The emerging field of synthetic biology aims to engineer novel biological entities. The envisioned future bio-based economy builds largely on “cell factories”: organisms that have been metabolically engineered to sustainably produce substances for human ends. In this paper, we argue that synthetic biology’s goal of creating efficient production vessels for industrial applications implies a set of ontological assumptions according to which living organisms are machines. Traditionally, a machine is understood as a technological, isolated and controllable production unit consisting of parts. (...) But modified organisms, or hybrids, require us to think beyond the machine paradigm and its associated dichotomies between artificial and natural, organisms and artefacts. We ask: How may we conceptualise hybrids beyond limiting ontological categories? Our main claim is that the hybrids created by synthetic biology should be considered not as machines but as metabolic systems. We shall show how the philosophical account of metabolism can inform an ontology of hybrids that moves beyond what we call the “machine ontology”, considering that metabolism enables thinking beyond the dominant dichotomies and allows us to understand and design lifeforms in a bio-based economy. Thus, the aim of this paper is twofold: first, to develop the philosophical ontology of hybrids, and second, to move synthetic biology beyond the problematically limiting view of hybrids. (shrink)

Intermediary metabolism molecules are orchestrated into logical pathways stemming from history (L-amino acids, D-sugars) and dynamic constraints (hydrolysis of pyrophosphate or amide groups is the driving force of anabolism). Beside essential metabolites, numerous variants derive from programmed or accidental changes. Broken down, variants enter standard pathways, producing further variants. Macromolecule modification alters enzyme reactions specificity. Metabolism conform thermodynamic laws, precluding strict accuracy. Hence, for each regular pathway, a wealth of variants inputs and produces metabolites that are similar to (...) but not the exact replicas of core metabolites. As corollary, a shadow, paralogous metabolism, is associated to standard metabolism. We focus on a logic of paralogous metabolism based on diversion of the core metabolic mimics into pathways where they are modified to minimize their input in the core pathways where they create havoc. We propose that a significant proportion of paralogues of well-characterized enzymes have evolved as the natural way to cope with paralogous metabolites. A second type of denouement uses a process where protecting/deprotecting unwanted metabolites - conceptually similar to the procedure used in the laboratory of an organic chemist - is used to enter a completely new catabolic pathway. (shrink)

Uric acid has increasingly been associated with insulin resistance, hyperinsulinemia, and type 2 diabetes mellitus. Diabetic patients who are hyperuricemic have a risk of developing diabetic complications. Pathogenesis of uric acid may decrease nitric oxide bioavailability in vascular smooth muscle, endothelial cells and direct scavenging of nitric oxide by uric acid. A decrease in endothelial nitric oxide production by uric acid has also been associated with endothelial dysfunction and insulin resistance. This study aims to determine the relationship between uric acid (...) and glucose levels in patients with type 2 diabetes mellitus. The study included 161 Libyan patients (67 males and 94 females) diagnosed with type 2 diabetes mellitus. Both levels of serum uric acid and hemoglobin A1c (HbA1c) were determined. The patients were divided into two groups. The controllable diabetic group with HbA1c of less than 06.0% and the uncontrollable diabetic group with HbA1c of more than 06.0%. Patients who are suffering from type 2 diabetes mellitus without complications were included whereas patients with smoking, alcoholism, nephrotic disease, malignancy, hepatitis, and renal failure or kidney disease were excluded. The mean and standard deviation of uric acid, HbA1c and Pearson correlation coefficient test were considered. In the controllable diabetic group, serum uric acid mean was found to be 4.807±1.39 and HbA1c was found to be 5.032±1.39. In the uncontrollable diabetic group, serum uric acid was 4.897±1.66 and HbA1c was 8.396±1.65. Uric acid level has significantly been correlated with HBA1C in controlled and uncontrolled diabetic patients (p<0.05). In addition, the uric acid level was found to be higher in the uncontrolled diabetic group than that in the controlled group (p<0.05). A possible relationship between serum uric acid and the incidence of type 2 diabetes mellitus was noted. Thus, uric acid can be used as a potential biomarker to indicate impaired glucose metabolism. (shrink)

In this paper, we aim at rethinking the concept of obesity in a way that better captures the connection between underlying medical aspects, on the one hand, and an individual’s developmental history, on the other. Our proposal rests on the idea that obesity is not to be understood as a phenotypic trait or character; rather, obesity represents one of the many possible states of a more complex phenotypic trait that we call ‘energy metabolism.’ We argue that this apparently simple (...) conceptual shift can help solve important theoretical misconceptions regarding the genetics, epigenetics, and development of obesity. In addition, we show that our proposal can be fruitfully paired with the concept of developmental channeling of a trait, which connects to the study of the plasticity and canalization of complex traits. Finally, we discuss the potential impact of our approach on the assessment, treatment, and social narratives of obesity. (shrink)

In this article, we propose some fundamental requirements for the appearance of adaptivity. We argue that a basic metabolic organization, taken in its minimal sense, may provide the conceptual framework for naturalizing the origin of teleology and normative functionality as it appears in living systems. However, adaptivity also requires the emergence of a regulatory subsystem, which implies a certain form of dynamic decoupling within a globally integrated, autonomous system. Thus, we analyze several forms of minimal adaptivity, including the special case (...) of motility. We go on to explain how an open-ended complexity growth of motility-based adaptive agency, namely, behavior, requires the appearance of the nervous system. Finally, we discuss some implications of these ideas for embodied robotics. (shrink)

The ‘managed-metabolism’ hypothesis suggests that a ‘cooperation barrier’ must be overcome if self-producing chemical organizations are to undergo the transition from non-life to life. This dynamical barrier prevents un-managed autocatalytic networks of molecular species from individuating into complex, cooperative organizations. The barrier arises because molecular species that could otherwise make significant cooperative contributions to the success of an organization will often not be supported within the organization, and because side reactions and other ‘free-riding’ processes will undermine cooperation. As a (...) result, the barrier seriously impedes the emergence of individuality, complex functionality and the transition to life. This barrier is analogous to the cooperation barrier that also impedes the emergence of complex cooperation at all levels of living organization. As has been shown at other levels of organization, the barrier can be overcome comprehensively by appropriate ‘management’. Management implements a system of evolvable constraints that can overcome the cooperation barrier by ensuring that beneficial co-operators are supported within the organization and by suppressing free-riders. In this way, management can control and manipulate the chemical processes of a collectively autocatalytic organization, producing novel processes that serve the interests of the organization as a whole and that could not arise and persist in an un-managed chemical organization. Management self-organizes because it is able to capture some of the benefits that are produced when its interventions promote cooperation, thereby enhancing productivity. Selection will therefore favour the emergence of managers that take over and manage chemical organizations so as to overcome the cooperation barrier. The managed-metabolism hypothesis demonstrates that if management is to overcome the cooperation barrier comprehensively, its interventions must be digitally coded. In this way, the hypothesis accounts for the two-tiered structure of all living cells in which a digitally-coded genetic apparatus manages an analogically-informed metabolism.GraphicalOpen image in new window. (shrink)

This article contains the results of a theoretical analysis of the phenomenon of natural language understanding (NLU), as a methodological problem. The combination of structural-ontological and informational-psychological approaches provided an opportunity to describe the subject matter field of NLU, as a composite function of the mind, which systemically combines the verbal and discursive structural layers. In particular, the idea of NLU is presented, on the one hand, as the relation between the discourse of a specific speech message and the meta-discourse (...) of a language, in turn, activated by the need-motivational factors. On the other hand, it is conceptualized as a process with a specific structure of information metabolism, the study of which implies the necessity to differentiate the affective (emotional) and need-motivational influences on the NLU, as well as to take into account their interaction. At the same time, the hypothesis about the influence of needs on NLU under the scenario similar to the pattern of Yerkes-Dodson is argued. And the theoretical conclusion that emotions fulfill the function of the operator of the structural features of the information metabolism of NLU is substantiated. Thus, depending on the modality of emotions in the process of NLU, it was proposed to distinguish two scenarios for the implementation of information metabolism - reduction and synthetic. The argument in favor of the conclusion about the productive and constitutive role of emotions in the process of NLU is also given. (shrink)

Saito’s Marx in the Anthropocene presents interesting arguments and views that propose to unite Marxism and degrowth. The importance of the book comes from the fact that it intends to respond to the ecological crisis and the Anthropocene. To this end, Saito utilizes Meszaros’s interpretation of Marx according to which Marx bases his critique of political economy on the theory of metabolism. What follows from this is nature has absolute limits and capitalism produces the ecological crisis in which the (...) metabolism between humans and nature degrades. Saito scrutinizes this crisis through three rifts: the material disruption of cyclical processes in natural metabolism, the spatial rift, and the temporal rift. Moreover, Saito maintains that the theory of metabolism is compatible with Marx’s materialism, in that Marx is neither a flat ontological monist nor a Cartesian dualist but a methodological dualist. I find this line of thinking, however, as doubtful. Lastly, Saito claims that although Marx was before the 1870s Promethean, Europocentric, and productionist he underwent a radical breakthrough and became a degrowth communist. However, Saito’s claims are hardly convincing. (shrink)

Precision medicine and molecular systems medicine (MSM) are highly utilized and successful approaches to improve understanding, diagnosis, and treatment of many diseases from bench-to-bedside. Especially in the COVID-19 pandemic, molecular techniques and biotechnological innovation have proven to be of utmost importance for rapid developments in disease diagnostics and treatment, including DNA and RNA sequencing technology, treatment with drugs and natural products and vaccine development. The COVID-19 crisis, however, has also demonstrated the need for systemic thinking and transdisciplinarity and the limits (...) of MSM: the neglect of the bio-psycho-social systemic nature of humans and their context as the object of individual therapeutic and population-oriented interventions. COVID-19 illustrates how a medical problem requires a transdisciplinary approach in epidemiology, pathology, internal medicine, public health, environmental medicine, and socio-economic modeling. Regarding the need for conceptual integration of these different kinds of knowledge we suggest the application of general system theory (GST). This approach endorses an organism-centered view on health and disease, which according to Ludwig von Bertalanffy who was the founder of GST, we call Organismal Systems Medicine (OSM). We argue that systems science offers wider applications in the field of pathology and can contribute to an integrative systems medicine by (i) integration of evidence across functional and structural differentially scaled subsystems, (ii) conceptualization of complex multilevel systems, and (iii) suggesting mechanisms and non-linear relationships underlying the observed phenomena. We underline these points with a proposal on multi-level systems pathology including neurophysiology, endocrinology, immune system, genetics, and general metabolism. An integration of these areas is necessary to understand excess mortality rates and polypharmacological treatments. In the pandemic era this multi-level systems pathology is most important to assess potential vaccines, their effectiveness, short-, and long-time adverse effects. We further argue that these conceptual frameworks are not only valid in the COVID-19 era but also important to be integrated in a medicinal curriculum. (shrink)

Endocrinologists apply the idea of feedback loops to explain how hormones regulate certain bodily functions such as glucose metabolism. In particular, feedback loops focus on the maintenance of the plasma concentrations of glucose within a narrow range. Here, we put forward a different, organicist perspective on the endocrine regulation of glycaemia, by relying on the pivotal concept of closure of constraints. From this perspective, biological systems are understood as organized ones, which means that they are constituted of a set (...) of mutually dependent functional structures acting as constraints, whose maintenance depends on their reciprocal interactions. Closure refers specifically to the mutual dependence among functional constraints in an organism. We show that, when compared to feedback loops, organizational closure can generate much richer descriptions of the processes and constraints at play in the metabolism and regulation of glycaemia, by making explicit the different hierarchical orders involved. We expect that the proposed theoretical framework will open the way to the construction of original mathematical models, which would provide a better understanding of endocrine regulation from an organicist perspective. (shrink)

In this paper, I provide an overview of today’s philosophical approaches to the problem of “intelligence” in the field of artificial intelligence by examining several important papers on phenomenology and the philosophy of biology such as those on Heideggerian AI, Jonas's metabolism model, and slime mold type intelligence.

The accumulation of potentially toxic elements (PTEs) has raised public awareness due to harmful contamination to both human and marine creatures. This study was designed to determine the concentration of copper (Cu), zinc (Zn), cadmium (Cd), and nickel (Ni) in the intestine, kidney, muscle, gill, and liver tissues of local commercial edible fish, fourfinger threadfin (Eleutheronema tetradactylum), and black pomfret (Parastromateus niger) collected from Morib (M) and Kuala Selangor (KS). Among the studied PTEs, Cu and Zn were essential elements to (...) regulate body metabolism with certain dosages required while Cd and Ni were considered as non-essential elements that posed chronic and carcinogenic risk. The concentration of PTEs in fish tissue samples was analyzed using flame atomic absorption spectrometry (F-AAS). By comparing the concentration of PTEs in fish tissues as a bioindicator, the environmental risk of Morib was more serious than Kuala Selangor because both fish species collected from Morib resulted in a higher PTEs concentration. For an average 62 kg adult with a fish ingestion rate (FIR) of 0.16 kg/person/day in Malaysia, the estimated weekly intake (EWI) of Cd from the consumption of E. tetradactylum (M: 0.0135 mg/kg; KS: 0.0134 mg/kg) and P. niger (M: 0.0140 mg/kg; KS: 0.0132 mg/kg) had exceeded the provisional tolerable weekly intake (Cd: 0.007 mg/kg) established by the Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives (JECFA) and oral reference dose (ORD) values of Cd (0.001 mg/kg/day) as provided by the United States Environmental Protection Agency (USEPA) regional screening level, thus it posed chronic risks for daily basis consumption. Besides, the value of the carcinogenic risk of Cd (0.7−3 to 0.8−3) and Ni (0.5−3 to 0.6−3) were in between the acceptable range (10−6 to 10−4) of the health index that indicates a relatively low possibility cancer occurrence to the consumers in both Morib and Kuala Selangor. This study recommended FIR to be 0.80 kg/person/day to reduce the possibility of posing chronic and carcinogenic risks while at the same time obtaining the essential nutrients from the fish. (shrink)

Our understanding of body–world relations is caught in a curious contradiction. On one side, it is well established that many concepts that describe interaction with the outer world – ‘plasticity’ or ‘metabolism’- or external influences on the body - ‘environment’ or ‘milieu’ – appeared with the rise of modern science. On the other side, although premodern science lacked a unifying term for it, an anxious attentiveness to the power of ‘environmental factors’ in shaping physical and moral traits held sway (...) in nearly all medical systems before and alongside modern Europe. In this article, I build on a new historiography on the policing of bodies and environments in medieval times and at the urban scale to problematize Foucault’s claim about biopolitics as a modern phenomenon born in the European eighteenth-century. I look in particular at the collective usage of ancient medicine and manipulation of the milieu based on humoralist notions of corporeal permeability (Hippocrates, Galen, Ibn Sīnā) in the Islamicate and Latin Christendom between the 12th and the 15th century. This longer history has implications also for a richer genealogy of contemporary tropes of plasticity, permeability and environmental determinism beyond usual genealogies that take as a starting point the making of the modern body and EuroAmerican biomedicine. (shrink)

The role of evolutionary theory at the origin of life is an extensively debated topic. The origin and early development of life is usually separated into a prebiotic phase and a protocellular phase, ultimately leading to the Last Universal Common Ancestor. Most likely, the Last Universal Common Ancestor was subject to Darwinian evolution, but the question remains to what extent Darwinian evolution applies to the prebiotic and protocellular phases. In this review, we reflect on the current status of evolutionary theory (...) in origins of life research by bringing together philosophy of science, evolutionary biology, and empirical research in the origins field. We explore the various ways in which evolutionary theory has been extended beyond biology; we look at how these extensions apply to the prebiotic development of (proto)metabolism; and we investigate how the terminology from evolutionary theory is currently being employed in state-of-the-art origins of life research. In doing so, we identify some of the current obstacles to an evolutionary account of the origins of life, as well as open up new avenues of research. (shrink)

We address the need for a model by considering two competing theories regarding the origin of life: (i) the Metabolism First theory, and (ii) the RNA World theory. We discuss two interrelated points, namely: (i) Models are valuable tools for understanding both the processes and intricacies of origin-of-life issues, and (ii) Insights from models also help us to evaluate the core objection to origin-of-life theories, called “the inefficiency objection”, which is commonly raised by proponents of both the Metabolism (...) First theory and the RNA World theory against each other. We use Simpson’s Paradox (SP) as a tool for challenging this objection. We will use models in various senses, ranging from taking them as representations of reality to treating them as theories/accounts that provide heuristics for probing reality. In this paper, we will frequently use models and theories interchangeably. Additionally, we investigate Conway’s Game of Life and contrast it with our SP-based approach to emergence-of-life issues. Finally, we discuss some of the consequences of our view. A scientific model is testable in three senses: (i) a logical sense, (ii) a nomological sense, and (iii) a current technological sense. The SP-based model is testable in the first two senses but it is not feasible to test it using current technology. (shrink)

Kant was well versed in many of the debates taking place in the life sciences during his day. One of the more central areas of contention concerned the proper means for discriminating between material bodies composed of organised parts (like clocks or automatons) and living material bodies composed of organised parts (like plants and animals). For many theorists, it seemed clear that the physically organised structure of a body was distinct from any vital forces responsible for the life processes or (...) metabolism at work within it. This was the approach taken by the chemist Georg Stahl (1659-1734), for example, who resisted attempts to provide a mechanical account of metabolism, arguing instead that only something like a physis or anima could explain a living body’s capacity for the movement of otherwise inert material parts. This was a position which Kant appears to have appreciated when, in discussing the issue in 1766, he exclaimed “I am convinced that Stahl, who is disposed to explain animal processes in organic terms, was frequently closer to the truth than [the mechanists] Hofmann or Boerhaave, to name but a few” (2:331). And indeed, by 1790 Kant would reach conclusions similar to Stahl’s regarding the manner by which we must reflectively judge animal processes to be operating, given that for Stahl the biological body was best taken to be a complex, self-organising system of material parts and a purposive force or physis responsible for their ongoing interrelation. (shrink)

This chapter draws on insights from non-equilibrium thermodynamics to demonstrate the ontological inadequacy of the machine conception of the organism. The thermodynamic character of living systems underlies the importance of metabolism and calls for the adoption of a processual view, exemplified by the Heraclitean metaphor of the stream of life. This alternative conception is explored in its various historical formulations and the extent to which it captures the nature of living systems is examined. Following this, the chapter considers the (...) metaphysical implications of reconceptualizing the organism from complex machine to flowing stream. What do we learn when we reject the mechanical and embrace the processual? Three key lessons for biological ontology are identified. The first is that activity is a necessary condition for existence. The second is that persistence is grounded in the continuous self-maintenance of form. And the third is that order does not entail design. (shrink)

To construct a synthetic cell we need to understand the rules that permit life. A central idea in modern biology is that in addition to the four entities making reality, matter, energy, space and time, a fifth one, information, plays a central role. As a consequence of this central importance of the management of information, the bacterial cell is organised as a Turing machine, where the machine, with its compartments defining an inside and an outside and its metabolism, reads (...) and expresses the genetic program carried by the genome. This highly abstract organisation is implemented using concrete objects and dynamics, and this is at the cost of repeated incompatibilities (frustration), which need to be sorted out by appropriate «patches». After describing the organisation of the genome into the paleome (sustaining and propagating life) and the cenome (permitting life in context), we describe some chemical hurdles that the cell as to cope with, ending with the specific case of the methionine salvage pathway. (shrink)

Life can be defined as combining two entities that rest on completely different physico-chemical properties and on a particular way of handling information. The cell, first, is a « machine », that combines elements which are quite similar (although in a fairly fuzzy way) to those involved in a man-made factory. The machine combines two processes. First, it requires explicit compartmentalisation, including scaffolding structures similar to that of the châssis of engineered machines. In addition, cells define clearly an inside, the (...) cytoplasm, and an outside. The cell envelope is more or less complicated in bacteria, and it is much more complicated in organisms made of cells with a nucleus (eukaryotes). Second, the machine also requires dynamic chemical processes, collectively named metabolism, that can be split into intermediary metabolism, managing chemical transformations and transport of small building blocks and management of energy (often with a rotating nanomachine, ATP synthase), and the macromolecule synthesis, salvage and turnover machinery which uses a variety of nanomachines, the ribosome being the most prominent one. The second entity which needs to be associated to life is the genetic program, in the form of the genome, composed of one or several chromosomes made of DNA. This is the entity which associates most clearly to information. -/- Natural selection uses information in a particular way: it is a process that uses energy to prevent degradation of any functional entity. This process keeps building up novel information within organisms. (shrink)

Abstract: The present review encompasses the contraception, methods of contraception, hormonal or chemical birth control pills and the herbal products having contraceptive activity with their merits and demerits. The commercially available birth control pills are detrimental to women health, might be life-threatening sometimes. The detrimental effects posed by such pills are: fat deposition in the liver, kidney and uterus, prevention of metabolism and further conception, disruption of the epithelial layer of the uterus, irregular and painful menstruation, breast cancer and (...) ultimately permanent infertility. This study will help us to view the undeniable baleful effects of the commercial birth control pills and thus will rush us to explore some herbal birth control pills that will be cheaper, having no side effects and might be effective for the sexes (male & female). A research work has already been conducted in this regard which might be an evolutionary step in this realm. (shrink)

The KenoNitroProject (KNP) is a philosophical project aimed at decrypting the natural source code, seen as the language of nature, in order to connect mind and matter and integrate energy as a third component in a cybernetic organism. The core statements of KNP are: 1) Nature is a cybernetic organism, 2) Energy is Matter is Consciousness in the Infinite (EMC8), 3) The aim of KNP is to decrypt the natural source code, 4) KNP tries to connect mind and matter, 5) (...) KNP intends to decrypt the atom code to reprogram matter on a nuclear level, 6) KNP sees evolution as intelligent, learning from random and error, 7) KNP aims to connect nature, human, and machine in the natural source code, 8) Decrypting the atom code could lead to the creation of artificial molecules and DNA strings to create artificial life, 9) Using the energy metabolism in the atom nucleus is an effective way to transform energy into creative processes, and 10) The concepts of time and space are human-made constructs that can be understood by the interaction of matter, energy, and consciousness. Moreover, KNP proposes new philosophical perspectives, such as: 1) The concept of nature as a cybernetic organism controlled by a natural source code that challenges traditional ideas of dualism and monism, 2) The concept of EMC8 that aims to overcome traditional boundaries between physics, philosophy, and psychology, 3) The aim of decrypting the atom code to reprogram matter on a nuclear level, which could lead to new insights into the nature of matter and technological development, 4) The idea that evolution is an intelligent process learning from random and error that questions traditional views of natural selection, 5) The concept of the connection between nature, human, and machine in the natural source code, which provides new insights into the relationships between humans and technology, and 6) The use of the energy metabolism in the atom nucleus as an effective way to produce and transform energy into creative processes. KNP challenges traditional philosophical concepts and aims to create new insights into the nature of reality. (shrink)

Objective: To evaluate the potential of arterial spin labeling (ASL) as an alternative to FDG-PET in the diagnosis of disorders of consciousness (DOC), we conducted a comparative study of the two modalities. Methods: A total of 36 DOC patients (11 female; mean age = 49.67 ± 14.54 years) and 17 healthy control (HC) participants (9 female; mean age = 31.9 ± 9.6 years) underwent both FDG-PET scans that measure metabolism via glucose uptake and ASL scans that measure cerebral blood (...) flow (CBF). CBF and metabolism in DOC and HC were compared, globally and for seven functional networks. Comparability of the two modalities was estimated using Spearman partial correlation for both global and network levels. Furthermore, a support vector machine (SVM) algorithm was used to train two classifiers to distinguish DOC patients from HC with normalized CBF or metabolism values from the seven networks. Performance of these classifiers was first evaluated through leave-one-subject-out (LOSO) cross-validation within their respective modalities. Subsequently, cross-modal validation was conducted: testing the ASL-trained classifier with PET data (ASL-to-PET validation) and vice versa (PET-to-ASL validation). Performance of each classifier was assessed using receiver operating characteristic (ROC) analysis, with area under the curve (AUC) as the metric. Results: Both modalities showed agreement in decreased CBF and metabolism in DOC patients compared to HC, at both global and network levels. The global brain and most networks showed significant positive partial correlation between CBF and metabolism. SVM classifiers, utilizing activity from seven networks as features, performed well in the both LOSO cross-validation (ASL-trained classifier: accuracy = 83.02%, AUC = 0.95; PET-trained classifier: accuracy = 98.12%, AUC = 0.98) and cross-modal validation (ASL-to-PET validation: accuracy = 84.90%, AUC =0.92; PET-to-ASL validation: accuracy = 73.58%, AUC = 0.93). Conclusion: Our results demonstrate that ASL provides information comparable to FDG-PET for DOC patients; moreover, classifiers trained on ASL data perform comparably well to those trained on FDG-PET data. Therefore, ASL could be a valuable alternative to FDG-PET in the clinical diagnosis of DOC, especially in light of its advantages: ease of acquisition, avoidance of radiation exposure, brevity of scanning time, and lower-cost. (shrink)

This essay considers how scholarly approaches to the development of molecular biology have too often narrowed the historical aperture to genes, overlooking the ways in which other objects and processes contributed to the molecularization of life. From structural and dynamic studies of biomolecules to cellular membranes and organelles to metabolism and nutrition, new work by historians, philosophers, and STS scholars of the life sciences has revitalized older issues, such as the relationship of life to matter, or of physicochemical inquiries (...) to biology. This scholarship points to a novel molecular vista that opens up a pluralist view of molecularizations in the twentieth century and considers their relevance to current science. (shrink)

This paper defends a substance-based metaphysics for organisms against three arguments for thinking that we should replace a substantial understanding of living things with a processual one, which are offered by Dan Nicholson and John Dupré in their edited collection,Everything Flows: Towards a Processual Philosophy of Biology(Oxford: Oxford University Press, 2018). Dupré and Nicholson consider three main empirical motivations for the adoption of a process ontology in biology. These motivations are alleged to stem from facts concerning (i) metabolism; (ii) (...) the life cycles of organisms; and (iii) ecological interdependence. The paper discusses each of the three arguments in turn and concludes that none gives us any compelling reason to abandon the metaphysics of things. At best, they are arguments against a kind of caricature substance metaphysics that ought never to have been in the running in any case. Then, at the end of the paper, it is suggested that there may be more positive arguments for insisting on retaining things in our metaphysics, arguments which, perhaps ironically (given the opposed standpoint ofEverything Flows) get their main impetus from the phenomenon of life. (shrink)

The concept of “life” certainly is of some use to distinguish birds and beavers from water and stones. This pragmatic usefulness has led to its construal as a categorical predicate that can sift out living entities from non-living ones depending on their possessing specific properties—reproduction, metabolism, evolvability etc. In this paper, we argue against this binary construal of life. Using text-mining methods across over 30,000 scientific articles, we defend instead a degrees-of-life view and show how these methods can contribute (...) to experimental philosophy of science and concept explication. We apply topic-modeling algorithms to identify which specific properties are attributed to a target set of entities (bacteria, archaea, viruses, prions, plasmids, phages and the molecule of adenine). Eight major clusters of properties were identified together with their relative relevance for each target entity (two that relate to metabolism and catalysis, one to genetics, one to evolvability, one to structure, and—rather unexpectedly—three that concern interactions with the environment broadly construed). While aligning with intuitions—for instance about viruses being less alive than bacteria—these quantitative results also reveal differential degrees of performance that have so far remained elusive or overlooked. Taken together, these analyses provide a conceptual “lifeness space” that makes it possible to move away from a categorical construal of life by empirically assessing the relative lifeness of more-or-less alive entities. (shrink)

RESUMO A alimentação é o fator que mais onera um sistema de produção animal. Assim, a utilização de diferentes estratégias de alimentação dos animais ainda é o grande desafio da nutrição animal, principalmente, levando em consideração as exigências nutricionais de diferentes categorias de ruminantes, em especial bovinos em regiões tropicais, haja vista que a sazonalidade na produção de forragens afeta diretamente a produção bovina, promovendo inadequação no atendimento das exigências nutricionais dos animais principalmente em minerais e vitaminas. Uma alimentação que (...) não atenda as exigências nutricionais dos ruminantes gera prejuízos no sistema de produção, além de, em casos mais graves, ocasionar a perda do animal. Estudos que abordam o efeito e a importância de vitaminas e minerais na nutrição bovina são escassos e necessários. Recentemente a National Research Council (NRC) apresentou novos registros das exigências nutricionais das vitaminas e minerais. Essas alterações proporcionam um impacto econômico significativo em relação à nutrição animal. Nesse sentido, objetivou-se com esta revisão trazer informações acerca de vitaminas e minerais na nutrição de bovinos em pastejo. -/- Palavras-chave: Alimentação animal; forragem; pastagem; requerimentos nutricionais; ruminantes; vitaminas lipossolúveis (Source: AGROVOC). -/- ABSTRACT Animal feed is the factor that most burdens a production system. Thus, the use of different animal feeding strategies is still the great challenge of animal nutrition, taking into account the nutritional requirements of different categories of ruminants, especially cattle in tropical regions, given that seasonality in forage production directly affects cattle production, promoting inadequacy in meeting the nutritional requirements of animals, mainly in minerals and vitamins. A diet that does not meet the nutritional requirements of ruminants generates losses in the production system, in addition to, in more serious cases, causing the loss of the animal. Studies that address the effect and importance of vitamins and minerals in bovine nutrition are scarce and necessary. Recently the National Research Council (NRC) presented new records of the nutritional requirements of vitamins and minerals. These changes provide a significant economic impact on animal nutrition. In this sense, the objective of this review was to bring information about vitamins and minerals in the nutrition of grazing cattle. -/- Keywords: Animal feeding; fat soluble vitamins; forage; nutritional requirements; pasture feeding; ruminants (Source: AGROVOC). -/- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS -/- 1. Cavalcanti CPL, Silva e Macedo TJ, Gois GC, Menezes VG, Monte APO, Silva AD, Silva DJM, Silva EO, Araújo GGL, Rodrigues RTS, Wischral A, Matos MHT, Queiroz MAA. 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Niche construction is a concept that captures a wide array of biological phenomena, from the environmental effects of metabolism to the creation of complex structures such as termite mounds and beaver dams. A central point in niche construction theory is that organisms do not just passively undergo developmental, ecological, or evolutionary processes, but are also active participants in them Evolution: From molecules to men, Cambridge University Press, Cambridge, 1983; Laland KN, Odling-Smee J, Feldman MW, In: KN Laland and T (...) Uller Evolutionary causation: Biological and philosophical reflections, MIT Press, Cambridge, MA, 2019). In this paper, we distinguish between two fundamentally different ways in which organisms are active participants: as agents and as contributors. Roughly, organisms act as agents when niche constructing effects are a result of a goal-directed behavior over which the organisms have some degree of control. Organisms act as contributors when the niche constructing effects do not arise from a goal to perform the constructive activity. As illustrative examples we discuss plants altering leaf-morphology to optimize light exposure as reported by Sultan and bacteria creating novel niches through excreting energy-rich metabolites. The difference between agential and contributional niche construction is important for understanding the different ways organisms can actively participate in development, ecology, and evolution. Additionally, this distinction can increase our understanding of how the capacity of agency is distributed across the tree of life and how agency influences developmental and evolutionary processes. (shrink)

Pranayamic breathing, defined as a manipulation of breath movement, has been shown to contribute to a physiologic response characterized by the presence of decreased oxygen consumption, decreased heart rate, and decreased blood pressure, as well as increased theta wave amplitude in EEG recordings, increased parasympathetic activity accompanied by the experience of alertness and reinvigoration. The mechanism of how pranayamic breathing interacts with the nervous system affecting metabolism and autonomic functions remains to be clearly understood. It is our hypothesis that (...) voluntary slow deep breathing functionally resets the autonomic nervous system through stretchinduced inhibitory signals and hyperpolarization currents propagated through both neural and non-neural tissue which synchronizes neural elements in the heart, lungs, limbic system and cortex. During inspiration, stretching of lung tissue produces inhibitory signals by action of slowly adapting stretch receptors (SARs) and hyperpolarization current by action of fibroblasts. Both inhibitory impulses and hyperpolarization current are known to synchronize neural elements leading to the modulation of the nervous system and decreased metabolic activity indicative of the parasympathetic state. In this paper we propose pranayama’s physiologic mechanism through a cellular and systems level perspective,involving both neural and non-neural elements. This theoretical description describes a common physiological mechanism underlying pranayama and elucidate the role of the respiratory and cardiovascular system on modulating the autonomic nervous system. Along with facilitating the design of clinical breathing techniques for the treatment of autonomic nervous system and other disorders, this model will also validate pranayama as a topic requiring more research. (shrink)

Objective: The coronavirus disease 2019 (Covid-19) has significantly affected human health around the world, causing many complications. However, it is not fully understood how the body compositions of individuals affected in the short or long term after disease. In this study, we aimed to show the effects of Covid-19 on body composition and phase angle values, using Bioelectrical Impedance Analayser. -/- Methods: Subjects were selected from individuals in the 18-60 age group, who had survived COVID-19 disease. 33 individuals who had (...) survived it 1-3 months ago, and 30 individuals who had survived it 3-6 months ago were included in the study. -/- Results: Effects of COVID-19 on basal metabolism and body composition and the ratio of damaged cells in the body after the disease were determined. Basal metabolic rate, lean body mass, body cell mass, total body fluid, intracellular fluid, and phase angle values were found to be significantly changed in the 3-6 months range compared to that of 1-3 months. -/- Conclusion: These results indicate that the basal metabolism and body composition parameters of the body become better, and the proportion of damaged cells decreases as time goes on after suffering COVID-19, reaching values close to normal in 1-3 months and quite better values in 3-6 months. It can be concluded that, although covid-19 influences body composition parameters and cell integrity in survivors of Covid 19 disease, these effects are limited to 3-6 months. (shrink)

A descriptive role is suggested for uracil as a temporal divide in the immediate aspects of metabolism verses long term maintained genetic transmission. In particular, details of the mechanism of excision repair of uracil from DNA based on differential parameters of spatial distortion of the planar uracil molecule within the DNA helix verses RNA, when viewed in analogy to a proposed model for space involving the substitution of the act of mirroring for the element of time in processes and (...) a descending complexity of structure with time of evolution, suggest the possibility that negative selection against decreased lifetime is the singular motive force of natural selection. The geometry of the Mobius strip, as it has a plane of mirroring symmetry, a twist able to account for torque in nature, an inversion of inside and out seen in biological structures, and an endless surface that can be accommodated to an atemporal account of physical processes is employed in a holistic model to elaborate a negative selection opposing death as zero volume or the logical existence of physical constraint to volumes that is represented as the ubiquitous inability of witnessing objects of any type to witness simultaneously both a self reflection and the reflection of self reflection. A role for uracil and its’ physical structure, in a model in which both are evolved from the mirroring of events of the witnessing of energies, is elaborated in which temporal aspects such as those entailed in existing models of natural evolution are considered inappropriate in perspectives that are oriented positively towards a successful comprehension of processes; focus is placed instead upon the geometry and arrangement of physical spaces. (shrink)

The study of organisms within the range of their existence from fertilization to birth is referred to as embryology. The process of progressive change during that period is called development. That development does not stop at birth but continues on throughout the entire life-span of the organism as the process of growth and decay — catabolism, anabolism, and metabolism. The study of this entire range of life has recently become known as developmental biology. The belief that the development from (...) an initial stage of a fertilized egg or zygote to a fully formed adult represents, in compressed time, the whole process of evolution that occurred over millions of years, has recently been named evo-devo, or evolutionary development. The more science advances, the more it studies Nature in its intimate details, the more it comes to realize the existence of a pervasive reason, an inherent natural intelligence that is working in even the most insignificant portions of the universe. Francis Bacon (1561–1626) said, “A little philosophy (science) inclineth man's mind to atheism, but depth in philosophy (science) bringeth men's minds about to religion.” This point is especially true today. It is not from ignorance that men come to have faith in God, but from a maturity of reason and experience. Vedanta philosophy teaches that there is a conscious intelligence that underlies all experienced existence. Being self-evident, this should hardly have to be argued. Yet modern science has failed to integrate this truth into its materialist/naturalistic paradigm. Correcting this deficiency will be the challenge of 21st century science, and the highest reward for humanity. (shrink)

In his Target Article, Terrence Deacon develops simple models that assist in understanding the role of RNA in the origins of life. However, his models fail to adequately represent an important evolutionary dynamic. Central to this dynamic is the selection that impinges on RNA molecules in the context of their association with proto-metabolisms. This selection shapes the role of RNA in the emergence of life. When this evolutionary dynamic is appropriately taken into account, it predicts a role for RNA that (...) is consistent with the Managed-Metabolism Hypothesis about the origins of life, and inconsistent with Deacon’s account. (shrink)

The fundamental principle holds a strong ground in Ayurveda. Every medical stream has its own science in which its matter is developed, evolved and explained. From creation of living to issues of health, disease and its treatment these fundamental principles are the root. These can be enumerated as Tridosha, Panchamahabhuta, Prakriti, Ojas, Dhatu, Mala, Agni, Manas, Atma etc. They are most unique and original approach to the material creation and it has all scope to incorporate the modern development in the (...) elemental physics. The aim of Ayurveda is to maintain the proper equilibrium of dosa, dhatus, and mala constituent in order to preserve health in a healthy person and cure a disease in a diseased person.The presence of cognition as well as the absence of cognition is an indication of the mind. In the presence of senses with senses object and soul the man does not perceive a thing in the absence of mind that is to say that senses are unable to grasp the object in the absence of Manas. The term Ojas has been used in Ayurveda for the factor which prevents decay and degeneratioif the body and provides strength and support against a disease. Concept of Agni which incorporates all activities and factors responsible for digestion and metabolism in the living organism as known today, knowledge to these fundamental principles is a key to health and diseases .Maintenances of health depend on good and sound knowledge of these. Detail will be given in full paper. Keywords: Ayurveda, health, dosa, Agni, mind. (shrink)

Exactly how do the sign/symbol/token systems of endo- and exo-biosemiosis differ from those of cognitive semiosis? Do the biological messages that integrate metabolism have conceptual meaning? Semantic information has two subsets: Descriptive and Prescriptive. Prescriptive information instructs or directly produces nontrivial function. In cognitive semiosis, prescriptive information requires anticipation and “choice with intent” at bona fide decision nodes. Prescriptive information either tells us what choices to make, or it is a recordation of wise choices already made. Symbol systems allow (...) recordation of deliberate choices and the transmission of linear digital prescriptive information. Formal symbol selection can be instantiated into physicality using physical symbol vehicles (tokens). Material symbol systems (MSS) formally assign representational meaning to physical objects. Even verbal semiosis instantiates meaning into physical sound waves using an MSS. Formal function can also be incorporated into physicality through the use of dynamically-inert (dynamically-incoherent or -decoupled) configurable switch-settings in conceptual circuits. This paper examines the degree to which biosemiosis conforms to the essential formal criteria of prescriptive semiosis and cybernetic management. (shrink)

The term “Complex Systems Biology” was introduced a few years ago [Kaneko, 2006] and, although not yet of widespread use, it seems particularly well suited to indicate an approach to biology which is well rooted in complex systems science. Although broad generalizations are always dangerous, it is safe to state that mainstream biology has been largely dominated by a gene-centric view in the last decades, due to the success of molecular biology. So the one gene - one trait approch, which (...) has often proved to be effective, has been extended to cover even complex traits. This simplifying view has been appropriately criticized, and the movement called systems biology has taken off. Systems biology [Noble, 2006] emphasizes the presence of several feedback loops in biological systems, which severely limit the range of validity of explanations based upon linear causal chains (e.g. gene → behaviour). Mathematical modelling is one the favourite tools of systems biologists to analyze the possible effects of competing negative and positive feedback loops which can be observed at several levels (from molecules to organelles, cells, tissues, organs, organisms, ecosystems). Systems biology is by now a well-established field, as it can be inferred by the rapid growth in number of conferences and journals devoted to it, as well as by the existence of several grants and funded projects.Systems biology is mainly focused upon the description of specific biological items, like for example specific organisms, or specific organs in a class of animals, or specific genetic-metabolic circuits. It therefore leaves open the issue of the search for general principles of biological organization, which apply to all living beings or to at least to broad classes. We know indeed that there are some principles of this kind, biological evolution being the most famous one. The theory of cellular organization also qualifies as a general principle. But the main focus of biological research has been that of studying specific cases, with some reluctance to accept (and perhaps a limited interest for) broad generalizations. This may however change, and this is indeed the challenge of complex systems biology: looking for general principles in biological systems, in the spirit of complex systems science which searches for similar features and behaviours in various kinds of systems. The hope to find such general principles appears well founded, and I will show in Section 2 that there are indeed data which provide support to this claim. Besides data, there are also general ideas and models concerning the way in which biological systems work. The strategy, in this case, is that of introducing simplified models of biological organisms or processes, and to look for their generic properties: this term, borrowed from statistical physics, is used for those properties which are shared by a wide class of systems. In order to model these properties, the most effective approach has been so far that of using ensembles of systems, where each member can be different from another one, and to look for those properties which are widespread. This approach was introduced many years ago [Kauffman, 1971] in modelling gene regulatory networks. At that time one had very few information about the way in which the expression of a given gene affects that of other genes, apart from the fact that this influence is real and can be studied in few selected cases (like e.g. the lactose metabolism in E. coli). Today, after many years of triumphs of molecular biology, much more has been discovered, however the possibility of describing a complete map of gene-gene interactions in a moderately complex organism is still out of reach. Therefore the goal of fully describing a network of interacting genes in a real organism could not be (and still cannot be) achieved. But a different approach has proven very fruitful, that of asking what are the typical properties of such a set of interacting genes. Making some plausible hypotheses and introducing some simplifying assumptions, Kauffman was able to address some important problems. In particular, he drew attention to the fact that a dynamical system of interacting genes displays selforganizing properties which explain some key aspects of life, most notably the existence of a limited number of cellular types in every multicellular organism (these numbers are of the order of a few hundreds, while the number of theoretically possible types, absent interactions, would be much much larger than the number of protons in the universe). In section 3 I will describe the ensemble based approach in the context of gene regulatory networks, and I will show that it can describe some important experimental data. Finally, in section 4 I will discuss some methodological aspects. (shrink)

This book (in German) on "Physics, life and mind" is on the physical foundations of modern biology. The basic features of living systems, reproduction, mutation and metabolism, can be explained in terms of molecular processes involving nucleic acids as genetic material, and proteins as catalysts. The generation of structure and form in each generation results from spatiotemporal gene regulation in conjunction with the de novo formation of spatial order in which interplays of activation and inhibition play a crucial part. (...) Brain functions can be understood in terms of information processing in neural networks. Fundamental limitations of explanations of biological phenomena on the basis of physics are expected for the relation between neural and mental states, which may not be fully decodable by finite procedures. A complete algorithmic theory of the human mind encompassing all, including self-referential, aspects appears to be impossible even in principle, not only in practice. The range and limitations of explanations of life on the basis of physical laws and processes reflect the scope and limits of science in general. In contrast to the notions in circulation in the 19th century, modern science is open at the metatheoretical level to different philosophical, cultural and religious interpretations of man and the universe. -/- . (shrink)

Type 2 diabetes mellites (T2DM) is a common complex disease with multiple factors contributing to its development and progression. Dyslipidemia refers to the abnormality of lipid metabolism, characterized by elevated levels of low-density lipoprotein (LDL), total cholesterol (TC), triglycerides (TG), and decreased levels of high-density lipoprotein (HDL). It is a major risk factor for cardiovascular disease in type 2 diabetic patients. This study aimed to evaluate the diagnostic value of glycosylated hemoglobin (HbA1c) and fasting blood glucose (FBG) in predicting (...) the risk of developing diabetic dyslipidemia. 86 clinically diagnosed Libyan patients with type 2 diabetes mellitus (44 males: 42 females), 30 years and 70 years of age were engaged in this study. Levels of HbA1C, blood glucose, TC, TG, LDL, and HDL were performed using a Lntegra Cobas 400+ analyzer. The findings showed that HbA1c exhibits a significant positive correlation with TC and TG with no significant correlation with LDL and HDL levels. Thus, this study suggests that HbA1c can be used as a potential dual marker of glycemic control and dyslipidemia in type 2 diabetes mellitus. (shrink)

Self – organizing is closely connected to the phenomenon of life. The creation of complexity, which is necessary for the creation of life, is connected to the process of storing information in molecules of which the living cell is constituted. All living systems, either unicellular or multicellular organisms, are extremely complex systems compared to all the other species of the non living matter that exist in the Universe. Complexity is the result of effect processes, leading to systems with great organization, (...) containing large information stocks. This organization of the molecules of a living organism, a result of accumulation of information, is what makes them able to produce useful work. The useful work involves both the fulfillment of basic biological processes, such as metabolism and reproduction, and the further increase in the information content that builds up in living systems. This last process is subject to the great chain of evolution of biological systems, this development is governed by the law of natural selection. The capability of reproduction, mutation and metabolism are necessary conditions for the latter. (shrink)

Introduction: Metabolic syndrome (MetS) is an endocrinopathy with a combination of cardiovascular and metabolic compounds. In our study, it is expected to obtain results showing that mortality rate, loss of workforce, and treatment costs due to disorders caused by MetS can be reduced by physical exercise. The study analyses the effect of moderate exercise training on this Apolipoprotein E (ApoE), Apolipoprotein CIII (ApoCIII), adiponectin, resistin, interleukin-6 (IL-6), and tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) which are thought to have a role in the (...) deterioration of glucose and lipid metabolism in MetS. -/- Methods: This clinical experimental study consists of 3 groups. The MetS+E (n=24) group, which included the participants who agreed to participate in the exercise program in addition to their medical treatment, the MetS (n=23) group who received medical treatment but did not exercise, and the Control+E (n=25) group, which included healthy volunteers who had the same protocol as MetS+E ApoE, ApoCIII, adiponectin, resistin, IL-6, and TNF-α plasma levels of all participants were measured both at the beginning of the study and at the end of the protocol. -/- Results: At the end of the study we reached the following findings; insulin and Homeostatic Model Assessment for Insulin Resistance (HOMA-IR) levels decreased in exercise groups (p=0,03). ApoCIII levels increased in all the groups after the study (p<0,01). IL-6 levels decreased in MetS+E (p<0,01) and Control+E (p=0,037). ApoE (p=0,01) and TNF-α (p=0,037) levels decreased only in the Control+E group. -/- Conclusion: Training showed metabolic, anti-inflammatory, and physical improvements independent of ApoE and ApoCIII in those with MetS. (shrink)

Chloroquines are 4-aminoquinoline-based drugs mainly used to treat malaria. At pharmacological concentrations, they have significant effects on tissue homeostasis, targeting diverse signaling pathways in mammalian cells. A key target pathway is autophagy, which regulates macromolecule turnover in the cell. In addition to affecting cellular metabolism and bioenergetic flow equilibrium, autophagy plays a pivotal role at the interface between inflammation and cancer progression. Chloroquines consequently have critical effects in tissue metabolic activity and importantly, in key functions of the immune system. (...) In this article, we will review the work addressing the role of chloroquines in the homeostasis of mammalian tissue, and the potential strengths and weaknesses concerning their use in cancer therapy. (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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PRINCÍPIOS DA DIGESTÃO DOS ALIMENTOS NOS BEZERROS -/- -/- E. I. C. da Silva -/- Departamento de Agropecuária – IFPE Campus Belo Jardim -/- Departamento de Zootecnia – UFRPE sede -/- -/- PRINCÍPIOS DA DIGESTÃO DOS ALIMENTOS NOS BEZERROS -/- -/- INTRODUÇÃO -/- Se todos os bezerros pudessem ser criados por suas mães, haveria pouca necessidade de inúmeros livros, artigos e trabalhos, como esse, sobre a criação e o manejo básico desses animais. A maioria das vacas desempenha um ótimo papel (...) na criação dos seus descendentes, desde que sejam tomados os devidos cuidados com relação a alimentação, saúde e a outros aspectos relativos à criação desses neonatos. A essência da pecuária bovina relativa à criação de bezerros é manter esses animais vivos e aptos o suficiente para desempenhar atividades produtivas de grande importância na propriedade. Para tanto, os criadores necessitam entender o desenvolvimento do trato digestivo do bezerro e os conceitos básicos da digestão dos alimentos por ele, e é isso que pretendo aclarar de forma clara e concisa com esse trabalho. -/- -/- 1.1 O TRATO DIGESTIVO DO BEZERRO -/- Um animal adulto necessita de quatro estômagos funcionais para dar-lhe a capacidade de utilizar a ampla gama de alimentos disponíveis. -/- O retículo e o rúmen abrigam milhões de micróbios que fermentam e digerem o material vegetal, em especial às presentes nas forragens. O omaso permite a absorção de água do conteúdo do intestino. O abomaso, ou quarto estômago, é o verdadeiro estômago, comparável ao dos humanos, e permite a digestão ácida dos alimentos. -/- O bezerro muito jovem não desenvolve a capacidade de digerir o pasto, sendo assim o abomaso é o único estômago funcional ao nascer. Tanto os animais recém-nascidos como os adultos têm um intestino delgado funcional que permite a digestão alcalina dos alimentos. -/- A figura 1 ilustra a anatomia dos estômagos e intestino delgado de um bezerro recém-nascido. Esse diagrama esquemático mostra as dimensões relativas dos quatro estômagos, o sulco esofágico, que vai do esôfago até o abomaso, e o esfíncter pilórico ou válvula no fundo do abomaso, que controla a velocidade de movimento do conteúdo do intestino no duodeno. -/- O omaso e o abomaso representam cerca de 70% da capacidade total do estômago no bezerro recém-nascido. Por outro lado, nas vacas adultas, eles compõem apenas 30% da capacidade total do estômago (figura 2). -/- A digestão dos alimentos é auxiliada pela secreção de certos produtos químicos denominados enzimas, que estão presentes nas várias partes do intestino. Por exemplo, os bezerros produzem a enzima renina na parede do abomasal para auxiliar na digestão das proteínas do leite, enquanto a lactase é produzida na parede do duodeno para a digestão do açúcar do leite (lactose). Estas enzimas operam mais eficazmente em diferentes níveis de acidez no conteúdo do intestino, ácido no abomaso e alcalino no duodeno. Para conseguir isso, o bezerro segrega eletrólitos, ou sais minerais, com as enzimas, para mudar o conteúdo do intestino de um tipo para outro. -/- Os produtos finais da digestão dos diferentes componentes dos alimentos são absorvidos através da parede do intestino, mediante as vilosidades intestinais, para a corrente sanguínea, onde são levados para as diferentes partes do corpo para o crescimento e desenvolvimento do animal. -/- -/- 1.2 O BEZERRO ALIMENTADO COM LEITE -/- O Leite ou substituto do leite, quer seja apreendido através de uma teta ou bebido de um balde, é canalizado do esôfago através do sulco esofágico para o abomaso. Este sulco é um pequeno canal na parede do rúmen que é controlado por músculos que permitem que os líquidos sejam diretamente enviados para o abomaso e que não entrem no rúmen. O sulco é ativado em resposta a diferentes estímulos. Funciona bem quando os bezerros amamentam-se através das tetas das mães, mas às vezes não funciona quando bebem de um balde. Essa parece ser uma condição psicológica em resposta aos bezerros separados de suas mães. A maioria dos bezerros podem ser treinados pelo tratador para beber o leite do balde rapidamente e bem, a metodologia empregada é a da persuasão do animal, ao qual o mesmo possa responder positivamente à nova rotina diária e à mãe substituta na forma do criador do bezerro. Quando o leite ou o substituto do leite entra no abomaso, forma um coágulo firme dentro de alguns minutos sob a influência das enzimas renina e pepsina. Este é o mesmo processo envolvido na fabricação de queijo ou junket, usando renina para coagular a proteína do leite. A coagulação do leite retarda a taxa em que flui para fora do abomaso, permitindo assim uma liberação constante de nutrientes alimentares em todo o intestino e, eventualmente, para a corrente sanguínea. Pode levar de 12 a 18 horas para que a coalhada de leite seja totalmente digerida. -/- As enzimas que atuam nas proteínas do leite requerem um ambiente ácido e esse é fornecido pela secreção do ácido clorídrico no abomaso. No entanto, até que a digestão ácida esteja operando de forma eficiente, e isso pode levar até sete dias, a única forma de proteína que pode ser digerida é a caseína. Não há substituto para a caseína no bezerro muito jovem. Os substitutos do leite que contêm outras formas de proteína não podem ser devidamente digeridos até que os bezerros sejam mais velhos. Logo, é necessário muito cuidado para não fornecer substitutos ou sucedâneos que contenham fontes proteicas que não possam ser digeridas pelo estômago do animal, para que não ocasione complicações gastrintestinais. -/- A digestão do leite pode ser melhorada com a inclusão de coalho, que pode ser obtido a partir de fábricas de queijo ou aditivos comerciais de leite de bezerro para a primeira semana ou mais. Esses produtos comerciais podem fornecer ácidos adicionais para reduzir o pH abomasal e incrementar a quantidade de enzimas e bactérias específicas para aumentar a taxa de degradação da coalhada de leite. Tais aditivos são chamados probióticos, na medida em que ajudam nos processos digestivos normais. A pesquisa nem sempre os encontrou para melhorar o desempenho e a saúde dos bezerros, e eles são mais propensos a ser benéficos quando os bezerros estão sofrendo de problemas de saúde. Além disso, a sua eficácia, em termos de custo-benefício é, por vezes, questionada. -/- Qualquer leite de uma alimentação anterior está envolvido neste coágulo recém-formado. As proteínas líquidas de soro de leite e a lactose são rapidamente separadas da coalhada de leite e passam para o abomaso. A gordura do leite contida na coalhada de leite é decomposta por outra enzima, a lipase. Esta é secretado na boca pela saliva e incorporada quando o leite é engolido. A alimentação pelas tetas em vez da alimentação através do balde parece produzir mais saliva e, portanto, mais lipase. A digestão adicional da proteína do leite e da gordura ocorre no duodeno com a ajuda das enzimas produzidas no pâncreas. -/- A lactose, que é rapidamente liberada da coalhada de leite no abomaso, é dividida em glicose e galactose e estas são absorvidas na corrente sanguínea para formar a principal fonte de energia para os bezerros jovens. -/- As gorduras são divididas em ácidos graxos e glicerol para absorção e uso como energia, enquanto as proteínas são divididas em aminoácidos e peptídeos para absorção e uso como fontes de proteína corporal. -/- O amido de cereais, por exemplo, é uma importante fonte de energia em bezerros mais velhos, mas esses animais, nas suas primeiras semanas de vida, não conseguem digerir o amido. -/- O abomaso não é ácido até que o bezerro tenha 1-2 dias de idade e isso apresenta vantagens e desvantagens. A principal vantagem é que as proteínas imunes no colostro não podem ser digeridas nesse compartimento estomacal, por isso são absorvidas na corrente sanguínea na mesma forma quando produzidas pela vaca. Isso garante o seu papel como anticorpos para proteger contra as doenças e infecções. A baixa acidez do conteúdo abomasal no bezerro recém-nascido constitui um risco potencial das bactérias (e provavelmente vírus) tomadas através da boca. Estes não serão mortos pela digestão ácida, sendo assim podem passar para os intestinos, onde podem fazer mal ao bezerro recém-nascido. -/- Todos os bezerros pegam bactérias nos primeiros dias de vida e isso é essencial para o desenvolvimento normal do rúmen (flora microbiana). No entanto, a primeira bactéria a colonizar o intestino também pode causar danos. Desde que o bezerro tenha bebido colostro, os anticorpos maternos podem controlar a propagação dessas bactérias mais nocivas. -/- O bezerro alimentado com leite deve, então, produzir uma digestão ácida no abomaso e uma digestão alcalina no duodeno. Isto é conseguido pela produção de eletrólitos na parede do intestino. -/- Bezerros que sofrem de escoriações devido a distúrbios nutricionais ou infecções bacterianas podem perder grandes quantidades de água e eletrólitos em suas fezes. Estes devem ser reabastecidos como parte do tratamento para as escoriações. -/- O colostro é o primeiro leite produzido por vacas recém-paridas. Além de fornecer nutrientes essenciais para a alimentação animal, fornece anticorpos maternos que permitem a transferência passiva de imunidade contra doenças. As recomendações para a alimentação com colostro serão abordadas brevemente em outro trabalho. -/- -/- 1.3 DESENVOLVIMENTO DO RÚMEN E O PROCESSO DE DESMAME -/- Quando os bezerros são desmamados, o custo da criação diminui acentuadamente. Os custos de alimentação são mais baixos, os insumos de trabalho são reduzidos e a incidência de problemas de saúde é menor. No sentido econômico, faz sentido desmamar os bezerros assim que for razoável. No entanto, o bezerro é forçado a sofrer várias mudanças dramáticas, a saber: -/-  A fonte primária de nutrientes muda de líquido para sólido. -/-  A quantidade de matéria seca que o bezerro recebe é reduzida. -/-  O bezerro deve adaptar-se de um tipo monogástrico a um ruminante de digestão, que inclui a fermentação de alimentos. -/-  Mudanças na habitação e no manejo muitas vezes ocorrem em torno do desmame, o que pode aumentar o estresse. -/- Ao nascer, o rúmen é uma parte pequena e estéril do intestino que, ao desmame deve se tornar o compartimento mais importante dos quatro estômagos. Deve aumentar em tamanho, atividade metabólica interna e fluxo sanguíneo externo. Os cinco requisitos para o desenvolvimento ruminal são: -/-  Estabelecimento de bactérias. -/-  Líquido. -/-  Saída de material (ação muscular). -/-  Capacidade absortiva do tecido. -/-  Substrato para permitir o crescimento bacteriano, tais como minerais reciclados, bem como nutrientes para alimentação. -/- Antes do consumo de alimentos sólidos, as bactérias existentes fermentam o cabelo ingerido, o estrato e o leite que flui do abomaso para o rúmen. A maior parte da água que entra no rúmen provém da água livre (água real não contida no leite ou na solução substituta do leite). O leite contornará o rúmen através do sulco esofágico, enquanto a água livre não. -/- O rúmen se desenvolve a partir de um órgão muito pequeno em bezerros recém-nascidos (1-2 L) para a parte mais importante do intestino (25-30 L) por 3 meses de idade. Ele pode aumentar muito rapidamente durante as primeiras semanas de vida, dado o manejo da alimentação direita. -/- O crescimento do rúmen ocorre apenas sob a influência dos produtos finais da digestão no mesmo, que resultam da fermentação de alimentos sólidos pelos micróbios presentes nesse compartimento. O desenvolvimento ocorre em grande parte através do crescimento das papilas ruminais (figura 5 e 6) na parede ruminal (estruturas semelhantes a folhas na superfície interna), que aumentam a área superficial do rúmen e, portanto, a sua capacidade de absorver estes produtos finais de digestão. Portanto, os concentrados favorecem melhor o desenvolvimento dessas papilas ruminais. Para tanto, é necessário, com um tempo, ir incrementando a dieta sólida gradativamente para que esses animais deixem de consumir o leite das vacas produtoras e possam alimentar-se de ração e pastagens, que é a finalidade da criação de bovinos, ou seja, criar animais com menor custo possível e engordá-los através de ração, mas principalmente de pastagens. -/- A capacidade do rúmen e a ingestão de alimentos sólidos estão intimamente relacionadas. O desenvolvimento do rúmen é muito lento em bezerros alimentados com grandes quantidades de leite. O leite satisfaz seus apetites para que eles não tenham fome suficiente para comer qualquer alimento sólido. Logo, é necessário diminuir paulatinamente o fornecedor do leite para esses animais, favorecendo a ingestão de alimentos sólidos e desenvolvendo o rúmen, estômago que digere as fibras das forragens e que os tona animais peculiares. -/- A ruminação pode ocorrer com cerca de 2 semanas de idade e é uma boa indicação de que o rúmen está se desenvolvendo. Alimentos sólidos, bem como a ruminação, estimulam a produção de saliva e isso fornece nutrientes como ureia e bicarbonato de sódio para produzir os substratos para o crescimento e desenvolvimento da flora bacteriana. -/- No desmame precoce, é importante limitar a quantidade de leite oferecida e a sua disponibilidade durante todo o dia. Também é essencial fornecer alimentos sólidos. Os grosseiros (de baixa ou alta qualidade) devem ser oferecidos em combinação com concentrados de alta qualidade. -/- O criador deve tomar cuidado com o fornecimento de alimentos como a ração farelada, uma vez que essa ração pode entrar pelas vias nasais e ocasionar complicações respiratórias; há alguns relatos de bezerros mortos após a ingestão de ração farelada, na autópsia de um dos casos foi diagnosticada uma morte por esses grãos farelados presentes no pulmão. Portanto, para evitar complicações o ideal é que se forneça uma ração denominada peletizada. -/- Os alimentos grosseiros (volumosos) estimulam o desenvolvimento do rúmen, enquanto os concentrados fornecem nutrientes para a alimentação animal que não são fornecidos pelas quantidades limitadas de leite oferecidas. Sem os concentrados, o crescimento dos bezerros é lento, mas o rúmen ainda se desenvolve, resultando em animais barrigudos. -/- A ureia fornece nitrogênio para os micróbios, enquanto o bicarbonato de sódio atua como um tampão ruminal, ajudando a manter um pH estável no conteúdo do rúmen. Isso é, particularmente, importante quando os bezerros comem grandes quantidades de grãos de cereais na vida adulta, pois os micróbios do rúmen podem produzir muito ácido lático durante a fermentação desse material. -/- Envenenamento por grãos ou acidose ocorre quando os níveis de ácido lático são excessivamente elevados e tornam-se tóxicos para os micróbios do rúmen e, eventualmente, para o animal. Assim como os produtos finais que são absorvidos através da parede do rúmen, a fermentação microbiana produz os gases dióxido de carbono e metano e estes são normalmente exalados. Quando algo impede a fuga destes gases do rúmen, o inchaço pode se manifestar em qualquer fase da vida, diz-se do animal estufado. -/- -/- 1.4 O PAPEL DA FORRAGEM NO PROCESSO DE DESMAME -/- Existem inúmeras controvérsias acerca do papel da forragem no processo de desmame. Pesquisas realizadas na década de 1980 indicaram claramente que a forragem era benéfica, enquanto pesquisas da década de 1990 descobriram que nem sempre era necessário o fornecimento da forragem para que os bezerros fossem desmamados e que não sofresse estresse e nem apresentasse baixa eficiência produtiva e reprodutiva no futuro. Na maioria das pesquisas anteriores, os bezerros eram desmamados com a oferta de concentrados moídos como pellets com ou sem a presença de feno longo ou palha. Porém, a inclusão de forragens na dieta melhorou a ingestão e o desempenho, além de permitir o desmame precoce. -/- Na pesquisa posterior, os bezerros geralmente alimentavam-se de concentrados grosseiramente moídos, além de alguns volumosos, enquanto alguns até incluíam volumosos picados finos na mistura (às vezes chamados de mistura muesli por apresentar o capim e a ração). Nesses estudos, verificou-se que a inclusão de feno ou palha adicional teve pouco efeito no desempenho pré-desmame. -/- Os sistemas de criação de bezerros australianos frequentemente diferem dos demais, especialmente em áreas de parto sazonais. Um número excessivo elevado de bezerros precisam ser criados de uma só vez para lhes fornecer, a todos, currais individuais durante todo o seu período de amamentação. Consequentemente, os bezerros são criados em grupos. Além disso, os ingredientes da maioria dos concentrados para esses animais são finamente moídos. Nessas situações, descobriu-se que a palha limpa é um alimento útil e que deve ser incluso no período pré-desmame. Alguns agricultores preferem feno de boa qualidade, porém estes agricultores geralmente têm bezerros em grupos muito pequenos, muitas vezes um ou dois, por isso possuem maior controle sobre a ingestão de forragem. -/- Figura 7: A alimentação volumosa de bezerros alimentados com leite é uma questão controversa. Imagem cedida pelo IPA -/- É difícil e, portanto, mais caro que os produtores de rações incorporem feno picado nas refeições dos bezerros. Os pellets são muito mais fáceis, pois eles vão fluir para silos. Por fim, os produtores de leite devem incluir o componente volumoso no regime alimentar pré-desmame. A pastagem não é a fonte ideal de forragem volumosa para os bezerros alimentados com leite, uma vez que possui muito pouca fibra e uma baixa densidade de energia alimentar. O seu elevado teor de água limita a sua capacidade de fornecer energia alimentar adequada aos animais em crescimento. Para ingerir a pastagem a capacidade ruminal deveria ser maior, bezerros jovens simplesmente não conseguem comer pasto suficiente, a menos que seja de alta em qualidade. -/- Os bezerros criados com leite e fornecimento gradual de concentrados apresentam uma boa função ruminal às 3 semanas de vida, além de possuírem uma suficiente capacidade ruminal para o desmame entre às 4-6 semanas de idade. No entanto, se a dieta for baseada em leite restrito e pastagem de alta qualidade, a capacidade do rúmen pode não ser suficiente para o desmame até às 8-10 semanas de vida. Mesmo assim, as taxas de crescimento seriam menores em bezerros desmamados com base alimentar somente à pasto, uma vez que a ingestão de energia é insuficiente devido às limitações físicas da capacidade ruminal. -/- Se a qualidade for muito boa e produza apetite, os bezerros preferem volumosos ao invés do concentrado, o que leva a uma ingestão reduzida de nutrientes durante alimentação, tendo como efeito um crescimento mais lento. Quando volumosos e concentrados fornecem apetite no animal, juntamente com o leite limitado, os bezerros podem comer cerca de 10% de palha e 90% de concentrados. Sem o volumoso e a ruminação resultante, o desenvolvimento do rúmen será mais lento devido à falta de saliva e produtos finais da digestão de fibras presentes na parede celular das forragens. -/- -/- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS -/- -/- BEN ASHER, Aharon. Manual de cría de becerras. Zaragoza: Acribia, 1999. -/- BITTAR, Carla Maris Machado; PORTAL, Rafaela Nunes Sanchez; PEREIRA, Anna Carolina Fett da Cunha. Criação de bezerras leiteiras. Piracicaba: EDUSP, 2018. -/- BLUM, J. W. Nutritional physiology of neonatal calves. Journal of animal physiology and animal nutrition, v. 90, n. 1‐2, p. 1-11, 2006. -/- CAMPOS, OF de. Criação de bezerros até a desmama. Coronel Pacheco: EMBRAPA/CNPGL, 1985. -/- COELHO, S. G. Criação de bezerros. II Simpósio Mineiro de Buiatria, Anais., Belo Horizonte, 2005. -/- DAVIS, Carl L. et al. The development, nutrition, and management of the young calf. Iowa State University Press, 1998. -/- DE OLIVEIRA, Juliana Silva; DE MOURA ZANINE, Anderson; SANTOS, Edson Mauro. Fisiologia, manejo e alimentação de bezerros de corte. Arquivos de Ciências Veterinárias e Zoologia da UNIPAR, v. 10, n. 1, 2007. -/- DRACKLEY, James K. Calf nutrition from birth to breeding. 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Scholarship on Plato's Timaeus has paid relatively little attention to Tim. 77a–81, a seemingly disjointed passage on topics including plants, respiration, blood circulation, and musical sounds. Despite this comparative neglect, commentators both ancient and modern have levelled a number of serious charges against Timaeus' remarks in the passage, questioning the coherence and explanatory power of what they take to be a theory of respiration. In this paper, I argue that the project of 77a–81e is not to sketch theories of respiration, (...) circulation, and digestion, but to explain how the human body is maintained in light of and despite constant environmental depletion. Further, I argue that in order to understand this account of “the replenishing system,” we need to understand Timaeus' striking analogy of the fish trap or nassa. Commentators have generally focused directly on the workings of the bodily construction that Timaeus likens to a fish trap, but without considering how we should understand the analogy qua analogy. I develop a functional reading of the analogy that yields a coherent account of the replenishing system on which previous criticisms of Timaeus' remarks on respiration do not arise. Aside from lending greater unity to the passage, both internally and within its immediate context in the dialogue, this account of the replenishing system contributes to our understanding of Timaeus' reason-and-necessity explanatory framework as applied to the human body and has noteworthy implications for specific explanatory principles, in particular like-to-like motion and circular thrust. (shrink)

Intelligence in current AI research is measured according to designer-assigned tasks that lack any relevance for an agent itself. As such, tasks and their evaluation reveal a lot more about our intelligence than the possible intelligence of agents that we design and evaluate. As a possible first step in remedying this, this article introduces the notion of “self-concern,” a property of a complex system that describes its tendency to bring about states that are compatible with its continued self-maintenance. Self-concern, as (...) argued, is the foundation of the kind of basic intelligence found across all biological systems, because it reflects any such system's existential task of continued viability. This article aims to cautiously progress a few steps closer to a better understanding of some necessary organisational conditions that are central to self-concern in biological systems. By emulating these conditions in embodied AI, perhaps something like genuine self-concern can be implemented in machines, bringing AI one step closer to its original goal of emulating human-like intelligence. (shrink)

This essay examines the relationship between metabolic brain processes and psycho-physiological activities or mental activity. It is argued that metabolic brain processes, including those involved in the production of energy, proteins and other molecules are restorative and conditional, rather than directly involved in mental activities. This stance suggests that life-time acquired learning and memory is precipitated as a permanent and personal configuration of the brain, that is in principle accessible to neurophysiological examination. Current neuroscience largely ignores implicitly or explicitly the (...) search for new emergent configurations of the brain. (shrink)