAN, 1989. A diferenciação dos órgãos genitais da fêmea ocorre de forma passiva, já que a ausência de testículos e por isso da hormona inibidora dos ductos de Müller (HIM), assim como dos andrógenos virilizantes, favorece o desenvolvimento dos ductos de Müller, enquanto os de Wolff sofrem atrofia. A porção cefálica dos ductos de Müller dá origem aos ovidutos, que na sua terminação caudal se fundem com o útero. O contato dos ductos de Müller com o seio urogenital induz uma intensa proliferação celular que resulta na formação da área uterovaginal localizado entre o seio urogenital e os ductos de Müller. As células do prato uterovaginal proliferam e aumentam a distância entre as duas estruturas criando o espaço que formará a vagina quando o prato é canalizado e forma um lúmen. Em contraste com o que ocorre no macho, na fêmea a maior parte do seio urogenital se mantém exposta na superfície da abertura onde desembocam a vagina e a uretra. O tubérculo urogenital da fêmea tem um crescimento limitado e forma o clitóris. A sequência de passos da diferenciação sexual do aparelho genital é resumida na tabela 1. Tabela 1: Destino em desenvolvimento dos rudimentos sexuais dos fetos macho e fêmea dos mamíferos -/- Rudimento sexual Macho Fêmea Gônada Testículo Ovário Ductos de Müller (Paramesonéfricos) Vestígios Útero, parte da vagina, ovidutos Ductos de Wolff (Mesonéfricos) Ductos eferentes deferentes, epidídimo, vesículas seminais Vestígios Seio urogenital Uretra, próstata, glândulas bulbouretrais Parte da vagina, uretra, vestíbulo, glândulas vestibulares Tubérculo genital Pênis Clitóris Pregas vestibulares Escroto Lábios vulvares Fonte: HAFEZ, 2004. 1.6 DIFERENCIAÇÃO SEXUAL DO HIPOTÁLAMO Os processos de diferenciação sexual não se limitam apenas às células somáticas do organismo do feto, mas incluem também os centros nervosos superiores do cérebro. Assim, da mesma maneira que a gônada e os ductos sexuais se desenvolvem para o tipo feminino ou masculino, propôs-se que o cérebro pode ser "masculinizado" ou permanecer "Feminizado". A diferenciação do hipotálamo vai depender do ambiente esteroidal do neonato e ocorre na fase perinatal. Estes eventos serão de grande transcendência na vida reprodutiva do indivíduo. Tanto a fêmea como o macho nascem com a capacidade de secreção de gonadotropinas de acordo com um padrão cíclico; contudo, no macho, a exposição do hipotálamo à ação dos andrógenos testiculares durante os primeiros dias da vida extrauterina provoca a masculinização, com o qual o hipotálamo do macho é programado para que a secreção de gonadotropinas se realize a um ritmo relativamente constante por parte da hipófise (secreção tônica). Na fêmea, tanto a secreção tônica como a cíclica se conservam. No entanto, observou-se que a injeção de testosterona ou o transplante de testículo na rata fêmea durante os primeiros dias de vida, suprime a sua futura atividade estral (secreção cíclica). Por outro lado, se os ovários forem transplantados para o rato macho normal castrado na idade adulta, o animal não desenvolve qualquer atividade cíclica, mas se os machos transplantados forem castrados ao nascer, o ovário é capaz de efetuar mudanças cíclicas e ovulações. Isto foi demonstrado em roedores, mas não em animais domésticos ou na espécie humana. Portanto, o padrão de secreção de gonadotropinas, seja cíclico ou tônico, não depende da hipófise, mas do hipotálamo e sua correta diferenciação. 1.7 CONCLUSÕES A maioria dos conhecimentos no campo da biologia do desenvolvimento e, muito especificamente, dos processos de diferenciação sexual têm sido originados de estudos relacionados com desordens congênitas, que na sua maioria devem-se a defeitos de genes específicos. A análise detalhada destas desordens permitiu entender alguns mecanismos endócrinos, moleculares e genéticos envolvidos na diferenciação sexual. A identificação do gene sry como determinante do testículo foi uma contribuição crucial e abriu as portas à compreensão dos mecanismos moleculares e celulares relacionados com o desenvolvimento do testículo. Se este gene não estiver presente, é criado um programa genético alternativo para levar a cabo a diferenciação gonodal para o ovário. Finalmente, devemos ter presente que é necessária uma correlação entre mudanças morfológicas e expressão de genes durante o desenvolvimento para entender os mecanismos relacionados com a diferenciação. -/- Apoio -/- Realização -/- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANDERSON, Robert et al. The onset of germ cell migration in the mouse embryo. Mechanisms of development, v. 91, n. 1-2, p. 61-68, 2000. AUSTIN, Colin Russell; SHORT, R. V. Reproduction in Mammals: Volume 1, Germ Cells and Fertilization. Londres: Cambridge University Press, 1972. BRONSON, Franklin H. Mammalian reproductive biology. Chicago: University of Chicago Press, 1989. BUEHR, Mia. The primordial germ cells of mammals: some current perspectives. Experimental cell research, v. 232, n. 2, p. 194-207, 1997. BYSKOV, Anne G. Differentiation of mammalian embryonic gonad. Physiological reviews, v. 66, n. 1, p. 71-117, 1986. CAPEL, Blanche et al. Migration of mesonephric cells into the mammalian gonad depends on Sry. Mechanisms of development, v. 84, n. 1-2, p. 127-131, 1999. CAPEL, Blanche. The battle of the sexes. Mechanisms of development, v. 92, n. 1, p. 89-103, 2000. DERIVAUX, Jules; BARNABÉ, Renato Campanarut. Reprodução dos animais domésticos. Zaragoza: Acribia, 1980. DOMENICE, Sorahia et al. Aspectos moleculares da determinação e diferenciação sexual. Arquivos Brasileiros de Endocrinologia & Metabologia, v. 46, n. 4, p. 433-443, 2002. DONAHOE, Patricia K. et al. Mullerian inhibiting substance activity in bovine fetal, newborn and prepubertal testes. Biology of reproduction, v. 16, n. 2, p. 238-243, 1977. HAFEZ, Elsayed Saad Eldin; HAFEZ, B. Reprodução animal. São Paulo: Manole, 2004. HANLEY, Neil A. et al. Steroidogenic factor 1 (SF-1) is essential for ovarian development and function. Molecular and cellular endocrinology, v. 163, n. 1-2, p. 27-32, 2000. HIORT, Olaf; PAUL-MARTIN, H. The molecular basis of male sexual differentiation. European journal of endocrinology, v. 142, n. 2, p. 101-110, 2000. HOLY, Lubos; MARTÍNEZ JÚSTIZ, G. Colab. Biología de la reproducción bovina. Havana: Revolucionária, 1975. JOSSO, Nathalie et al. The role of anti-Müllerian hormone in gonadal development. Molecular and cellular endocrinology, v. 145, n. 1-2, p. 3-7, 1998. JOST, Alfred et al. Studies on sex differentiation in mammals. In: Proceedings of the 1972 Laurentian Hormone Conference. Londres: Academic Press, 1973. p. 1-41. KNOBIL, Ernst. 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The epistemological situation of a single cell is considered. In chemotaxis, the relation between perception and action is found to be lawful and bidirectional. Consideration of the perception/action relation allows a characterization of the phe- nomenal world of the cell. This phenomenal world is grounded in perceptual distinctions that are relevant to the sustained vi- ability of the cell. Moving up the phylogenetic chain, this lawfulness, and its relation to the phenomenal world of ex- perience, is found (...) to be essentially unchanged in multicellular organisms. Nervous systems add some innovation, in allow- ing distal responses and the non-linear combination of infor- mation, but from cell to human, the differentiation of the phe- nomenal world is found to arise from the lawfulness of the perception/action relation, which in turn reflects the biologi- cal constitution of the organism, and not a pre-given objec- tive world. This recognition suggests that rather than looking within the nervous system for representations of pre-given, ex- ternal, entities, one might do better to explore the fit between the function of the nervous system and the phenomenal, mean- ingful, world encountered by the organism in experience. (shrink)

(Recipient of the 2020 Everett Mendelsohn Prize.) This article revisits the development of the protoplasm concept as it originally arose from critiques of the cell theory, and examines how the term “protoplasm” transformed from a botanical term of art in the 1840s to the so-called “living substance” and “the physical basis of life” two decades later. I show that there were two major shifts in biological materialism that needed to occur before protoplasm theory could be elevated to have equal (...) status with cell theory in the nineteenth century. First, I argue that biologists had to accept that life could inhere in matter alone, regardless of form. Second, I argue that in the 1840s, ideas of what formless, biological matter was capable of dramatically changed: going from a “coagulation paradigm” that had existed since Theophrastus, to a more robust conception of matter that was itself capable of movement and self-maintenance. In addition to revisiting Schleiden and Schwann’s original writings on cell theory, this article looks especially closely at Hugo von Mohl’s definition of the protoplasm concept in 1846, how it differed from his primordial utricle theory of cell structure two years earlier. This article draws on Lakoff and Johnson’s theory of “ontological metaphors” to show that the cell, primordial utricle, and protoplasm can be understood as material container, object, and substance, and that these overlapping distinctions help explain the chaotic and confusing early history of cell theory. (shrink)

“Stem Cells Dependently Arising and Empty” May 2021, Buddhism and Culture (a Korean-language Buddhist magazine sponsored by the Foundation for the Promotion of Korean Buddhism), Korea.

Talk of different types of cells is commonplace in the biological sciences. We know a great deal, for example, about human muscle cells by studying the same type of cells in mice. Information about cell type is apparently largely projectible across species boundaries. But what defines cell type? Do cells come pre-packaged into different natural kinds? Philosophical attention to these questions has been extremely limited [see e.g., Wilson (Species: New Interdisciplinary Essays, pp 187–207, 1999; Genes and the Agents (...) of Life, 2005; Wilson et al. Philos Top 35(1/2):189–215, 2007)]. On the face of it, the problems we face in individuating cellular kinds resemble those biologists and philosophers of biology encountered in thinking about species: there are apparently many different (and interconnected) bases on which we might legitimately classify cells. We could, for example, focus on their developmental history (a sort of analogue to a species’ evolutionary history); or we might divide on the basis of certain structural features, functional role, location within larger systems, and so on. In this paper, I sketch an approach to cellular kinds inspired by Boyd’s Homeostatic Property Cluster Theory, applying some lessons from this application back to general questions about the nature of natural kinds. (shrink)

One shortcoming of the chain rule is that it does not iterate: it gives the derivative of f(g(x)), but not (directly) the second or higher-order derivatives. We present iterated differentials and a version of the multivariable chain rule which iterates to any desired level of derivative. We first present this material informally, and later discuss how to make it rigorous (a discussion which touches on formal foundations of calculus). We also suggest a finite calculus chain rule (contrary to Graham, Knuth (...) and Patashnik's claim that "there's no corresponding chain rule of finite calculus"). (shrink)

Recent advances in stem cell research suggest that in the future it may be possible to create eggs and sperm from human stem cells through a process that we term in vitro gametogenesis (IVG). IVG would allow treatment of some currently untreatable forms of infertility. It may also allow same-sex couples to have genetically-related children. For example, cells taken from one man could potentially be used to create an egg, which could then be fertilised using naturally produced sperm from (...) another man to create a genetically-related child with half of its DNA from each of the men. In this chapter, we consider whether this technology could justifiably be denied to same-sex couples if it were made available as a fertility treatment to different-sex couples. We argue that it could not. (shrink)

Ontologies of living things are increasingly grounded on the concepts and practices of current life science. Biological development is a process, undergone by living things, which begins with a single cell and (in an important class of cases) ends with formation of a multicellular organism. The process of development is thus prima facie central for ideas about biological individuality and organismality. However, recent accounts of these concepts do not engage developmental biology. This paper aims to fill the gap, proposing (...) the lineage view of stem cells as an ontological framework for conceptualizing organismal development. This account is grounded on experimental practices of stem cell research, with emphasis on new techniques for generating biological organization in vitro. On the lineage view, a stem cell is the starting point of a cell lineage with a specific organismal source, time-interval of existence, and ‘tree topology’ of branch-points linking the stem to developmental termini. The concept of ‘enkapsis’ accommodates the cell-organism relation within the lineage view; this hierarchical notion is further explicated by considering the methods and results of stem cell experiments. Results of this examination include a (partial) characterization of stem cells’ developmental versatility, and the context-dependence of developmental processes involving stem cells. (shrink)

The University of Tehran English Proficiency Test (UTEPT) is a high-stakes entrance examination taken by more than 10,000 master’s degree holders annually. The examinees’ scores have a significant influence on the final decisions concerning admission to the University of Tehran Ph.D. programs. As a test validation investigation, the present study, which is a bias detection research in nature, utilized multistep logistic regression (LR) procedure to examine the presence of gender differential item functioning (DIF) in the UTEPT with a sample of (...) 6,555 examinees who took the test in November 2006. Specifically, the LR DIF two-degree of freedom Chi-squared test of significance was employed to test the significance of DIF. Following what has been recently suggested in the literature, the test of significance for DIF was accompanied by a measure of magnitude, namely the R-squared effect size for LR DIF, for the interpretation of which the two widely accepted classification schemes were used comparatively. The results reveal that 39 of the 100 items in the test display significant gender differences. However, these group differences are viewed as “negligible” based on both of the schemes. Accordingly, it could be argued that the UTEPT is a gender DIF-free test, though the Reading Comprehension section of the test remains in need of further analysis as it seems that the general trend of DIF indices at the item level may hint at an inclination towards males. (shrink)

In this paper I present an interpretation of Deleuze's concept of the virtual. I argue that this concept is best understood in relation to the problematic of individuation or differentiation, which Deleuze inherits from Duns Scotus. After analysing Scotus' critique of Aristotelian or hylomorphic approaches to the problem of individuation, I turn to Deleuze's account of differentiation and his interpretation of the calculus in chapter 4 of Difference and Repetition. The paper seeks thereby to explicate Deleuze's dialectics or (...) theory of Ideas, his approach to the principle of sufficient reason, and the concept of the virtual itself. (shrink)

Since the early nineteenth century a membrane or wall has been central to the cell’s identity as the elementary unit of life. Yet the literally and metaphorically marginal status of the cell membrane made it the site of clashes over the definition of life and the proper way to study it. In this article I show how the modern cell membrane was conceived of by analogy to the first “artificial cell,” invented in 1864 by the chemist (...) Moritz Traube (1826–1894), and reimagined by the plant physiologist Wilhelm Pfeffer (1845–1920) as a precision osmometer. Pfeffer’s artificial cell osmometer became the conceptual and empirical basis for the law of dilute solutions in physical chemistry, but his use of an artificial analogue to theorize the existence of the plasma membrane as distinct from the cell wall prompted debate over whether biology ought to be more closely unified with the physical sciences, or whether it must remain independent as the science of life. By examining how the histories of plant physiology and physical chemistry intertwined through the artificial cell, I argue that modern biology relocated vitality from protoplasmic living matter to nonliving chemical substances—or, in broader cultural terms, that the disenchantment of life was accompanied by the (re)enchantment of ordinary matter. (shrink)

In computer science, Artificial Intelligence (AI), sometimes called machine intelligence, is intelligence demonstrated by machines, in contrast to the natural intelligence displayed by humans and other animals. Computer science defines AI research as the study of "intelligent agents": any device that perceives its environment and takes actions that maximize its chance of successfully achieving its goals. Deep Learning is a new field of research. One of the branches of Artificial Intelligence Science deals with the creation of theories and algorithms that (...) allow the machine to learn by simulating neurons in the human body. Most in-depth learning research focuses on finding high-level methods. The strippers analyze a large data set using linear and nonlinear transformations. The method of deep learning is used in the detection of several diseases including blood cell diseases and their classification using the radiography of blood cells to help decision makers to know the type of blood cell and its associated diseases and the results will be presented in detail and discussed. This thesis is using python language and deep learning to detect blood cell diseases and their classifications. The proposed deep learning model was trained, validated and the tested. The accuracy of proposed model was 98.00%. (shrink)

One way in which the practice of inclusion can be actualised in classrooms is through the use of consistent, appropriate differentiated instruction. What remains elusive, however, is insight into what teachers in different contexts think and believe about differentiation, how consistently they differentiate instruction and what challenges they experience in doing so. In the study reported on here high school classrooms in a private and a government school in Lesotho were compared in order to determine teachers’ thoughts and beliefs (...) about differentiation, the frequency of differentiated instruction, and the challenges faced by teachers who implement this inclusive practice. Sampled teachers offered their views on what they understood differentiated instruction to be, the frequency of differentiated instruction, and identified challenges via an administered questionnaire. Data analysis was based on frequency counts and bar charts for comparative purposes. Findings indicate that private school teachers have a higher frequency of differentiated teaching practice, with time constraints indicated as the main challenge. Government school teachers had a lower frequency of differentiation, and identified a lack of resources, and the learner-teacher ratio as challenges, among others. In the study we highlighted the critical role that private schools can play in the national call for the implementation of inclusive teaching in Lesotho, in terms of active collaboration with surrounding government schools. Private schools, with their resources and access to professional development opportunities, can become catalysts in the implementation of inclusive teaching practices. (shrink)

The derivative is a basic concept of differential calculus. However, if we calculate the derivative as change in distance over change in time, the result at any instant is 0/0, which seems meaningless. Hence, Newton and Leibniz used the limit to determine the derivative. Their method is valid in practice, but it is not easy to intuitively accept. Thus, this article describes the novel method of differential calculus based on the double contradiction, which is easier to accept intuitively. Next, the (...) geometrical meaning of the double contradiction is considered as follows. A tangent at a point on a convex curve is iterated. Then, the slope of the tangent at the point is sandwiched by two kinds of lines. The first kind of line crosses the curve at the original point and a point to the right of it. The second kind of line crosses the curve at the original point and a point to the left of it. Then, the double contradiction can be applied, and the slope of the tangent is determined as a single value. Finally, the meaning of this method for the foundation of mathematics is considered. We reflect on Dehaene’s notion that the foundation of mathematics is based on the intuitions, which evolve independently. Hence, there may be gaps between intuitions. In fact, the Ancient Greeks identified inconsistency between arithmetic and geometry. However, Eudoxus developed the theory of proportion, which is equivalent to the Dedekind Cut. This allows the iteration of an irrational number by rational numbers as precisely as desired. Simultaneously, we can define the irrational number by the double contradiction, although its existence is not guaranteed. Further, an area of a curved figure is iterated and defined by rectilinear figures using the double contradiction. (shrink)

The aim of this paper is to assess the relevance of somatic evolution by natural selection to our understanding of cancer development. I do so in two steps. In the first part of the paper, I ask to what extent cancer cells meet the formal requirements for evolution by natural selection, relying on Godfrey-Smith’s (2009) framework of Darwinian populations. I argue that although they meet the minimal requirements for natural selection, cancer cells are not paradigmatic Darwinian populations. In the second (...) part of the paper, I examine the most important examples of adaptation in cancer cells. I argue that they are not significant accumulations of evolutionary changes, and that as a consequence natural selection plays a lesser role in their explanation. Their explanation, I argue, is best sought in the previously existing wiring of the healthy cells. (shrink)

'A Differential Play of Forces' is a study of transcendental empiricism in musical contexts. It presents a reading of Gilles Deleuze and Félix Guattari’s philosophical apparatus and explores how music can be thought of as functioning in the operation Deleuze terms transcendental empiricism. Central to transcendental empiricism is the idea of an encounter with intensive difference and the consequent experience of intensive and virtual forces. The thesis sets out to explore this idea in three interwoven steps. First, it develops transcendental (...) empiricism as a philosophical framework, expounding central notions related to time and aesthetic experience. In the context of this philosophical apparatus, music is then discussed as an encounter with intensity and what this may entail for our understanding of musical experience and its potential. The third part of the thesis explores the idea of experiencing intensive forces through music in the thinking and poietic of three composers of the twentieth century: Arnold Schönberg, Olivier Messiaen and Giacinto Scelsi. The thesis develops three ‘images of thought’ corresponding, respectively, to the composers’ expressed theoretical ideas, identifying central concepts from Deleuze and Guattari’s philosophy. A mutual illumination of ideas about music and transcendental empiricism is thus presented, pointing towards a possible convergence between theory and practice, thinking and aesthetic experience as a differential play of intensive forces. (shrink)

It has become customary to conceptualize the living cell as an intricate piece of machinery, different to a man-made machine only in terms of its superior complexity. This familiar understanding grounds the conviction that a cell's organization can be explained reductionistically, as well as the idea that its molecular pathways can be construed as deterministic circuits. The machine conception of the cell owes a great deal of its success to the methods traditionally used in molecular biology. However, (...) the recent introduction of novel experimental techniques capable of tracking individual molecules within cells in real time is leading to the rapid accumulation of data that are inconsistent with an engineering view of the cell. This paper examines four major domains of current research in which the challenges to the machine conception of the cell are particularly pronounced: cellular architecture, protein complexes, intracellular transport, and cellular behaviour. It argues that a new theoretical understanding of the cell is emerging from the study of these phenomena which emphasizes the dynamic, self-organizing nature of its constitution, the fluidity and plasticity of its components, and the stochasticity and non-linearity of its underlying processes. (shrink)

Biological atomism postulates that all life is composed of elementary and indivisible vital units. The activity of a living organism is thus conceived as the result of the activities and interactions of its elementary constituents, each of which individually already exhibits all the attributes proper to life. This paper surveys some of the key episodes in the history of biological atomism, and situates cell theory within this tradition. The atomistic foundations of cell theory are subsequently dissected and discussed, (...) together with the theory’s conceptual development and eventual consolidation. This paper then examines the major criticisms that have been waged against cell theory, and argues that these too can be interpreted through the prism of biological atomism as attempts to relocate the true biological atom away from the cell to a level of organization above or below it. Overall, biological atomism provides a useful perspective through which to examine the history and philosophy of cell theory, and it also opens up a new way of thinking about the epistemic decomposition of living organisms that significantly departs from the physicochemical reductionism of mechanistic biology. (shrink)

Synthetic cells spark intriguing questions about the nature of life. Projects such as BaSyC (‘Building a Synthetic Cell’) aim to build an entity that mimics how living cells work from basic components. But what kind of entity would a synthetic cell really be? I assess this question from a philosophical perspective, and show how early fictional narratives of artificial life – such as the laboratory scene in Goethe’s Faust – can help us to understand the challenges faced by (...) synthetic biology researchers. (shrink)

Schizophrenia is often associated with other physical and mental problems. Generalized anxiety disorder is notably one of the comorbid disorders which is often linked to schizophrenia. The association of polythematic delusions and of ideas resulting from generalized anxiety disorder complicates the exercise of the corresponding cognitive therapy, for the resulting ideas are most often inextricably intertwined. In what follows, we endeavour to propose a methodology for the differential treatment of polythematic delusions inherent to schizophrenia when combined with ideas originating from (...) generalized anxiety disorder. We propose, with regard to the corresponding content of delusions, an analysis which allows under certain conditions, to separate the content associated with polythematic delusions and the one that relates to generalized anxiety disorder, in order to facilitate the exercise of the corresponding cognitive therapy. (shrink)

The study examined the differential item functioning (DIF) of 2018 Basic Education Certificate examination (BECE) in Mathematics tests of National Examination Council (NECO) and BECE of Akwa Ibom State government in Nigeria. The invariance in the tests with regards to sex was considered using Item Response Theory (IRT) approach. The study area was Akwa Ibom state of Nigeria having a student population of 58,281 for the examination. The sample was made of up 3810 students drawn through a multi-stage sampling approach. (...) The multidimensional IRT (MIRT) package implemented in R-programming language software was applied in analyzing the data. The findings reveal that BECE of NECO displayed 23(38.3%) DIF items while BECE of Akwa Ibom State had 37 (61.7%) DIF items in terms of sex. The findings also revealed that, in the two examinations, more items favoured the male candidates more than the female candidates in terms of performance. It was recommended that IRT model should be adopted by test developers to determine item parameters for selection of good items to ensure quality of items before administration. Test equating of students who write equivalent form examinations conducted by different examining bodies was also recommended for admission and placement of candidates to determine actual group differences in performance. The study posits that research on Differential Item Functioning is inconclusive, so should be encouraged. (shrink)

In Hegel ou Spinoza,1 Pierre Macherey challenges the influence of Hegel’s reading of Spinoza by stressing the degree to which Spinoza eludes the grasp of the Hegelian dialectical progression of the history of philosophy. He argues that Hegel provides a defensive misreading of Spinoza, and that he had to “misread him” in order to maintain his subjective idealism. The suggestion being that Spinoza’s philosophy represents, not a moment that can simply be sublated and subsumed within the dialectical progression of the (...) history of philosophy, but rather an alternative point of view for the development of a philosophy that overcomes Hegelian idealism. Gilles Deleuze also considers Spinoza’s philosophy to resist the totalising effects of the dialectic. Indeed, Deleuze demonstrates, by means of Spinoza, that a more complex philosophy antedates Hegel’s, which cannot be supplanted by it. Spinoza therefore becomes a significant figure in Deleuze’s project of tracing an alternative lineage in the history of philosophy, which, by distancing itself from Hegelian idealism, culminates in the construction of a philosophy of difference. It is Spinoza’s role in this project that will be demonstrated in this paper by differentiating Deleuze’s interpretation of the geometrical example of Spinoza’s Letter XII (on the problem of the infinite) in Expressionism in Philosophy, Spinoza,2 from that which Hegel presents in the Science of Logic.3. (shrink)

I argue that embryonic stem cell research is fair to the embryo, even on the assumption that the embryo has attained full personhood and an attendant right to life at conception. This is because the only feasible alternatives open to the embryo are to exist briefly in an unconscious state and be killed or to not exist at all. Hence, one is neither depriving the embryo of an enduring life it would otherwise have had nor is one causing the (...) embryo pain. I also argue that a rational agent in a situation relevantly similar to that of the embryo would consent to such research, and I use this insight to ground two justice-based arguments in favor of this research. (shrink)

Maimon’s theory of the differential has proved to be a rather enigmatic aspect of his philosophy. By drawing upon mathematical developments that had occurred earlier in the century and that, by virtue of the arguments presented in the Essay and comments elsewhere in his writing, I suggest Maimon would have been aware of, what I propose to offer in this paper is a study of the differential and the role that it plays in the Essay on Transcendental Philosophy (1790). In (...) order to do so, this paper focuses upon Maimon’s criticism of the role played by mathematics in Kant’s philosophy, to which Maimon offers a Leibnizian solution based on the infinitesimal calculus. The main difficulties that Maimon has with Kant’s system, the second of which will be the focus of this paper, include the presumption of the existence of synthetic a priori judgments, i.e. the question quid facti, and the question of whether the fact of our use of a priori concepts in experience is justified, i.e. the question quid juris. Maimon deploys mathematics, specifically arithmetic, against Kant to show how it is possible to understand objects as having been constituted by the very relations between them, and he proposes an alternative solution to the question quid juris, which relies on the concept of the differential. However, despite these arguments, Maimon remains sceptical with respect to the question quid facti. (shrink)

The case of Andrew Gobea, the first child to receive experimental gene therapy for SCID, and a reflection on the associated ethical implications of gene therapy research.

An understanding of the factors behind the evolution of multicellularity is one of today’s frontiers in evolutionary biology. This is because multicellular organisms are made of one subset of cells with the capacity to transmit genes to the next generation and another subset responsible for maintaining the functionality of the organism, but incapable of transmitting genes to the next generation. The question arises: why do somatic cells sacrifice their lives for the sake of germline cells? How is germ/soma separation maintained? (...) One conventional answer refers to inclusive fitness theory, according to which somatic cells sacrifice themselves altruistically, because in so doing they enhance the transmission of their genes by virtue of their genetic relatedness to germline cells. In the present article we will argue that this explanation ignores the key role of policing mechanisms in maintaining the germ/soma divide. Based on the pervasiveness of the latter, we argue that the role of altruistic mechanisms in the evolution of multicellularity is limited and that our understanding of this evolution must be enriched through the consideration of coercion mechanisms. (shrink)

Differential privacy (DP) aims to confer data processing systems with inherent privacy guarantees, offering strong protections for personal data. But DP’s approach to privacy carries with it certain assumptions about how mathematical abstractions will be translated into real-world systems, which—if left unexamined and unrealized in practice—could function to shield data collectors from liability and criticism, rather than substantively protect data subjects from privacy harms. This article investigates these assumptions and discusses their implications for using DP to govern data-driven systems. In (...) Parts 1 and 2, we introduce DP as, on one hand, a mathematical framework and, on the other hand, a kind of real-world sociotechnical system, using a hypothetical case study to illustrate how the two can diverge. In Parts 3 and 4, we discuss the way DP frames privacy loss, data processing interventions, and data subject participation, arguing it could exacerbate existing problems in privacy regulation. In part 5, we conclude with a discussion of DP’s potential interactions with the endogeneity of privacy law, and we propose principles for best governing DP systems. In making such assumptions and their consequences explicit, we hope to help DP succeed at realizing its promise for better substantive privacy protections. (shrink)