Whether or not quantum physics can account for molecular structure is a matter of considerable controversy. Three of the problems raised in this regard are the problems of molecular structure. We argue that these problems are just special cases of the measurement problem of quantum mechanics: insofar as the measurement problem is solved, the problems of molecular structure are resolved as well. In addition, we explore one consequence of our argument: that claims about the (...) reduction or emergence of molecular structure cannot be settled independently of the choice of a particular resolution to the measurement problem. Specifically, we consider how three standard putative solutions to the measurement problem inform our under- standing of a molecule in isolation, as well as of chemistry’s relation to quantum physics. (shrink)

One of the most plausible and widely discussed examples of strong emergence is molecular structure. The only detailed account of it, which has been very influential, is due to Robin Hendry and is formulated in terms of downward causation. This paper explains Hendry’s account of the strong emergence of molecular structure and argues that it is coherent only if one assumes a diachronic reflexive notion of downward causation. However, in the context of this notion of downward (...) causation, the strong emergence of molecular structure faces three challenges that have not been met and which have so far remained unnoticed. First, the putative empirical evidence presented for the strong emergence of molecular structure equally undermines supervenience, which is one of the main tenets of strong emergence. Secondly, it is ambiguous how the assumption of determinate nuclear positions is invoked for the support of strong emergence, as the role of this assumption in Hendry’s argument can be interpreted in more than one way. Lastly, there are understandings of causation which render the postulation of a downward causal relation between a molecule’s structure and its quantum mechanical entities, untenable. (shrink)

There is consensus within the chemosciences that olfactory perception is of the molecular structure of chemical compounds, yet within philosophical theories of smell there is little agreement about the nature of smell. The paper critically assesses the current state of debate regarding smells within philosophy in the hopes of setting it upon firm scientific footing. The theories to be covered are: Naïve Realism, Hedonic Theories, Process Theory, Odor Theories, and non-Objectivist Theories. The aforementioned theories will be evaluated based (...) on their explanations of the (a) the olfactory quality of a smell, (b) smells as distal entities, and (c) our experience of smells as intentional objects. The paper concludes with a defense of Molecular Structure Theory that demonstrating its superiority in accounting for each of these three aspects of smell. (shrink)

In this article I examine several related views expressed by Robin Hendry concerning molecular structure, emergence and chemical bonding. There is a long-standing problem in the philosophy of chemistry arising from the fact that molecular structure cannot be strictly derived from quantum mechanics. Two or more compounds which share a molecular formula, but which differ with respect to their structures, have identical Hamiltonian operators within the quantum mechanical formalism. As a consequence, the properties of all (...) such isomers yield precisely the same calculated quantities such as their energies, dipole moments etc. The only means through which the difference between the isomers can be recovered is to build their structures into the quantum mechanical calculations, something that is carried out by the application of the Born-Oppenheimer approximation. Consequently, it has been argued by many authors that molecular structure is written in ‘by hand’ rather than derived. Robin Hendry is one such author, but he goes a great deal further by proposing that this situation implies the existence of emergence and downward causation. In the current article I argue that there are alternative explanations which render emergence and downward causation redundant. Such an alternative lies in the notion of quantum decoherence and the appeal to work in the foundations of physics, which posits that the various isomers exist as a superposition until their wavefunctions are collapsed either by observation or by interacting with their environment. Hendry also alludes to a debate among chemists as to whether chemical bonds are real or not, in the sense of directional connections between two or more nuclei in any given molecule. I reject this view and propose that the structural and energetic views of chemical bonding, that have been discussed by some philosophers of chemistry including Hendry, do not refer to any essential ontological differences. I agree that chemists view bonding in a more realistic fashion and may consider bonds to be in some senses real, while physicists may consider bonding in more abstract energetic terms. However, I do not believe that such differences in scientific practice and attitudes should be considered to offer a window as to the ontological status of bonding or whether bonding is real. Finally, I discuss the kinetic energy school of chemical bonding which would seem to challenge any notion of bonds as directional entities, since bonding is no longer regarded as being primarily due to the build-up of electron density between nuclei. (shrink)

The type-level abstraction is a formal way to represent molecular structures in biological practice. Graphical representations of molecular structures of biological objects are also used to identify functional processes of things. This paper will reveal that category theory is a formal mathematical language not only to visualize molecular structures of biological objects as type-level abstraction formally but also to understand how to infer biological functions from the molecular structures of biological objects. Category theory is a toolkit (...) to understand biological knowledge at the type-level formally, not individual token-level, as well as typical heuristic strategies in molecular biology. (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)

Today, the lipid bilayer structure is nearly ubiquitous, taken for granted in even the most rudimentary introductions to cell biology. Yet the image of the lipid bilayer, built out of lipids with heads and tails, went from having obscure origins deep in colloid chemical theory in 1924 to being “obvious to any competent physical chemist” by 1935. This chapter examines how this schematic, strictly heuristic explanation of the idea of molecular orientation was developed within colloid physical chemistry, and (...) how the image was transformed into a reflection of the reality and agency of lipid molecules in the biological microworld. Whereas in physical and colloid chemistry these images considered secondary to instrumental measurement and mathematical modeling of surface phenomena, in biology the manipulable image of the lipid on paper became an essential tool for the molecularization of the cell. (shrink)

In 1926, Haldane published an essay titled 'On Being the Right Size' in which he argued that the structure, function, and behavior of an organism are strongly conditioned by the physical forces that exert the greatest impact at the scale at which it exists. This chapter puts Haldane’s insight to work in the context of contemporary cell and molecular biology. Owing to their minuscule size, cells and molecules are subject to very different forces than macroscopic organisms. In a (...) sense, macroscopic and microscopic entities inhabit different “worlds”: the former is ruled by gravity and inertia, whereas the latter is governed by Brownian motion. One implication is that we should be extremely skeptical of models and analogies that seek to explain properties of microscopic entities by appealing to properties of macroscopic ones. Unfortunately, this is precisely what the appeal to engineering metaphors in molecular biology attempts to do. Molecular biologists routinely resort to such metaphors because they are familiar and intuitively intelligible. But if our machines were the size of molecules it would be impossible for them to function the way they do. It follows that we should avoid distorting biological reality by construing it in engineering terms. In this chapter I examine four key metaphors in molecular biology – “genetic program,” “cellular circuitry,” “molecular machine,” and “molecular motor” – and I argue that their deficiencies derive from their neglect of scale. I also try to explain why many biologists today appear to have forgotten the importance of scale that Haldane drew attention to in his essay. I suggest that the reason has to do with the influence of Schrödinger’s argument in 'What is Life?' regarding the stability of the gene. (shrink)

1900 was a remarkable year for science. Several ground-breaking events took place, in physics, biology and psychology. Planck introduced the quantum concept, the work of Mendel was rediscovered, and Sigmund Freud published The Interpretation of Dreams . These events heralded the emergence of completely new areas of inquiry, all of which greatly affected the intellectual landscape of the 20 th century, namely quantum physics, genetics and psychoanalysis. What do these developments have in common? Can we discern a family likeness, a (...) basic affinity between them, so that we can use the one to deepen our understanding of the other? One common denominator is that they open up realms of inquiry that are significantly different from the world of everyday experience, namely the realm of elementary particles, of genes and genomes, and of the unconscious. But to what extent can we meaningfully argue, for instance, that the genome is the biological unconscious, and the unconscious the psychic genome? To address these questions, I will build on the work of two key intellectual figures who have explored the affinities of these developments in depth, namely Erwin Schrödinger (a quantum physicist and avid reader of Schopenhauer who initiated molecular biology) and Jacques Lacan (who reframed the specificity of psychoanalysis with the help of 20 th century science: the era of structural linguistics, but also of quantum physics, molecular biology, bioinformatics and DNA). (shrink)

The Aristotelian axiom that function follows form was beautifully instantiated in molecular biology by the discovery of DNA’s structure that immediately suggested how DNA might work as depository and vehicle for genetic information. However, later on molecular biology became infatuated with the gene that became the center of the universe. This gene-centered viewpoint is an obstacle for the emerging field of evo-devo aiming at finding the causal connections between evolution and biological development. Here it is argued that (...) molecular biology must reject the narrow-minded causality associated with the gene-centered view and so it must recover to the spirit of Aristotelian natural history and its four types of causation in order to foster the evo-devo field of research. (shrink)

In the beginning of the 20th century the groundbreaking work of Ramon y Cajal firmly established the neuron doctrine, according to which neurons are the basic structural and functional units of the nervous system. Von Weldeyer coined the term “neuron” in 1891, but the huge leap forward in neuroscience was due to Cajal’s meticulous microscopic observations of brain sections stained with an improved version of Golgi’s la reazione nera (black reaction). The latter improvement of Golgi’s technique made it possible to (...) visualize the arborizations of single neurons that were “colored brownish black even to their finest branchlets, standing out with unsurpassable clarity upon a transparent yellow background. All was sharp as a sketch with Chinese ink”. The high quality of both the visualization of individual nerve cells and the work performed on studying the anatomy of the central nervous system lead Ramon y Cajal to the conclusion that axons output the nervous impulses to the dendrites or the soma of other target neurons. (shrink)

In this paper, I defend the agent/patient distinction against critics who argue that causal interactions are symmetrical. Specifically, I argue that there is a widespread type of causal interaction between distinct entities, resulting in a type of ontological asymmetry that provides principled grounds for distinguishing agents from patients. The type of interaction where the asymmetry is found is when one of the entities undergoes a change in kind, structure, powers, or intrinsic properties as a result of the interaction while (...) the other does not. Interactions of this type are widespread in molecular biology and chemistry. I focus specifically on (i) the actions of enzymes on substrates and (ii) water molecules breaking the bonds of polarized molecules. Finally, I respond to objections by laying out and to a limited extent defending three commitments of my account: emergent entities and powers, realism about chemical kinds or structures, and the assumption of the agent/patient distinction in functional attributions in biology. (shrink)

Intra-molecular connectivity (that is, chemical structure) does not emerge from computations based on fundamental quantum-mechanical principles. In order to compute molecular electronic energies (of C 3 H 4 hydrocarbons, for instance) quantum chemists must insert intra-molecular connectivity “by hand.” Some take this as an indication that chemistry cannot be reduced to physics: others consider it as evidence that quantum chemistry needs new logical foundations. Such discussions are generally synchronic rather than diachronic —that is, they neglect ‘historical’ (...) aspects. However, systems of interest to chemists generally are metastable . In many cases chemical systems of a given elemental composition may exist in any one of several different metastable states depending on the history of the system. Molecular structure generally depends on contingent historical circumstances of synthesis and separation, rather than solely or mainly on relative energies of alternative stable states, those energies in turn determined by relationships among components. Chemical structure is usually ‘kinetically-determined’ rather than ‘thermodynamically-determined.’ For instance, cyclical hydrocarbon ring-systems (as in cyclopropene) are produced only in special circumstances. Adequate theoretical treatments must take account of the persistent effects of such contingent historical events whenever they are relevant—as they generally are in chemistry. (shrink)

Within the sedimentation diagram of infective RNA preparations isolated from Tobacco Mosaic Virus, undegraded molecules form a sharp peak with a molecular weight corresponding to the total RNA content of the virus particle. Degradation kinetics by ribonuclease is of the linear, single-target type, indicating that the RNA is single-stranded. The intact RNA of a virus particle thus forms one big single-stranded molecule. Quantitative evaluation of the effect degradation by RNA-ase on the infectivity of the RNA shows that the integrity (...) of the entire molecule is required for its biological activity. (shrink)

I consider three explanatory strategies from recent systems biology that are driven by mathematics as much as mechanistic detail. Analysis of differential equations drives the first strategy; topological analysis of network motifs drives the second; mathematical theorems from control engineering drive the third. I also distinguish three abstraction types: aggregations, which simplify by condensing information; generalizations, which simplify by generalizing information; and structurations, which simplify by contextualizing information. Using a common explanandum as reference point—namely, the robust perfect adaptation of chemotaxis (...) in Escherichia coli—I argue that each strategy invokes a different combination of abstraction types and that each targets its abstractions to different mechanistic details. (shrink)

The question of the holistic structure of an organism is a recurring theme in the philosophy of biology and has been increasingly discussed again in recent years. Organisms have recently been described as complex systems that autonomously create, maintain and reproduce themselves while constantly interacting with their environment. Key focal points include their autopoiesis, autonomy, agency and teleological structure. This perspective marks a significant advancement from the 20th-century viewpoint, which predominantly saw organisms as genetically programmed, randomly generated and (...) blindly selected survival-machines. However, crucial questions about the shape and development of organisms still lack answers. Shape and development are deeply interconnected and seem to require a holistic approach. Here, I will briefly outline a phenomenological perspective which could provide a framework for seeking answers to these fundamental questions. In particular, I propose a common four-fold phenomenal structure of the developing organism and the cognising consciousness, which makes it possible to observe the agential and teleological structure of the organism "from within". This fourfold structure also describes the molecular level and thus provides a general organismic concept. It furthermore corresponds to the four Aristotelian "causes" (conditions). (shrink)

In his late years, Thomas Kuhn became interested in the process of scientific specialization, which does not seem to possess the destructive element that is characteristic of scientific revolutions. It therefore makes sense to investigate whether and how Kuhn’s insights about specialization are consistent with, and actually fit, his model of scientific progress through revolutions. In this paper, I argue that the transition toward a new specialty corresponds to a revolutionary change for the group of scientists involved in such a (...) transition. I will clarify the role of the scientific community in revolutionary changes and characterize the incommensurability across specialties as possessing both semantic and methodological aspects. The discussion of the discovery of the structure of DNA will serve both as an illustration of my main argument and as reply to one criticism raised against Kuhn—namely, that his model cannot capture cases of revolutionary yet non-disruptive episodes of scientific progress. Revisiting Kuhn’s ideas on specialization will shed new light on some often overlooked features of scientific change. (shrink)

This paper examines the adequacy of causal graph theory as a tool for modeling biological phenomena and formalizing biological explanations. I point out that the causal graph approach reaches it limits when it comes to modeling biological phenomena that involve complex spatial and structural relations. Using a case study from molecular biology, DNA-binding and -recognition of proteins, I argue that causal graph models fail to adequately represent and explain causal phenomena in this field. The inadequacy of these models is (...) due to their failure to include relevant spatial and structural information in a way that does not render the model non-explanatory, unmanageable, or inconsistent with basic assumptions of causal graph theory. (shrink)

Schröedinger’s question “what is life?” was a real challenge for the scientific community and this still remains as an opened question, because in spite of the important advances in various scientific branches like philosophy, biology, chemistry and physics,, each of them assesses life from its particular point of view to explain the life’ characteristic features, so not a coherent and well structured general model of life was reported. In this paper life is approached from informational perspective, starting from earlier Draganeacu's (...) philosophic concepts, showing that actually life is structured by matter and information. Therefore, it is analyzed carbon-matter properties on the basis of which the living structures are composed, giving rise not only of a considerable number of carbon-based compounds, but serving now beside silicon, as an useful material for micro/nanostructure applications. Such specific properties refers to the high ability of carbon to associate/dissociate in chemical reactions regulated/facilitated by informational (Bit unit) YES/NO bistable mechanisms to form macro/small molecules with complementary properties, reactive info-functional pathways of transduction, relaying, amplification, integration, spreading, modulation, activation and positive/negative feedback reactions, like in the informational microelectronic/microsystems circuits. It is argued that the negentropy invoked earlier in Schrödinger's analysis is a consequence of informational-assisted structuration/organization of the cell and human organism. From the analysis of inter/intra-communication mechanisms in the cell and comparing with the outcomes described by the Informational Model of Human Body, it is deduced that, the living organisms operate on the basis of three main streaming circuits assuring the living functions: (1) the metabolic matter-related circuit; (2) the operative informational circuit; (3) the epigenetic informational circuit for the gradual integration of information in the central informational structure – DNA. It is founded on these bases the Informational Model of the Living Structures, and the Informational System of the Living Structures (ISLS), with similar functions on the entire living scale size, from unitary to multicellular living structures, composed by seven informational systems, namely [CASI (center of acquisition and storing of information), CDC (center of decision and command), IRSS (info-reactive sentient system), MIS (maintenance info-system), GTS (genetic transmission system), IGG (info-genetic generator) and IC (info-connection)]ISLS, and are identified the specific functions of each of them. The living structures operate thus like self-“polarized" bipolar info-matter informational devices by means of the stand-by metabolic matter-related circuit, and react/respond to the external/internal informational stimuli, which modulate their functionality, returning an external reaction signal (“attitude"), for adaptation and survival. (shrink)

We perceive smells as perduring complex entities within a distal array that might be conceived of as smellscapes. However, the philosophical orthodoxy of Odor Theories has been to deny that smells are perceived as having a distal location. Recent challenges have been mounted to Odor Theories’ veracity in handling the timescale of olfactory perception, how it individuates odors as a distal entities, and their claim that olfactory perception is not spatial. The paper does not aim to dispute these criticisms. Rather, (...) what will be shown is that Molecular Structure Theory, a refinement of Odor Theory, can be further developed to handle these challenges. The theory is further refined by focusing on distal perception that requires considering the perceptual object as mereologically complex persisting odor against a background scene conceived of as a smellscape. What will be offered is an expansion of Molecular Structure Theory to account for distal smell perception within natural environments. (shrink)

Dispostions, such as solubility, cannot be reduced to categorical properties, such as molecular structure, without some element of dipositionaity remaining. Democritus did not reduce all properties to the geometry of atoms - he had to retain the rigidity of the atoms, that is, their disposition not to change shape when a force is applied. So dispositions-not-to, like rigidity, cannot be eliminated. Neither can dispositions-to, like solubility.

In this paper, we will explore the relation between molecular structure and functions displayed by biochemical molecules in complex physiological processes by using tools from the philosophy of science and the philosophy of scientific practice. We will argue that biochemical functions are weakly emergent from molecular structure by using an account of weak. In order to explore this thesis, we will consider the role of vitamin B12 in contributing to the process of erythropoiesis. The structure (...) of the paper is the following: First, we will consider biochemical functions and why they cannot be easily reduced to their chemical realisers. We will suggest weak emergence as an alternative while also accounting for the relevance of the context, in our case, systemic and organisational. The paper will conclude by considering (1) how the usage of tools from the philosophy of science, such as weak emergence, can aid our understanding of the relations between the components of complex phenomena, such as erythropoiesis, and (2) how the philosophy of scientific practice sheds light on the explanatory role of processes that are dynamically stabilised and the different levels of organisation implied. (shrink)

It is arguably the case that olfactory system contains two senses that share the same type of stimuli, sensory transduction mechanism, and processing centers. Yet, orthonasal and retronasal olfaction differ in their types of perceptible objects as individuated by their sensory qualities. What will be explored in this paper is how the account of orthonasal smell developed in the Molecular Structure Theory of smell can be expanded for retronasal olfaction (Young, 2016, 2019a-b, 2020). By considering the object of (...) olfactory perception to be the molecular structure of chemical compounds composing odor plumes, Molecular Structure Theory provides a means for determining an odor’s olfactory quality, how odors can be identified and individuated, and how we perceive smellscapes. Surveying the differences between orthonasal and retronasal olfaction provides the basis for the central argument of the paper that the perceptible objects we refer to as smells and individuated on the basis of their olfactory qualities are only relative to orthonasal olfaction. Retronasal olfaction it is speculatively concluded might play an essential role in our perception of flavorful objects. (shrink)

The automatic integration of rapidly expanding information resources in the life sciences is one of the most challenging goals facing biomedical research today. Controlled vocabularies, terminologies, and coding systems play an important role in realizing this goal, by making it possible to draw together information from heterogeneous sources – for example pertaining to genes and proteins, drugs and diseases – secure in the knowledge that the same terms will also represent the same entities on all occasions of use. In the (...) naming of genes, proteins, and other molecular structures, considerable efforts are under way to reduce the effects of the different naming conventions which have been spawned by different groups of researchers. Electronic patient records, too, increasingly involve the use of standardized terminologies, and tremendous efforts are currently being devoted to the creation of terminology resources that can meet the needs of a future era of personalized medicine, in which genomic and clinical data can be aligned in such a way that the corresponding information systems become interoperable. (shrink)

Hyperintensionality – the failure of substitutivity salva veritate of intensionally equivalent expressions – is one of the most debated topics in recent philosophy of language. Being a phenomenon that affects a wide variety of different sentential contexts, a question concerning its source arises: is hyperintensionality something that can originate from actual features of the world, or it is simply some kind of representational phenomenon, which entirely depends on our conceptual faculties and preferred semantics? After a brief general introduction to the (...) topic from the semantic standpoint, in the present work I defend a view developed by Daniel Nolan, according to which hyperintensionality can be a worldly, non-representational phenomenon. I first reconstruct Nolan’s view and argument for worldly hyperintensionality, understood through the comparison with de re intensional modality. Then, I address the main criticism that has been raised against it, developing three objections. Evidence for worldly hyperintensionality is thereby presented, by focusing on a paradigmatic trigger: counterpossible conditionals. I provide two jointly sufficient criteria for a counterpossible to be a genuine instance of worldly hyperintensionality, then illustrate three case studies from scientific practices that all rely on counterpossible reasoning: reducibility in relative computability theory; scientific explanation of certain substances’ essential properties; and emergent molecular structure in chemistry. Each of them is evaluated by checking if it satisfies the criteria for worldly hyperintensionality, leading to the detection of patterns of counterpossible dependence occurring in at least some specific instances of the case studies discussed. Finally, I suggest a possible realist reading of such dependence relation, locating its relata in the world, independently from our representations. (shrink)

Where humans can manipulate and integrate the information they receive in subtle and ever-changing ways from context to context, computers need structured and context-free background information of a sort which ontologies can help to provide. A domain ontology captures the stable, highly general and commonly accepted core knowledge for an application domain. The domain at issue here is that of the life sciences, in particular molecular biology and bioinformatics. Contemporary life science research includes components drawn from physics, chemistry, mathematics, (...) medicine and many other areas, and all of these dimensions, as well as fundamental philosophical issues, must be taken into account in the construction of a domain ontology. Here we describe the basic features of domain ontologies in the life sciences and show how they can be used. (shrink)

The present thesis explores some metaphysical issues concerning biochemical kinds and the relations between chemical and biological properties and phenomena. The main result of this thesis is that there is something sui generis about biochemical kinds. This result is motivated by two theoretical steps. The first is characterising biochemical functions as weakly emergent from the chemical structure [Chapter 3, Chapter 6]. The second is via an account for which biochemical kinds are natural categories [Chapter 4, Chapter 7]. The thesis (...) comprises four parts. Part I [Chapter 1, Chapter 2] aims to offer the methodological and conceptual tools that underpin this research. Chapter 1 presents the debate on the unity of science and the motivation of the research. Chapter 2 presents the account of natural kinds that will be used throughout the thesis. Part II [Chapter 3, Chapter 4] offers a detailed metaphysical analysis of the molecular gene. Chapter 3 argues that molecular genes are weakly emergent from nucleic acids. Chapter 4 argues that the category "molecular gene" can be deemed a natural kind, following the account presented in Chapter 2. Part III [Chapter 5, Chapter 6, Chapter 7] explores some of the themes related to biochemical kinds and generalises some of the results from Part II. Chapter 5 considers biochemical functions and how functional attribution should be interpreted for biochemical molecules. Chapter 6 considers the relation between biochemical functions and structure, spelt in terms of weak emergence and explores unity in biochemistry. Chapter 7 considers the topic of biochemical kinds per se and argues that biochemical kinds are natural categories. Part IV [Chapter 8] elucidates the main outcome and the implications that this research can have for future discussion in the philosophy and metaphysics of biochemistry and the unity of science. (shrink)

In identifying intrinsic molecular chance and extrinsic adaptive pressures as the only causally relevant factors in the process of evolution, the theoretical perspective of the Modern Synthesis had a major impact on the perceived tenability of an ontology of dispositional properties. However, since the late 1970s, an increasing number of evolutionary biologists have challenged the descriptive and explanatory adequacy of this “chance alone, extrinsic only” understanding of evolutionary change. Because morphological studies of homology, convergence, and teratology have revealed a (...) space of possible forms and phylogenetic trajectories that is considerably more restricted than expected, evo-devo has focused on the causal contribution of intrinsic developmental processes to the course of evolution. Evo-devo’s investigation into the developmental structure of the modality of morphology – including both the possibility and impossibility of organismal form – has led to the utilisation of a number of dispositional concepts that emphasise the tendency of the evolutionary process to change along certain routes. In this sense, and in contrast to the perspective of the Modern Synthesis, evo-devo can be described as a “science of dispositions.” This chapter discusses the recent philosophical literature on dispositional properties in evo-devo, exploring debates about both the metaphysical and epistemological aspects of the central dispositional concepts utilised in contemporary evo-devo and addressing the epistemological question of how dispositional properties challenge existing explanatory models in evolutionary biology. (shrink)

In some recent papers (G. ‘t Hooft and others), it has been argued that quantum mechanics can arise from classical cellular automata. Nonetheless, G. Shpenkov has proved that the classical wave equation makes it possible to derive a periodic table of elements, which is very close to Mendeleyev’s one, and describe also other phenomena related to the structure of molecules. Hence the classical wave equation complements Schrödinger’s equation, which implies the appearance of a cellular automaton molecular model starting (...) from classical wave equation. The other studies show that the microworld is constituted as a tessellation of primary topological balls. The tessellattice becomes the origin of a submicrospic mechanics in which a quantum system is subdivided to two subsystems: the particle and its inerton cloud, which appears due to the interaction of the moving particle with oncoming cells of the tessellattice. The particle and its inerton cloud periodically change the momentum and hence move like a wave. The new approach allows us to correlate the Klein-Gordon equation with the deformation coat that is formed in the tessellatice around the particle. The submicroscopic approach shows that the source of any type of wave movements including the Klein-Gordon, Schrödinger, and classical wave equations is hidden in the tessellattice and its basic exciations – inertons, carriers of mass and inert properies of matter. We also discuss possible correspondence with Konrad Zuse’s calculating space. (shrink)

Molecular developmental biology has expanded our conceptions of gene actions, underpinning that embryonic development is not only governed by a set of specific genes, but as much by space–time conditions of its developing modules. Typically, formation of cellular spheres, their transformation into planar epithelia, followed by tube formations and laminations are modular steps leading to the development of nervous tissues. Thereby, actions of organising centres, morphogenetic movements, inductive events between epithelia, tissue polarity reversal, widening of epithelia, and all these (...) occurring orderly in space and time, are driving forces of emergent laminar neural tissues, e.g. the vertebrate retina. Analyses of self-organisational formation of retina-like 3D structures from dispersed cells under defined cell culture conditions demonstrate that not only particular genetic networks, but—at least as important—the applied culture conditions define phenotypes of emergent tissues. Such in vitro approaches allow assigning emerging tissue formation to ground-laying genetic networks separately from contributions by conditional constraints. (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)

Are living organisms--as Descartes argued--just machines? Or is the nature of life such that it can never be fully explained by mechanistic models? In this thought-provoking and controversial book, eminent geophysicist Walter M. Elsasser argues that the behavior of living organisms cannot be reduced to physico-chemical causality. Suggesting that molecular biology today is at the same point as Newtonian physics on the eve of the quantum revolution, Elsasser lays the foundation for a theoretical biology that points the way toward (...) a natural philosophy of organic life. Explicitly repudiating "vitalism" (the notion that the laws of nature need to be modified when applied to living organisms), Elsasser argues instead that the structural complexity of even a single living cell is "transcomputational"--that is, beyond the power of any imaginable system to compute. Beginning from this insight, Elsasser leads the reader through a step-by-step process that ultimately arrives at the conclusion that living and non-living matter are separated by "a no-man's land of irrationality." Trained in Germany as a physicist, Elsasser first pondered the implications of quantum mechanics for biology as early as 1951. The more closely he studied the inherent complexity of life, the more skeptical he became of the reductionist view of organisms as tiny machines. "An organism," he concluded, "is a source of causal chains which cannot be traced beyond a terminal point because they are lost in the unfathomable complexity of the organism." Like the physicist who works within the bounds of an unfathomable universe, Elsasser argues, the biologist must seek answers within a system that is no less unfathomable. (shrink)

Modern physics describes the mechanics of the Universe. We have discovered a new foundation for physics, which explains the components of the Universe with precision and depth. We quantify the existence of Aether, subatomic particles, and the force laws. Some aspects of the theory derive from the Standard Model, but much is unique. A key discovery from this new foundation is a mathematically correct Unified Force Theory. Other fundamental discoveries follow, including the origin of the fine structure constant and (...) subatomic particle g-factors, a slight correction of neutron magnetic moment, a geometrical structure for charge, the quantification of electromagnetic charge as separate from electrostatic charge, a more precise meaning of spin, the quantification of space-resonance in five dimensions, and a new system of quantum units. The Aether quantifies as a fabric of quantum rotating magnetic fields with electromagnetic, electrostatic, and gravitational dipole structures. Subatomic particles quantify as angular momentum encapsulated in a quantum, rotating magnetic field. All quantum, atomic, and molecular processes can be precisely modeled, leading to discrete physics with new understandings and insights. (shrink)

The concept of adaptation is employed in many fields such as biology, psychology, cognitive sciences, robotics, social sciences, even literacy and art,1 and its meaning varies quite evidently according to the particular research context in which it is applied. We expect to find a particularly rich catalogue of meanings within evolutionary biology, where adaptation has held a particularly central role since Darwin’s The Origin of Species (1859) throughout important epistemological shifts and scientific findings that enriched and diversified the concept. Accordingly, (...) a conceptual taxonomy of adaptation in evolutionary biology may help to disambiguate it. Interdisciplinary researches focused on adaptation would benefit from such a result. In the present work we recognize and define seven different meanings of adaptation: (1) individual fitness; (2) adaptation of a population; (3) adaptation as the process of natural selection; (4) adaptive traits; (5) molecular adaptation; (6) adaptation as structural tinkering; (7) plasticity. For convenience here, we refer to them as W-, P-, NS-, T-, M-, S- and PL-ADAPTATION. We present the seven meanings in some detail, hinting at their respective origins and conceptual developments in the history of evolutionary thought (references are offered for further deepening). However, it is important to point out that evolution researchers seldom if ever refer to a single meaning purified from the others. This applies also to the authors we cite as representatives of one of the seven meanings. In Discussion and Conclusion draw from our work some future perspectives for adaptation within evolutionary biology. (shrink)

The Protein Ontology provides terms for and supports annotation of species-specific protein complexes in an ontology framework that relates them both to their components and to species-independent families of complexes. Comprehensive curation of experimentally known forms and annotations thereof is expected to expose discrepancies, differences, and gaps in our knowledge. We have annotated the early events of innate immune signaling mediated by Toll-Like Receptor 3 and 4 complexes in human, mouse, and chicken. The resulting ontology and annotation data set has (...) allowed us to identify species-specific gaps in experimental data and possible functional differences between species, and to employ inferred structural and functional relationships to suggest plausible resolutions of these discrepancies and gaps. (shrink)

As Jaegwon Kim points out in his excellent new book, “reductionism” has become something of a pejorative term in philosophy and related disciplines. But originally (eg, as expressed in Ernest Nagel’s 1961 The Structure of Science) reduction was supposed to be a form of explanation, and one may wonder whether it is reasonable to reject in principle the advances in knowledge which such explanations may offer. Nagel’s own view, illustrated famously by the reduction of thermodynamics to statistical mechanics, was (...) that reduction is a relation between theories: theory A is reduced to theory B by formulating “bridge laws” which link the terminology of the theories, and using them to derive A from B. (An additional reductive claim is that Aphenomena are identical with certain B-phenomena—as when the temperature of a gas is identified with its mean molecular kinetic energy—but this kind of identity claim is, strictly speaking, independent of the claim about theories.) Applied to the case of mental states and brain states, a reduction would provide explanatory relations between psychology and neuroscience, normally supplemented with the claim that mental properties are identical with physical properties in the brain. (shrink)

Neuroscience is a laboratory-based science that spans multiple levels of analysis from molecular genetics to behavior. At every level of analysis experiments are designed in order to answer empirical questions about phenomena of interest. Understanding the nature and structure of experimentation in neuroscience is fundamental for assessing the quality of the evidence produced by such experiments and the kinds of claims that are warranted by the data. This article provides a general conceptual framework for thinking about evidence and (...) experimentation in neuroscience with a particular focus on two research areas: cognitive neuroscience and cognitive neurobiology. (shrink)

Symmetries play a major role in physics, in particular since the work by E. Noether and H. Weyl in the first half of last century. Herein, we briefly review their role by recalling how symmetry changes allow to conceptually move from classical to relativistic and quantum physics. We then introduce our ongoing theoretical analysis in biology and show that symmetries play a radically different role in this discipline, when compared to those in current physics. By this comparison, we stress that (...) symmetries must be understood in relation to conservation and stability properties, as represented in the theories. We posit that the dynamics of biological organisms, in their various levels of organization, are not just processes, but permanent (extended, in our terminology) critical transitions and, thus, symmetry changes. Within the limits of a relative structural stability (or interval of viability), variability is at the core of these transitions. (shrink)

Contingentism, generally contrasted with law necessitarianism, is the view that the laws of nature are contingent. It is often coupled with the claim that their contingency is knowable a priori. This paper considers Bird's (2001, 2002, 2005, 2007) arguments for the thesis that, necessarily, salt dissolves in water; and it defends his view against Beebee's (2001) and Psillos's (2002) contingentist objections. A new contingentist objection is offered and several reasons for scepticism about its success are raised. It is concluded that (...) certain higher-level laws describing the behaviours of molecular compounds may be necessary due to their dependence on underlying physical laws, and that the modal status of laws of nature cannot be determined a priori, as the structural features of the substances and properties they govern must first be investigated. (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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OBJETIVO A gestação nos mamíferos domésticos é um processo fisiológico que implica mudanças físicas, metabólicas e hormonais na fêmea, que culminam com o nascimento de um novo indivíduo. Desta forma, a compreensão de tais mudanças e como estas favorecem um ambiente ideal de desenvolvimento embrionário inicial, até a placentação e a fisiologia envolvidas durante esses processos é fundamental na tomada de decisões quanto à saúde reprodutiva da fêmea, na seleção de futuras matrizes e até mesmo para a saúde fetal e (...) sanidade do novo animal. Neste capítulo, o estudante compreenderá de forma clara, concisa, didática e objetiva, as adaptações maternas e fetais para o estabelecimento da gestação após a fecundação, o desenvolvimento desta e também identificará as diferenças existentes entre as espécies de interesse zootécnico. INTRODUÇÃO O estabelecimento da gestação nos mamíferos domésticos inclui três etapas fundamentais: o reconhecimento materno da gestação ou prenhez (RMP), a implantação e a placentação. Dentro da fisiologia da reprodução nos mamíferos, a implantação e a placenta- ção constituem processos essenciais na nutrição do embrião e do feto e, portanto, para seu desenvolvimento; devido a isso, são etapas críticas para a produção animal já que possuem um efeito direto sobre a eficiência reprodutiva. Nos bovinos leiteiros, por exemplo, estima-se uma taxa de fertilização perto de 95%, embora apenas 55% desses zigotos se desenvolvam e cheguem ao parto, o qual representa uma perda de gestações perto de 35%. Entre 70% e 80% das mortes embrionárias ocorrem durante as três semanas seguintes à ovulação, o que coincide com o período no qual se estabelecem os processos de implantação e placentação supracitados. O desenvolvimento embrionário precoce depende da sincronia de eventos entre o oviduto-útero e o embrião. Foi determinado que a presença do embrião pode modificar as secreções ovidutais e uterinas durante as fases iniciais de desenvolvimento. O ambiente endócrino materno (predominância de progesterona) também modula as características das secreções ovidutais e uterinas para assegurar a sobrevivência embrionária no caso da fertilização ter sido bem sucedida. Se este último ocorrer, então o embrião deverá indicar à mãe a sua existência para que sejam mantidas as condições adequadas ao seu desenvolvimento. Como supracitado, o embrião em seu curso pelo oviduto requer certas secreções para sobreviver e desenvolver-se, no entanto, graças à fertilização in vitro, têm-se dispensado a importância das secreções ovidutais, já que se observou que um embrião é capaz de se desenvolver em condições laboratoriais fora do aparelho reprodutor materno durante as suas fases iniciais, e consegue estabelecer uma gestação normal que chega a termo após a sua reintrodução no útero. Em estágios mais tardios de desenvolvimento o embrião necessita necessariamente do meio uterino para sobreviver e continuar o seu crescimento. No bovino, por exemplo, o embrião só é capaz de alongar-se estando dentro do útero, indicando a presença de fatores específicos necessários para que o embrião se desenvolva de maneira normal. Um meio endócrino no qual predomina a progesterona materna durante a gestação induz a secreção do histiotrofo (ou leite uterino) que permite a nutrição e a sobrevivência do embrião antes da implantação e da formação da placenta, através do qual obterá a maioria do fornecimento e intercâmbio necessários para continuar o seu desenvolvimento intra-uterino. SEGMENTAÇÃO E DESENVOLVIMENTO EMBRIONÁRIO PRECOCE O desenvolvimento embrionário precoce, conhecido como período de pré- -implantação, é essencial; inclui processos de divisão e diferenciação celular que são realizadas no início com uma elevada sincronização para garantir o desenvolvimento correto do indivíduo dentro do útero. Esta fase envolve a passagem do zigoto (unicelular), a embrião (multicelular) e, por fim, em concepto (quando se distingue o embrião com suas membranas extraembrionárias). O desenvolvimento precoce é o estágio mais dinâmico e vulnerável na formação de um indivíduo. Investigações recentes demonstraram que alterações nesta etapa podem modificar características produtivas ou reprodutivas durante a vida adulta. É por isso que é necessário conhecer as etapas fisiologicamente normais envolvidas neste processo (figura 1). Em fases mais tardias de desenvolvimento, o embrião se converterá em um feto com todos os sistemas e tecidos diferenciados observados num animal adulto. Após a fertilização, o zigoto resultante é capaz de dar origem a um novo organismo completo, de modo que se considera como uma célula totipotencial. O desenvolvimento embrionário começa e se consegue graças a uma série de divisões mitóticas conhecidas como segmentação ou clivagem (cleavage, em inglês). A primeira divisão mitótica dá origem a duas células filhas idênticas (figura 1), e ocorre por volta das 20 às 30 horas depois da fertilização, com divisões subsequentes a cada 12 a 24 h, dependendo da espécie. As células resultantes destas divisões são conhecidas como blastômeros. A orientação da divisão inicial que dá origem aos dois primeiros blastô- meros, parece ser guiada pela posição dos corpos polares. As divisões iniciais das células embrionárias são sincrônicas, no entanto, conforme o desenvolvimento se torna assincrônicas. Assim, a divisão mitótica inicial dá origem a um embrião de duas células (dois blastômeros), a segunda a um embrião de quatro células, a terceira a um de oito células e a quarta a um com 16 células, onde passa a ser chamado de mórula. Estas divisões são realizadas sem o aumento do volume do citoplasma, para que seja restabelecida uma proporção celular mais adequada à das células somáticas, já que o ovócito é a célula mais grande do organismo (um ovócito mede entre 100 e 150 μm do ovócito, enquanto uma célula somática mede de 10 a 20 μm); e porque o embrião ainda está contido dentro da zona pelúcida (figura 1). Um dos pontos críticos durante o desenvolvimento embrionário precoce é a ativação do genoma embrionário. Durante as etapas iniciais após a fertilização, as proteínas e RNAs “herdados” do ovócito são responsáveis pelo metabolismo e desenvolvimento inicial do embrião. É apenas até o estágio de quatro (ratos) ou oito blastômeros (espécies domésticas e humanas) em que o embrião começa a sintetizar o seu próprio RNAm (mensageiro) e as proteínas específicas necessárias para controlar o seu crescimento e metabolismo. A qualidade do ovócito que é fertilizado, consequente- mente, tem um grande impacto sobre a sobrevivência inicial do embrião. Quando o embrião atinge uma média de 16 a 32 células é conhecido como mórula (tabela 1) (do latim morus: mora), e nesta fase o embrião começa a compactar-se, o que ocorre porque começam a estabelecer-se diferentes uniões celulares, de acordo com a relação espacial entre os blastômeros. As células centrais desenvolvem-se incluindo entre elas junções comunicantes, conhecidas também como junções GAP, enquanto as que se encontram na periferia estabelecem uniões estreitas, dando origem a duas subpopulações distintas de blastômeros: periféricos e centrais. Cabe mencionar que os blastômeros que compõem a mórula ainda são células capazes de dar origem a um novo indivíduo completo, ou seja, são totipotenciais. À medida que a mórula continua a dividir-se e a crescer, as células localizadas na periferia começam a liberar sódio para os espaços intercelulares, criando uma diferença na pressão osmótica seguida pela entrada de água ao embrião. O líquido se acumula e provoca a separação das células, distinguindo ainda mais as duas subpopulações de células mencionadas (periféricas e centrais) e forma-se uma cavidade cheia de líquido. Esta cavidade é conhecida como blastocele; com a sua formação o embrião entra em fase de blastocisto (figura 1, tabela 1). Da subpopulação celular da periferia se origina do trofoblasto (trofoectoderma) que formará a maioria das membranas extraembrionárias (placenta), e da subpopulação central é estabelecida a massa celular interna ou embrioblasto, que dará origem ao embrião propriamente dito, ou seja, ao feto. Ao continuar a multiplicação e crescimento do trofoblasto à medida que o blastocisto se desenvolve, as células da massa interna se diferenciam novamente em dois segmentos distintos: a endoderme primitiva ou hipoblasto e o epiblasto (figura 1), em que todos os tecidos do organismo (saco vitelino) são originados e as células germinativas primordiais. Uma vez formado, o epiblasto continua a dividir-se e a diferenciar-se para dar origem às três placas ou camadas germinativas conhecidas como endoderme, mesoderme e ectoderme. Este processo é conhecido como gastrulação, e durante este diferem-se no embrião as porções craniais, caudais, dorsais e ventrais, processo conhecido como polaridade do embrião, que orienta o desenvolvimento dos diversos tecidos e órgãos do indivíduo. À medida que o blastocisto continua crescendo e diferenciando-se, vai-se acumulando mais líquido no blastocele, com o que a pressão interna aumenta e a zona pelúcida começa a ficar mais fina. Este fato, juntamente com a ação de proteases produzidas pelo embrião, leva à ruptura da zona pelúcida e à saída do blastocisto (eclosão), pelo que, uma vez liberado, o embrião é conhecido como blastocisto eclodido. O trofoblasto embrionário entra, então, em contato direto com o endométrio, o que é considerado como o início da implantação. IMPLANTAÇÃO O trofoblasto embrionário, também conhecido como trofoectoderma, dá origem à maioria das membranas fetais ou placenta fetal. O processo no qual o trofoblasto se une ao endométrio materno é conhecido como implantação; para isso ocorre uma série de processos altamente sincronizados envolvendo secreções embrionárias e maternas, e interações físicas, durante um período limitado conhecido como janela de receptividade. A implantação é considerada um processo gradual que genericamente se divide em cinco fases, algumas das quais podem sobrepor-se parcialmente e diferir segundo a espécie: 1. Eclosão do blastocisto da zona pelúcida (figura 2); -/- 2. Pré-contato e orientação do blastocisto. É o contato inicial entre as células do trofoblasto e do epitélio endometrial, bem como a orientação da massa celular interna e do trofoectoderma, que assume especial importância em espécies cuja implantação é invasiva, como em roedores e primatas; 3. Aposição - refere-se ao posicionamento do blastocisto numa determinada área e de uma forma específica no útero. Começa a interdigitação das vilosidades coriônicas com o epitélio luminal do endométrio. 4. Adesão - requer sistemas de sinalização que envolvem glicoproteínas de adesão, como integrinas, selectinas e galectinas, com os seus ligantes, tanto no epitélio luminal como no epitélio trofoectoderma. 5. Invasão endometrial - este termo se relaciona ao tipo de placentação e é pertinente sobretudo para aquelas espécies onde existe uma fusão entre células do trofoblasto e do epitélio do endométrio durante a formação da placenta, ou que as células trofoblásticas penetrem as camadas endometriais e até modifiquem as células do endométrio que as rodeiam. Existem três tipos de implantação ou nidação. Na nidação central ou não invasiva, a vesícula embrionária ocupa uma posição central na luz do útero e, na sua relação com a mucosa uterina, unicamente através das vilosidades coriônicas (projeções das células trofoblásticas dentro das quais crescem capilares do feto), há adesão mas não invasão da mucosa. Este tipo ocorre nos ungulados domésticos, mas não em carnívoros. Na nidação excêntrica a vesícula embrionária está inserida num canal profundo da mucosa, parcialmente isolada da luz principal, e se apresenta na rata, cadela e gata. A nidação intersticial é própria dos primatas, rato e cobaia, e nesta produz-se a destruição do epitélio e do tecido conjuntivo do útero, de modo que a vesícula embrionária se afunda na própria lâmina mucosa e se desenvolve em um espaço intersticial. Até o momento da implantação, a nutrição do embrião é histotrófica, sendo as substâncias necessárias absorvidas através do trofoblasto, como foi mencionado anteriormente. A partir deste momento, o trofoblasto começa o desenvolvimento de uma série de membranas extraembrionárias que permitirão finalmente a troca de nutrientes e metabólitos entre o sangue materno e o do embrião, constituindo a placenta. Um fato necessário na implantação é a perda de receptores para progesterona no epitélio luminal do endométrio, e pré-sensibilização do mesmo pelos estrógenos. Apesar de parecer um efeito contraditório, este requisito permite o desaparecimento de uma camada de mucina e outros compostos proteicos, que revestem o endométrio e que atuam como uma película antiaderente que inicialmente não permite a aposição e adesão do embrião. O desaparecimento desta camada ocorre durante a janela de receptividade, seja em toda a superfície do endométrio (ruminantes, suínos e roedores) ou nas zonas específicas onde o blastocisto será implantado (humano e coelho). Por esta razão, a interação física entre o embrião e o endométrio desempenha um papel importante na implantação. Uma vez que a camada de glicoproteínas desaparecer, é possível a aposição do trofoectoderma embrionário e das células epiteliais do endométrio, iniciando assim a implantação propriamente dita através da intercomunicação entre os dois tecidos. A implantação pode ser considerada como a fixação do embrião ao útero a partir do ponto de vista físico e funcional. No entanto, como se trata de um processo progressivo e gradual, em que algumas das suas fases podem ser parcialmente sobrepostas, não existe consenso sobre o período em que se inicia e termina. Na borrega, por exemplo, estima-se que ocorra entre o dia 10 e o dia 22, enquanto na vaca entre os dias 11 e 40 pós-ovulação. Nas espécies polítocas, isto é, fêmeas que parem várias crias como as porcas, os blastocistos se distribuem ao longo dos cornos uterinos como resultado de movimentos musculares da parede uterina, aparentemente regulados por prostaglandinas e outros fatores secretados pelo útero. Por exemplo, nas porcas, os blastocistos se movem livremente entre os cornos, e a distribuição dos embriões ao implantar-se é mais uniforme do que poderia ser esperado se ocorresse meramente ao acaso. Tem observado que a deficiência na produção de ácido lisofosfatídico 3 (LPA3) e/ou seu receptor, ocasiona uma falha na distribuição dos embriões no útero. Por outro lado, não há evidência de que um blastocisto implantado exerça alguma influência inibitória sobre a implantação de outro blastocisto próximo a ele. Como supracitado, o processo de implantação inclui uma complexa interação entre o embrião e o útero, e cada um deles provê de estímulos essenciais para favorecer a progressão do outro, apresentando-se diferenças em tempos e particularidades dentro das diferentes espécies. -/- Porca O período de adesão situa-se entre os dias 12 e 24 após a fertilização. Ao redor do dia sete, o blastocisto é eclodido, porque o trofoblasto está em contato direto com o epitélio uterino e começa a proliferar com rapidez. O endoderme se forma e o blastocisto muda de uma pequena vesícula esférica para um tubo muito alongado que chega a medir cerca de um metro em poucos dias, ele que lhe proporciona uma superfície muito ampla para a absorção de nutrientes. Cadela Os embriões migram entre os dois cornos uterinos do dia 12 ao 17 após a fertilização, distribuindo-se de maneira uniforme. Estes embriões aderem ao endométrio entre os dias 16 e 18, e alcançam sua implantação final entre o dia 17 e 20 da gestação. Cabe ressaltar que nos caninos o período de pré-implantação é o mais longo das espécies domésticas, o que ocorre porque a cadela ovula ovócitos imaturos (ovócitos primários) que precisam amadurecer por dois a três dias, para formar ovócitos secundários, antes que a fertilização seja possível. Por isso, o zigoto canino chega à junção útero-tubárica entre o sétimo e o décimo dia após o pico pré-ovulatório de LH (a ovulação ocorre, em média, dois dias após o pico de LH), entrando no útero em estágio de mórula ou blastocisto em torno dos dias 10 a 12 depois do referido pico. Ovelha O desenvolvimento precoce do blastocisto é muito semelhante ao da porca. Observa-se certo grau de adesão desde o dia 10 da gestação, mas o alongamento do embrião é menos extenso do que em suínos e tem início entre o dia 11 e 12. Para a terceira semana o embrião ovino chega a medir até 30 cm de comprimento. O processo de implantação é concluído aproximadamente entre a quarta e quinta semana de gestação (figura 3). Vaca O processo de implantação é semelhante ao da borrega, mas tem início mais tarde. A zona pelúcida se perde por volta do dia 9 a 10 (blastocisto eclodido) e o embrião começa a alongar-se ao redor do dia 12 a 14, atingindo um comprimento de cerca de 60 mm para o dia 16, embora possa haver uma grande variação individual. A partir do dia 33, o córion é formado e existe uma adesão inicial que inclui dois ou quatro cotilédones, que se interdigitam rapidamente com o tecido materno de modo que o embrião começa a nutrir-se através deles. Égua O blastocisto atinge um diâmetro de cinco centímetros aos dois meses e pratica- mente não se alonga. Entre os dias seis e sete após a ovulação, o embrião começa a revestir-se de uma camada glicoproteica que se forma entre o trofoectoderma e a zona pelúcida e que contém e mantém o embrião esférico depois de ter eclodido. Esta cápsula é uma estrutura única nos equinos (cápsula embrionária), afina-se no dia 18 e se perde entre os dias 21 e 23 de gestação. Na décima semana as microvilosidades do córion se interdigitam com a mucosa da parede uterina e na semana 14 é completada a implantação. Espécies não domésticas Em algumas espécies como os marsupiais, os ursos, focas, doninhas e alguns tipos de cervídeos, pode interromper-se temporariamente o desenvolvimento do embrião in utero e adiar a sua implantação, como estratégia evolutiva para favorecer o nascimento das crias em condições ambientais favoráveis para a sua sobrevivência. Esta estratégia é conhecida como diapausa e pode ser uma condição obrigatória ou facultativa para cada gestação, dependendo da espécie. Os mecanismos que a desencadeiam e a concluem não estão totalmente explicados e são espécie-específica. RECONHECIMENTO MATERNO DA GESTAÇÃO (RMG/RMP) O estabelecimento da gestação em mamíferos domésticos requer a presença de um corpo lúteo CL funcional que produz progesterona em quantidades adequadas para manter o desenvolvimento embrionário inicial e permitir mudanças necessárias durante o período de peri-implantação. Para que o corpo lúteo seja mantido e a fêmea seja impedida de reiniciar um novo ciclo estral, o embrião deve sinalizar sua presença para a mãe. O sinal para o reconhecimento materno da gestação (RMG) provém então do embrião e podem ser de dois tipos: luteotrópico ou anti-luteolítico. No primeiro, a(s) substância(s) produzida(s) pelo embrião que atua(am) sobre o corpo lúteo para manter sua funcionalidade, por exemplo a gonadotrofina coriônica humana (hCG) e a prolactina em roedores. O segundo tipo de sinal previne ativamente a luteólise, e é o mecanismo presente nas espécies domésticas em que o embrião produz substâncias como o interferon-τ (IFN-τ) em ruminantes ou os estrógenos em suínos. Ruminantes Como supracitado, o IFN-τ é responsável pela sinalização para o reconhecimen- to materno da gestação neste grupo que engloba cabras, ovelhas e vacas (figura 4). É um fator produzido pelas células do trofoblasto do embrião, e pode ser detectado a partir dos dias 11 a 12 em ovinos e de 14 a 15 em bovinos. Uma vez secretado, o IFN-τ impede a lise do corpo lúteo (efeito anti-luteolítico) por meio do bloqueio indireto da síntese de prostaglandina F2 alfa (PGF2α). No trabalho acerca do ciclo estral foi explicado que a luteólise requer a presença de receptores de ocitocina (OTR) no endométrio, que ao unir-se ao seu ligante, a ocitocina (proveniente inicialmente do hipotálamo e posteriormente de origem lútea), estimulam a produção de PGF2α e estabelecem um feedback positivo, que culminará na destruição do CL. Para que os OTRs sejam sintetizados, é necessária uma estimulação prévia do endométrio com estradiol, que ocorre através da ligação com seus receptores (ER-1). O mecanismo pelo qual o IFN-τ impede a lise do corpo lúteo é bloqueando, direta ou indiretamente, a síntese de OTR e, consequentemente, a produção pulsátil de PGF2α. Suínos No caso dos suínos, considera-se que o sinal embrionário para o reconhecimento materno da gestação são os estrógenos, produzidos pelos embriões em torno do dia 11 a 12 pós-ovulação. O endométrio suíno produz PGF2α que, quando não há gestação, é secretado na circulação uterina (secreção endócrina), de onde é transportada em direção ao CL para causar luteólise. Se há embriões no útero produzindo suficiente quantidades de estradiol, isso redireciona a secreção de PGF2α para o lúmen uterino (secreção exócrina), evitando que seja liberado para a circulação e, portanto, é sequestrado impedindo que chegue ao corpo lúteo (figura 5). É importante enfatizar que a produção de PGF2α não é inibida, mas sua secreção é redirecionada. Este mecanismo é conhecido como teoria endócrino-exócrina. Vale ressaltar que para o sinal de reconhecimento materno da gestação na porca ser eficiente, é necessário a presença de pelo menos quatro embriões, dois em cada corno, uma vez que se não houver dois embriões, um em cada corno, ocorre luteólise e reinicia a atividade cíclica. Embora os estrógenos sejam identificados como o sinal de reconhecimento materno nesta espécie, o embrião suíno também produz outros fatores, como a PGE2 e o ácido lisofosfatídico, considerado necessário para o estabelecimento adequado da gestação. A PGE2 ocasiona uma redução na produção de PGF2α em favor da PGE2 no endométrio e favorece a contração do miométrio para permitir a migração de embriões. O ácido lisofosfatídico, juntamente com seu receptor, é um fator crítico que favorece a migração intra-uterina, e permite uma distribuição adequada dos embriões ao longo dos cornos. Outras substâncias produzidas pelo embrião suíno são o IFN-delta (IFN-δ) e IFN-gama (IFN-γ), que não possuem ação anti-luteolítica, mas poderiam intervir no processo de implantação. Equinos Na égua é essencial que o embrião, ainda rodeado pela sua cápsula embrionária, migre de 12 a 14 vezes por dia através do útero, entre os dias 12 e 14 após ovulação, a fim de distribuir o fator de reconhecimento materno (figura 6). Embora seja sabido que existe, este último ainda não foi identificado, mas foi estabelecido que é da natureza proteica e seu principal efeito é a inibição da produção endometrial de PGF₂α, mediante a redução na formação do receptores de ocitocina; desta forma, evita-se o início do sinal luteolítico. É interessante notar que nesta espécie a ocitocina não é de origem lútea e sim endometrial. Primatas Ao contrário das espécies domésticas mencionadas, o mecanismo de ação do sinal de reconhecimento materno em primatas é luteotrópico. No humano, o embrião produz gonadotrofina coriônica humana (hCG) após o início da implantação (dias 6 a 8). A hCG estende a vida funcional do CL por meio de sua ligação a receptores lúteos para LH, estimulando assim a liberação de progesterona. Este efeito permite a “sobrevivência” do CL pelo menos até o momento em que a produção de progesterona é transferida para a placenta para levar a gestação a termo. Carnívoros Na cadela não é necessário o reconhecimento da gestação, já que normalmente o corpo lúteo tem uma vida média maior que a duração da gestação. Como na égua, a migração dos embriões através do útero antes da implantação pode favorecer o reconhecimento materno. Adicionalmente, tem sido descrito que durante o período antes da implantação (< 10 dias depois da ovulação), há um aumento na expressão de genes relacionados com a imunomodulação local (IFN-γ, IL-4 e CD8+), que não estão presentes em cadelas durante o diestro. A produção de IFN-γ por parte do embrião canino, como em outras espécies, pode estar envolvida na implantação ou o reconheci- mento da gestação, mas até o momento não foi demonstrado de forma inequívoca. Na gata doméstica, o fator que favorece o reconhecimento materno da gestação ainda não foi descrito. Temos que lembrar que seja qual for o mecanismo envolvido, a produção do sinal embrionário de reconhecimento materno da gestação é importante, já que a contínua presença de progesterona na circulação materna, faz possível que ocorra o desenvolvimento precoce do embrião e eventualmente a implantação, com a formação do órgão temporal mais importante para o desenvolvimento fetal: a placenta. Resumindo, o sinal enviado pelo embrião deve ser dado antes do útero começar a secretar PGF2a, hormônio que causa a destruição do corpo lúteo produtor da progesterona necessária para a gestação. O embrião deve secretar algumas substâncias (denominadas EPF: Early Pregnant Factors/fatores de gestação precoce) que capte o endométrio materno e sirva para evitar a ação luteolítica da PGF2a. Na porca, em vez de ser evitada a secreção de PGF2a, o referido hormônio é “sequestrado na luz do útero” e, desta forma, passa a secretar-se em forma exócrina, sem ter efeito sobre o corpo lúteo. No bovino, o reconhecimento materno da gestação é o processo fisiológico no qual o embrião, por meio de sinais moleculares como a secreção de interferon-τ (IFN-τ), anuncia sua presença no trato reprodutivo materno a fim de evitar que seja desencadeado o mecanismo luteolítico exercido pela PGF2a sobre o corpo lúteo. PLACENTAÇÃO Nos mamíferos domésticos, o processo de implantação é gradual e prolongado, e ocorre paralelamente a processos como a gastrulação e a formação de membranas extra- embrionárias: saco vitelino, âmnio, alantóides e córion. A formação das membranas extraembrionárias nos mamíferos eutérios, ou seja, aqueles que formam uma placenta completa, é um processo indispensável que permite ao embrião aderir-se ou implantar-se ao endométrio materno. As quatro membranas extraembrionárias mencionadas são formadas a partir do trofoblasto, mesoderme e endoderme embrionários. O saco vitelino fornece nutrientes no desenvolvimento inicial do embrião e se converte em vestigial quando a gestação progride; tem origem no endoderma primitivo, estrutura que junta com o trofoblasto e o mesoderma, formam o córion e âmnions. O âmnion contém o líquido amniótico que está em contato direto com o embrião e é a membrana mais interna; ademais, protege o feto, proporciona lubrificação para o parto e serve como um depósito para urina e resíduos fetais. O córion, por outro lado, é a membrana mais externa do embrião e, portanto, é a que entra em contato direto com o endométrio uterino materno; se fixa ao útero, absorve nutrientes do útero, permite a troca gasosa materno/fetal e produz hormônios. O alantóide se origina de uma evaginação do intestino primitivo e é de onde surge o sistema vascular da placenta fetal; a fusão com o córion (placenta cotiledonária), carrega os vasos sanguíneos do cordão umbilical, que liga o feto com o alantóide e é um reservatório de nutrientes e resíduos. Conforme o embrião se desenvolve, o saco vitelino regride e o alantóide se enche de líquido, pelo que este último se funde com o córion para formar o corioalantóides, que se torna a membrana mais externa e, portanto, a porção fetal do placenta. A placenta é um órgão temporário que representa uma interface através da qual realiza a troca bidirecional de nutrientes, gases, hormônios e outras substâncias entre a mãe e o feto. A unidade funcional da placenta são as vilosidades corioalantóicas, as quais são projeções pequenas dos corioalantóides que se interdigitam com o endométrio uterino, cuja superfície de absorção permite essa troca. A placenta é um órgão endócrino capaz de produzir uma gama de hormônios que ajudam a controlar o ambiente uterino, favorecendo o desenvolvimento do feto, além disso possui um papel importante no momento do parto. Nas diferentes espécies a placenta tem características particulares, pelo qual existem várias classificações, de acordo com a sua posição uterina, a distribuição das vilosidades corioalantóicas e a sua histologia. Posição uterina Refere-se à posição do concepto em relação ao lúmen uterino (figura 7). Central: O concepto ao ser implantado permanece em contato com o lúmen do útero. A maioria das espécies domésticas de importância veterinária estão dentro desta classificação. Excêntrica: O concepto penetra parcialmente o endométrio materno, mas mantém um certo contato com o lúmen uterino. Os roedores (ratos e ratos) e a coelha possuem este tipo de placentação. Intersticial: O embrião invade o endométrio, perde contato com o lúmen uterino, e ao crescer o lúmen uterino se oblitera. Os humanos e a maioria dos primatas mostram este tipo de placenta. Distribuição das vilosidades As vilosidades que formam a interface materno-fetal podem estar distribuídas de maneira diferente ao longo da superfície dos corioalantóides, pelo qual a placenta pode ser classificada como (figura 8): Difusa: Neste tipo de placenta as vilosidades estão distribuídas ao comprimento de toda a superfície do córion (corioalantóides) de maneira uniforme. As placentas de suínos e equinos se enquadram nesta classificação, embora, nesta última espécie, as vilosidades formem estruturas mais ramificadas, que são chamadas microcotilédones (figura 10). Zonal: Esta placenta se apresenta nos carnívoros domésticos, tanto caninos como felinos. As vilosidades que determinam a zona de troca de nutrientes e resíduos, e de ligação com o endométrio são delimitadas de forma a formar uma cintura central em torno do feto (figura 9). Distingue-se também uma segunda região chamada paraplacenta, que se localiza em ambos lados deste “cinto”, e do qual a função não é inteiramente conhecida, embora sabe-se que desempenha um papel importante na troca de ferro da mãe para o feto. As extremidades laterais dos corioalantóides nestas placentas não possuem vilosidades por isso não se ligam ao endométrio. Uma terceira região é a zona transparente nas extremidades distais do córion que tem pouca vascularização. Esta zona pode estar envolvida na absorção de materiais diretamente do lúmen uterino (figura 11). Cotiledonária: É o tipo de placentação que se encontra presente nos ruminantes (ovinos, caprinos e bovinos). As vilosidades coriônicas nestas espécies são agrupadas em pequenas áreas do córion chamadas cotilédones, que se interdigitam e fundem-se parcialmente com locais delimitados no endométrio chamados carúnculas, formando, em conjunto, estruturas conhecidas como placentomas. Cabe destacar que as carúnculas carecem de glândulas endometriais, que só estão presentes nas porções inter-carun- culares do endométrio. Os placentomas, por sua vez, são altamente vascularizados e são remodelados com o progresso da gestação, ramificando-se para aumentar a superfície de troca e o fluxo sanguíneo para aumentar os requisitos do feto em crescimento. Nas zonas inter-carunculares, a placenta é ligada ao endométrio por meio de sistemas de adesão superficial que envolvem glicoproteínas. Acredita-se que a adesão do concepto com o endométrio (carúnculas) é estabelecida em torno de 30 dias em ovinos e 40 dias em bovinos. (figuras 13 a 17). Discoidal: Nestas placentas, as vilosidades agrupam-se numa área circular ou oval, formando uma estrutura discoidal. Este tipo de placenta é encontrada principal- mente em coelhas, roedores e primatas, incluindo os humanos. Histologicamente Esta classificação considera o número de camadas de tecido que compõem a placenta e que separam a circulação materna da circulação fetal (tabela 3). O número máximo é de seis camadas, três do lado fetal (córion, tecido intersticial e endotélio do vaso sanguíneo) e três do lado materno (epitélio endometrial, tecido intersticial e endotélio vascular) (figura 19 e tabela 3). O modo de distinguir e nomear os diferentes tipos de placenta nesta classificação é usando como prefixo a camada materna que está em contato com o córion fetal. As diferentes placentas baseados em sua histologia são as seguintes (figura 19): Epiteliocorial: É o menos íntimo entre os tipos de placentas (figura 20). Estas placentas conservam intactas as seis camadas de tecido, portanto que mantêm as circulações materna e fetal mais separadas, e consideradas como as mais impermeáveis. Este tipo de placenta está presente na porca e égua. Lembre-se de que as placentas da porca e da égua são diferentes e as vilosidades ocupam uma grande proporção da área de superfície do córion (figura 19 A). Também apresenta-se nos ruminantes, no entanto, as placentas dos ruminantes apresentam algumas características particulares que as colocam como um subgrupo e se chamam sinepiteliocorial ou sindesmocorial (figura 19 B). Na vaca, este tipo apresenta-se nos primeiros 2-3 meses de gestação. Além da característica de erosão parcial do epitélio endometrial, um tipo de célula único é encontrado na placenta de ruminantes. Essas células são chamadas células gigantes binucleadas. Como o nome indica, elas são caracterizadas como bastante grandes e com dois núcleos. Na placenta dos ruminantes, algumas células do epitélio coriônico conhecidas como células binucleadas, se fundem com algumas células do epitélio endometrial, criando inicialmente células gigantes trinucleadas e mais tarde placas ou sincícios multinucleados. Estes sincícios têm em consequência uma origem tanto fetal como materna, que criam lugares delimitados nos quais em vez de existir intacta uma camada de epitélio coriônico e outra de epitélio endometrial, encontra-se uma só camada que combina as duas origens. As células gigantes binucleadas migram e mudam seu número ao longo da gestação em forma dinâmica. Este tipo celular é importante porque secretam uma variedade de hormônios. Células gigantes binucleadas aparecem por volta do dia 14 na ovelha e entre os dias 18 e 20 na vaca. Endoteliocorial: 5 camadas. Neste tipo de placentação o córion fetal está em contato direto com o endotélio vascular do endométrio graças à erosão do epitélio e do tecido conectivo endometrial (tecido intersticial) durante a implantação (figura 19 C). De modo que o intercâmbio de substâncias e resíduos só requer atravessar quatro camadas de tecidos. Este tipo de placenta é presente principalmente em cães e felinos. Nota-se nas figuras 19 C e 21 que este tipo de placenta é mais íntimo do que a placenta epiteliocorial porque o epitélio endometrial não existe mais. Hemocorial: 3 camadas (figura 22). Aqui o epitélio coriônico está intacto e entra em contato direto com o sangue materno em regiões onde formam reservatórios de sangue semelhantes a poços (figura 19 D). O intercâmbio de substâncias e resíduos entre a mãe e o feto é mais direto uma vez que é necessário atravessar apenas três camadas para chegar até à circulação fetal. Algumas espécies de primatas, incluindo o ser humano e os roedores possuem este tipo de placentação. MEMBRANAS EXTRAEMBRIONÁRIAS EM AVES Ao mesmo tempo que se estabelece o corpo embrionário e os esboços de cada um dos órgãos começam a gerar-se, torna-se imperioso garantir a sobrevivência do embrião. Tenha-se em conta que nas aves todo o necessário para o desenvolvimento é encontrado no ovo pelo que deve-se reforçar a eficácia das estruturas criadas para garantir o objetivo a que se destina. O exterior é fornecido apenas com o O2; emite CO2 e vapor de água no exterior (perda de 15% da água durante a incubação inicial). Além disso, o neonato não é imaturo, como nos anfíbios, mas está em um estádio maduro juvenil. Como indicado, são quatro as problemáticas a que deve fazer frente o embrião: prover-se de um meio que garanta o desenvolvimento volumétrico, amortecendo os movimentos físicos excessivos que possam traumatizá-lo e evitar a dessecação; assegurar que os nutrientes (vitelo e albúmen) sejam incorporados de forma correta no interior do embrião; assegurar o intercâmbio de gases; e eliminar substâncias tóxicas derivadas do metabolismo proteico. Para atender estas necessidades são desenvolvidas uma série de membranas extrambrionárias que se vão expandindo progressivamente pelo interior do ovo. A dureza da casca e sua relativa impermeabilidade protege-o igualmente da intempérie terrestre. -/- Figura 23: Evolução das membranas extraembrionárias de galinha (3 e 10 dias de incubação). -/- Saco vitelino: o saco vitelino é a primeira membrana extraembrionária em formação. Aparece como consequência direta da gastrulação: as camadas germinativas que se formam ao nível do disco embrionário expandem-se progressivamente contornando o vitelo. Assim, as células provenientes da área opaca (equivalente ao trofoblasto dos mamíferos) migram sobre o vitelo, terminando quase por cobrir, o mesmo ocorre com o endoderma mais internamente, formando-se assim um saco bilaminar. Posteriormente, o mesoderma se interpõe entre ambos, progredindo igualmente no sentido distal, rodeando o endoderma e aderindo-se ao mesmo e ao equivalente de trofoblasto. Ao estabelecer-se o celoma, o saco é constituído pelo endoderma e folha esplâncnica do mesoderma lateral. Este mesoderma vai progredindo no sentido distal e se vasculariza profunda- mente; os vasos distais se anastomosam formando um anel vascular denominado seio terminal, que marca o limite do mesoderma em expansão. Assim, sobre o vitelo é distinguível um área distal não vascularizada (área vitelina) e uma área proximal vascularizada (área vasculosa) que vai ficando progressivamente maior. Ao sexto dia de incubação mais da metade da superfície do vitelo foi envolvido pelo mesoderma. Os nutrientes do vitelo são absorvidos e desdobrados a componentes mais simples por enzimas produzidas pelo endoderma, sendo incorporados aos vasos vitelinos que os veicularão até o coração, que os impulsionará a todo o embrião. Durante a fase embrionária (até ao sexto dia de incubação), o oxigênio do exterior chega até a área vasculosa por difusão, incorporando-se daqui ao embrião; além disso, durante a primeira semana, as alterações na composição e volume do vitelo fazem que se disponha flutuando sobre o albúmen, o que faz com que a área vasculosa fique em contato com a casca, favorecendo-se assim a respiração. O intestino primitivo se instaura a partir das porções mais proximais do saco vitelino à vez que o corpo é fechado (2º-3º dia). O saco vitelino vai regredindo à medida que se vão esgotando os nutrientes do vitelo que aloja. Pouco antes do nascimento é incorporado à cavidade corporal como divertículo vitelino que fica unido ao jejuno; o divertículo vitelino persiste até seis dias após o nascimento, constituindo uma fonte adicional de nutrientes. -/- Figura 24: Feto de galinho ao fim, perto de ser eclodido. -/- mnios: no segundo dia (-30 horas) de incubação se formam as dobras amnióticas na somatopleura extraembrionária, perto do disco embrionário. Progridem dorsalmente, terminando por convergir e fundir-se cerca de 72 horas de incubação, coincidindo com o fechamento corporal, assim sendo constituído o âmnios, que terminará perdendo todo o contato com o córion. A cavidade amniótica que limita está cheia de um líquido seroso que garante que o embrião seja desenvolvido em um meio aquoso; este líquido é secretado pelo âmnios, mas também composto por substâncias formadas pelos rins, cavidade oral e aparelho respiratório. Córion: após a formação do celoma e o estabelecimento e fusão das dobras amnióticas, a parte da somatopleura extraembrionária que fica mais periférica constitui o córion (também denominado serosa nas aves); permanece formada pela área opaca expandida e mesoderma somático. Progressivamente vai aderindo-se à membrana testácea interna deslocando o albúmen; sobre o dia 12 termina por cobrir toda a superfície interna da casca. Intervém na troca gasosa com o meio ambiente através dos poros da casca e na captação do cálcio desta. Alantóides: o alantóide inicia a sua formação no dia 3 de incubação. Cresce rapidamente, ocupando o espaço exocelômico, terminando por cobrir o âmnios e saco vitelino. Progressivamente, entre os dias 4 a 10, sua parte mais externa se funde com o córion, formando-se o alantocórion, membrana trilaminar que cobrirá a superfície interna da casca, aderindo-se à membrana testácea interna, cujo mesoderma (esplâncnico) se vasculariza intensamente. A partir do dia 7 substitui completamente a área vasculosa como órgão respiratório, sendo garantido o aumento gradual das necessidades de troca gasosa na fase fetal do desenvolvimento (desde o dia 8), de rápido crescimento. A capacidade de capilarização desta membrana é muito maior do que a do saco vitelino. Na cavidade alantóica acumula-se a urina produzida pelos rins, afastando os produtos tóxicos do embrião; a membrana também age sobre este fluido intervindo na manutenção do equilíbrio hídrico e mineral do embrião. -/- Figura 25: Formação do saco vitelino. Limite entre a área vascular e avascular. Seio terminal. -/- O albúmen perde água rapidamente e torna-se menos volumoso e mais viscoso, terminando por desaparecer progressivamente. A ligação do alantocórion à membrana testácea interna faz com que seja marginalizado para uma posição periférica, no polo agudo do ovo. Aqui, o alantocórion que o rodeia constitui o saco do albúmen. O albúmen é a principal fonte de água e proteínas. A água é incorporada ao vitelo, o que, ao tornar-se mais volumoso, provoca que, entre os dias 3 e 4, se rompa a membrana vitelina; apenas restos mortais devem permanecer entre o saco vitelino e o albúmen. Dentro do saco vitelino, a água se acumula principalmente sob o embrião -fluido subembrionário-; este fluido atinge o seu volume máximo (15 ml) no dia 6. As proteínas serão incorporadas principalmente a partir de no dia 12, seja através do saco vitelino, do saco do albúmen ou por ingestão de líquido amniótico, dada a comunicação seroamniótica que se estabelece. Na galinha, a eclosão ocorre aos 21 dias de incubação. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS -/- Anotações de aulas de Embriologia Básica, Prof. Dr. Edson João da Silva, UFRPE, 2021. BAZER, Fuller W. et al. Novel pathways for implantation and establishment and maintenance of pregnancy in mammals. MHR: Basic science of reproductive medicine, v. 16, n. 3, p. 135-152, 2009. CARTER, Anthony M. Evolution of placental function in mammals: the molecular basis of gas and nutrient transfer, hormone secretion, and immune responses. Physiological Reviews, 2012. CARTER, A. M.; ENDERS, A. C. Placentation in mammals: Definitive placenta, yolk sac, and paraplacenta. Theriogenology, v. 86, n. 1, p. 278-287, 2016. CONSTANTINESCU, G.M.; SCHATTEN, H. Comparative reproductive biology. Carlton: Blackwell Publishing, 2007. 402p. Avicultura: Formação do Ovo. Desenvolvimento Embrionário e Diferenciação Sexual nos Animais Domésticos. Disponível em:. Acesso em: Dezembro de 2021. Diferenciação e Determinação Sexual dos Animais. Fisiologia do Ciclo Estral dos Animais Domésticos. Emanuel Isaque Cordeiro da Silva, 2021. Manejo na Avicultura: Postura, Iluminação e Incubação dos Ovos. Transporte de Gametas, Fertilização e Segmentação. FERRER‐VAQUER, Anna; HADJANTONAKIS, Anna‐Katerina. Birth defects associated with perturbations in preimplantation, gastrulation, and axis extension: from conjoined twinning to caudal dysgenesis. Wiley Interdisciplinary Reviews: Developmental Biology, v. 2, n. 4, p. 427-442, 2013. GALINA, Carlos; VALENCIA, Javier. Reproducción de los animales domésticos. 2006. GEISERT, Rodney D.; SPENCER, Thomas E. Placentation in Mammals. Springer, 2021. GINTHER, O. J. Reproductive Biology of The mare: Basic and Applied Aspects. 2. ed. Cross Plains, Wisconsin: Equiservices, 1992. GUILLOMOT, Michel. Cellular interactions during implantation in domestic ruminants. Journal of Reproduction and Fertility-Supplements only, n. 49, p. 39-52, 1995. KLEIN, C.; TROEDSSON, M. H. T. Maternal recognition of pregnancy in the horse: a mystery still to be solved. Reproduction, Fertility and Development, v. 23, n. 8, p. 952-963, 2011. MIGLINO, Maria Angelica et al. The carnivore pregnancy: the development of the embryo and fetal membranes. Theriogenology, v. 66, n. 6-7, p. 1699-1702, 2006. MOFFETT, Ashley; LOKE, Charlie. Immunology of placentation in eutherian mammals. Nature Reviews Immunology, v. 6, n. 8, p. 584-594, 2006. PRETZER, S. D. Canine embryonic and fetal development: A review. Theriogenology, v. 70, n. 3, p. 300-303, 2008. SENGER, Phillip L. et al. Pathways to pregnancy and parturition. Current Conceptions, Inc., 1615 NE Eastgate Blvd., 2012. SOZEN, Berna; CAN, Alp; DEMIR, Necdet. Cell fate regulation during preimplantation development: a view of adhesion-linked molecular interactions. Developmental biology, v. 395, n. 1, p. 73-83, 2014. SPENCER, Thomas E. et al. Pregnancy recognition and conceptus implantation in domestic ruminants: roles of progesterone, interferons and endogenous retroviruses. Reproduction, fertility and development, v. 19, n. 1, p. 65-78, 2006. VERSTEGEN-ONCLIN, K.; VERSTEGEN, J. Endocrinology of pregnancy in the dog: a review. Theriogenology, v. 70, n. 3, p. 291-299, 2008. WOODING, Peter; BURTON, Graham. Comparative placentation: structures, functions and evolution. Springer Science & Business Media, 2008. FIXAÇÃO DO ASSUNTO -/- 1. Defina e diferencie os processos de desenvolvimento embrionário precoce, alonga- mento e gastrulação. -/- 2. O que é implantação? Caracterize as fases do processo de implantação. -/- 3. Qual a importância do acúmulo de líquido no interior do blastocele? Qual a importân- cia da eclosão do blastocisto? -/- 4. Caracterize os três tipos de implantação e, depois, explique e diferencie os meios de implantação nas fêmeas domésticas. -/- 5. Defina e caracterize os meios de reconhecimento materno da gestação (RMG) nos animais domésticos. -/- 6. O que diferencia o RMG em ruminantes e suínos? -/- 7. Qual o papel do estradiol no RMG em porcas? O que ocorre quando a porca não fica gestante? -/- 8. Explique o RMG em cães e gatos. -/- 9. Defina placentação e sua importância para a reprodução dos animais domésticos. -/- 10. Quais são as classificações da placentação? Classifique a placentação das fêmeas domésticas. -/- 11. Caracterize e diferencie o processo de placentação em fêmeas domésticas. -/- 12. Observe a figura e responda o que se pede:. (shrink)

Despite the huge and constant progress in the molecular and cellular neuroscience fields, our capability to understand brain alterations and treat mental illness is still limited. Therefore, a paradigm shift able to overcome such limitation is warranted. Behavior and the associated mental states are the interface between the central nervous system and the living environment. Since, in any system, the interface is a key regulator of system organization, behavior is proposed here as a unique and privileged level of control (...) and orchestration of brain structure and activity. This view has relevant scientific and clinical implications. First, the study of behavior represents a singular starting point for the investigation of neural activity in an integrated and comprehensive fashion. Second, behavioral changes, accomplished through psychotherapy or environmental interventions, are expected to have the highest impact to specifically reorganize the complexity of the human mind and thus achieve a solid and long-lasting improvement in mental health. (shrink)

This article begins the task of assessing polygamy as a moral ideal. The structure of traditional polygamy, in which only one central spouse may marry multiple partners, necessarily yields two inequalities. The central spouse has greater rights and expectations within each marriage and greater control over the wider family. However, two alternative structures for polygamy can remove these inequalities. In polyfidelity, each spouse marries every other spouse in the family. In “molecular” polygamy, any spouses may marry a new (...) spouse outside the family. These new models of polygamy face additional difficulties, but they can be egalitarian in principle. (shrink)

A repository of clinically associated Staphylococcus aureus (Sa) isolates is used to semi‐automatically generate a set of application ontologies for specific subfamilies of Sa‐related disease. Each such application ontology is compatible with the Infectious Disease Ontology (IDO) and uses resources from the Open Biomedical Ontology (OBO) Foundry. The set of application ontologies forms a lattice structure beneath the IDO‐Core and IDO‐extension reference ontologies. We show how this lattice can be used to define a strategy for the construction of a (...) new taxonomy of infectious disease incorporating genetic, molecular, and clinical data. We also outline how faceted browsing and query of annotated data is supported using a lattice application ontology. (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. Graphical Abstract. (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)

There are two fundamentally distinct kinds of biological theorizing. "Formal biology" focuses on the relations, captured in formal laws, among mathematically abstracted properties of abstract objects. Population genetics and theoretical mathematical ecology, which are cases of formal biology, thus share methods and goals with theoretical physics. "Compositional biology," on the other hand, is concerned with articulating the concrete structure, mechanisms, and function, through developmental and evolutionary time, of material parts and wholes. Molecular genetics, biochemistry, developmental biology, and physiology, (...) which are examples of compositional biology, are in serious need of philosophical attention. For example, the very concept of a "part" is understudied in both philosophy of biology and philosophy of science. ;My dissertation is an attempt to clarify the distinction between formal biology and compositional biology and, in so doing, provide a clear philosophical analysis, with case studies, of compositional biology. Given the social, economic, and medical importance of compositional biology, understanding it is urgent. For my investigation, I draw on the philosophical fields of metaphysics and epistemology, as well as philosophy of biology and philosophy of science. I suggest new ways of thinking about some classic philosophy of science issues, such as modeling, laws of nature, abstraction, explanation, and confirmation. I hint at the relevance of my study of two kinds of biological theorizing to debates concerning the disunity of science. (shrink)

In the search of new approaches to the problem of emergence and evolution of natural languages, Mathematics, Theoretical Computer Science, as well as Molecular Biology and Neuroscience, both deeply penetrated and profoundly inspired by concepts originated in Mathematics and Computer Science, represent today the richest pools of formal concepts, structures, and methods to borrow and to adapt.

In the search of new approaches to the problem of emergence and evolution of natural languages, Mathematics, Theoretical Computer Science, as well as Molecular Biology and Neuroscience, both deeply penetrated and profoundly inspired by concepts originated in Mathematics and Computer Science, represent today the richest pools of formal concepts, structures, and methods to borrow and to adapt.

While many different mechanisms contribute to the generation of spatial order in biological development, the formation of morphogenetic fields which in turn direct cell responses giving rise to pattern and form are of major importance and essential for embryogenesis and regeneration. Most likely the fields represent concentration patterns of substances produced by molecular kinetics. Short range autocatalytic activation in conjunction with longer range “lateral” inhibition or depletion effects is capable of generating such patterns (Gierer and Meinhardt, 1972). Non-linear reactions (...) are required, and mathematical criteria were derived to design molecular models capable of pattern generation. The classical embryological feature of proportion regulation can be incorporated into the models. The conditions are mathematically necessary for the simplest two-factor case, and are likely to be a fair approximation in multi-component systems in which activation and inhibition are systems parameters subsuming the action of several agents. Gradients, symmetric and periodic patterns, in one or two dimensions, stable or pulsing in time, can be generated on this basis. Our basic concept of autocatalysis in conjunction with lateral inhibition accounts for self-regulatory biological features, including the reproducible formation of structures from near-uniform initial conditions as required by the logic of the generation cycle. Real tissue form, for instance that of budding Hydra, may often be traced back to local curvature arising within an initially relatively flat cell sheet, the position of evagination being determined by morphogenetic fields. Shell theory developed for architecture may also be applied to such biological processes. (shrink)