Artificial gametes, derived from stem cells, have the potential to enable in vitro fertilization of embryos. Currently, artificial gametes are only being generated in laboratory animals; however, considerable efforts are underway to develop artificial gametes using human cell sources. These artificial gametes are being proposed as a means to address infertility through assisted reproductive technologies. Nonetheless, the availability of artificial gametes obtained from adult organisms can potentially expand the possibilities of (...) reproduction. Various groups, such as same-sex couples, post-menopausal women, and deceased donors, could potentially utilize artificial gametes to conceive genetically related offspring. The advent of artificial gametes raises significant bioethical questions. Should all these reproductive scenarios be accepted? How can we delineate the range of future reproductive choices? A normative bioethical framework may be necessary to establish a consensus regarding the use of human artificial gametes. This review aims to present the current state of research on the biological roadmap for generating artificial gametes, while also summarizing proposed approaches to establish a normative framework that delineates ethically acceptable paths for reproduction. (shrink)

Current developments in reproductive technology forecast that in the foreseeable future artificially generated gametes might be presented as a possible fertility treatment for infertile couples and for homosexual couples desiring to have children genetically originating from both partners. It is important to evaluate the ethical issues connected to this technology before its emergence. This article first reviews the meaning that gametes (sperm and eggs) might have to those who procreate, as well as their ontology. From this, suggestions are (...) made as to what qualities artificially generated gametes need to be truly called gametes. Finally, different proposed routes for artificial gamete generation are examined on the basis of these qualities, with their prospective problems and advantages highlighted. Autotransplanted gametes (or their progenitors) generated solely from patient-derived tissue are deemed to be the most ethically suitable route for the development of this technology. (shrink)

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

TRANSPORTE DE GAMETAS, FERTILIZAÇÃO E SEGMENTAÇÃO -/- • _____OBJETIVO -/- O entendimento do desenvolvimento embrionário nos estágios iniciais, desde a deposição dos espermatozoides na fêmea, passando pela fertilização deste no ovócito e na formação do zigoto, é de suma importância para diferenciar especialistas em reprodução e manejo reprodutivo no mercado de trabalho e, também, durante a vida acadêmica. Compreender os processos que levam à formação do zigoto na fêmea é essencial para avaliar a capacidade reprodutiva dos animais e, mediante técnicas, (...) avaliar o trato reprodutivo da fêmea e o desenvolvimento do embrião até a formação do feto e, por fim, em um novo animal sadio na propriedade. Com esse trabalho, o estudante de veterinária ou zootecnia, que deseja se aprofundar na fisiologia da reprodução animal, identificará os mecanismos que são envolvidos no transporte dos gametas, bem como os processos que estes últimos devem completar para alcançar a fertilização e para desencadear as divisões iniciais do embrião. -/- • _____INTRODUÇÃO -/- A fertilização ou fecundação é o processo pelo qual os gametas masculino (espermatozoide) e feminino (ovócito) se fundem para gerar um novo indivíduo. Seu êxito depende da culminação adequada dos diferentes processos que devem sofrer os gametas durante sua maduração e percurso; do transporte oportuno destes no trato reprodutivo da fêmea, assim como de uma série de adaptações dos órgãos genitais internos da mãe. A segmentação refere-se às primeiras divisões celulares do embrião. -/- • _____TRANSPORTE DO OVÓCITO -/- O ovócito que é liberado na ovulação, e que se encontra coberto pelas células do cumulus (figura 1), é capturado pela fímbria do infundíbulo ao aderir aos cílios. Esse processo é altamente eficaz, inclusive em espécies onde os ovários possuem várias formações globosas, por exemplo nas porcas, onde os ovidutos capturam entre 95 e 100% dos ovócitos que são ovulados. As contrações das camadas musculares do oviduto e o movimento intenso dos cílios da mucosa faz com que as secreções fluam em direção ao útero, transportando assim o complexo cumulus-ovócito. Esse transporte é relativamente rápido até alcançar a junção da ampola com o istmo (que é considerado o local de fertilização do espermatozoide e ovócito) a partir do qual se torna lento. Devido a fêmea estar em estro, o processo está sob controle endócrino, isto é, controle hormonal através do estradiol. Nas fêmeas domésticas, ao contrário das mulheres, o transporte ao longo do oviduto é extremamente eficiente, pois os embriões passam para o útero sem dificuldade, de modo que gestações ectópicas (tubárias ou em cavidade) são quase inexistentes. A égua, frequentemente, retém por muito tempo os ovócitos não fertilizados no oviduto, provavelmente devido a não secreção de substâncias (como a prostaglandina E) que poderiam favorecer sua passagem, como se propõe que aconteça com os embriões. A figura 2 apresenta um ovócito com suas respectivas estruturas. Figura 1: ovócitos de uma vaca madurados in vitro. Nota-se as células do cumulus que os recobre. -/- Figura 2: estruturas do ovócito de uma ovelha que se encontra na etapa de ovócito secundário, depois da ovulação. Elaborado pelo autor. • _____TRANSPORTE ESPERMÁTICO -/- Para que os espermatozoides sejam capazes de fertilizar o ovócito, deverão sofrer uma série de mudanças bioquímicas e morfológicas ao longo de sua passagem pelo aparelho reprodutor tanto masculino como feminino. Uma vez produzidos na parede do túbulo seminífero, os espermatozoides são liberados em direção ao lúmen tubular e transportados passivamente para uma estrutura ramificada conhecida como rede testicular (rete testis). Dessa rede são conduzidos em direção ao epidídimo passando através de 10 a 20 ductos eferentes localizados no polo superior do testículo. O epidídimo é dividido em três seções denominadas cabeça, corpo e cauda; é constituído por um só ducto longo e tortuoso que continua com o canal deferente. Ao final desemboca nas ampolas seminais, no ducto ejaculatório e na uretra. As funções do epidídimo são as de maduração, transporte e armazenamento dos espermatozoides. O transporte através do epidídimo é lento, aproximadamente de 10 dias em touros, e segue sendo passivo. Os espermatozoides tomados da cabeça do epidídimo são ainda imaturos e incapazes de fertilizar, enquanto os armazenados na cauda são completamente maduros. Durante o trânsito pelo epidídimo os espermatozoides adquirem motilidade e o potencial para fertilizar, o acrossomo é remodelado e a gota citoplasmática migra para o flagelo e é liberada. Quando um macho ejacula com muita frequência, é possível observar espermatozoides com gota citoplasmática no sêmen, já que não há tempo suficiente para que completem sua maduração. Os espermatozoides são expulsados fora do organismo durante a cópula, na masturbação ou em emissões espontâneas. Na ejaculação, os espermatozoides que se encontram suspensos nos fluidos do testículo e do epidídimo, misturam-se ao chegar na uretra com as secreções das glândulas acessórias para formar o sêmen. Essas secreções denominadas plasma seminal, proporcionam substâncias para manter o metabolismo energético das células espermáticas, e integram suas membranas elementos que impedem uma capacitação prematura. Durante a cópula, o sêmen é depositado na vagina ou no útero, variando entre as espécies (tabela 1). Na monta natural, geralmente, o serviço ocorre no momento propício, já que está definido pela fase do ciclo estral em que a fêmea é receptiva ao macho. No entanto, na inseminação artificial, é o macho que deverá determinar o momento ideal, e para isso é importante considerar a vida média dos gametas, ao qual é muito curta no caso dos ovócitos (tabela 1). -/- Tabela 1: local de depósito do sêmen, volume da ejaculação e vida média dos gametas. Espécie Local de deposição Volume (ml) Velocidade de ejaculação Vida média do ovócito Vida média do espermatozoide Bovinos Intravaginal 2 1 – 3 seg 8 h 30 – 48 h Caninos Intravaginal 2 – 30 (10 média) 6 – 45 min 48 – 72 h 9 – 11 d Equinos Intrauterina 50 – 200 20 – 60 seg 6 – 8 h 72 – 120 h Humanos Intravaginal 3 - - 5 – 6 d Ovinos Intravaginal 1 1 – 2 seg 16 – 24 h 30 – 48 h Suínos Intrauterina 200 – 400 5 – 20 min 8 – 10 h 24 – 48 h Onde d = dias; h = horas. A vida fértil do ovócito é muito curta, portanto, o momento do serviço é de grande importância para obter altos índices de fertilização. -/- Independentemente do local em que os espermatozoides sejam depositados no aparelho reprodutor feminino, serão expostos às secreções genitais e sofrem uma série de mudanças em seu trajeto até o local de fertilização antes de penetrar no ovócito. Nas espécies em que o sêmen é depositado na parte cranial da vagina, uma parte do mesmo penetra através da cérvix, enquanto outra parte é eliminada do aparelho genital da fêmea, em pouco tempo, através do fluxo retrógrado. O meio vaginal não é adequado e imobiliza os espermatozoides em pouco tempo, pelo qual deverão entrar no útero onde o ambiente é mais propício. O transporte espermático na fêmea é o resultado da alta contratilidade, do movimento ciliar e o fluido do aparelho genital durante o estro, ao qual está sob controle endócrino e do sistema nervoso. Esse transporte é favorecido pelas características especiais do muco estral, cujas moléculas formam uma espécie de canais que facilitam a passagem dos espermatozoides. Pelo contrário, durante a fase lútea seu transporte é dificultado. Além do meio vaginal, a cérvix também atua como barreira natural para limitar a passagem dos espermatozoides, diminuindo assim a possibilidade de polispermia. Funciona, também, como um filtro que seleciona os espermatozoides aptos dos que não o são, uma vez que somente os primeiros possuem uma motilidade vigorosa que lhes permite passar pelo muco altamente hidratado. Na vaca a cérvix é considerada como um reservatório espermático. Quando atravessam a cérvix, os espermatozoides seguem sua deslocação tanto por movimento próprio como pelas contrações uterinas e tubárias. Nas espécies em que o local de depósito do sêmen do macho na fêmea é intrauterino, como equinos, a principal barreira que os espermatozoides enfrentam é a união ou junção útero-tubárica. A união entre o útero e o oviduto (istmo do oviduto) serve como reservatório funcional dos espermatozoides nas espécies domésticas. Poucos minutos depois da cópula, é possível encontrar alguns espermatozoides no oviduto, que é conhecido como fase de transporte rápido. No entanto, esses espermato-zoides não são os que participam do processo de fertilização e podem apresentar certas anormalidades. Existe um segundo tipo de transporte denominado fase sustentada, a qual consiste na migração prolongada dos espermatozoides em direção as partes mais craniais do aparelho genital feminino, que conduzem à colonização do reservatório funcional e na liberação gradual dos espermatozoides dos reservatórios espermáticos, incluindo este último. O reservatório do istmo fornece aos espermatozoides um ambiente propício, protegendo-os contra a fagocitose, prolongando assim a sua viabilidade. Aqui os esper-matozoides permanecem aderidos a superfície das células ciliadas do epitélio até a finalização de sua capacitação, depois da qual são liberados quando alteram seu padrão de motilidade flagelada, fenômeno conhecido como hipermotilidade, e migram em ondas em direção ao local da fertilização. Dos milhões de espermatozoides ejaculados, somente alguns milhares alcançarão o istmo do oviduto e um número sumamente pequeno será encontrado nas imediações do ovócito no momento da fertilização. -/- • _____CAPACITAÇÃO ESPERMÁTICA E REAÇÃO ACROSSÔMICA -/- A capacitação é um processo gradual e essencial para a fertilização. Os espermato-zoides devem passar por um dado tempo de “incubação” no aparelho genital da fêmea e sofrer uma série de mudanças antes de serem capazes de fecundar o ovócito. A capacita-ção dos espermatozoides começa quando eles entram em contato com as secreções do aparelho genital da fêmea e termina no istmo do oviduto. Durante esse percurso a superfície da cabeça do espermatozoide se modifica já que algumas moléculas como o colesterol são removidas da membrana plasmática, aumentando sua fluidez e alterando suas propriedades bioquímicas. Entre outras coisas, essa reorganização dos lipídios facilita a entrada de cálcio extracelular pelos canais iônicos e ocasiona a desestabilização da membrana, tornando-a mais fusogênica. Também são eliminados outros fatores (conhecidos genericamente como fatores descapacitantes) que expõem receptores membranais indispensáveis para a realização da união entre o espermatozoide e o ovócito durante a fertilização. Os espermatozoides capacitados apresentam um padrão de hipermotilidade e uma maior atividade metabólica, características que devem obter para que sejam capazes de penetrar as camadas do ovócito. A capacitação é necessária para que ocorra a reação acrossômica. A reação acrossomal ou acrossômica (RA) é um fenômeno de exocitose que é desencadeada pela ligação entre as proteínas e receptores localizados na membrana do espermatozoide e a zona pelúcida do ovócito (figura 3). Envolve a fusão da membrana plasmática do espermatozoide com a membrana externa de seu acrossomo; formando, assim, pequenas vesículas, cujo conteúdo de enzimas hidrolíticas, como a hialuronidase e a acrosina, é liberado em direção ao seu exterior, facilitando a penetração da zona pelúcida. A adesão do espermatozoide à zona pelúcida é específica da espécie e depende de glicoproteínas presentes na membrana dos ovócitos maduros; a cabeça do espermatozoide se une com essas glicoproteínas mediante receptores específicos e atravessam em direção oblíqua a zona pelúcida até chegar ao espaço perivitelino. Nos mamíferos, particularmente em roedores e nos humanos, algumas dessas glicoproteínas são conhecidas como ZP1, ZP2 e ZP3. Pensa-se que a união da membrana espermática a esta última é o que desencadeia a reação acrossomal. Posteriormente, as vilosidades do ovócito entram em contato com o espermatozoide e a membrana presente na secreção equatorial da cabeça do espermatozoide, que tem proteínas fusogênicas específicas, une-se a membrana plasmática do ovócito, fusionando-se e permitindo a entrada do núcleo espermático ao citoplasma (figura 4). A capacitação dos espermatozoides é fundamental para o êxito da fertilização, uma vez que apenas os aptos estarão perfeitos e íntegros para que a união e percepção das glicoproteínas presentes nos mesmos possam ocorrer de forma ideal para a penetração deste no ovócito, fertilizá-lo e formar um zigoto. Figura 3: estrutura do espermatozoide. Nota: a membrana é acrossomal e não acrossonal. Elaborado pelo autor. -/- Figura 4: eventos que ocorrem durante a fertilização. A – depois de passar através das células do cumulus, o espermatozoide entra em contato com a zona pelúcida, onde receptores da membrana plasmática reconhecem as proteínas da zona pelúcida; B – é desencadeada, então, a reação acrossomal; C – para que o espermatozoide penetre na zona pelúcida; D – ao atravessar a zona pelúcida e entrar no espaço perivitelino, a cabeça do espermatozoide entra em contato com a membrana vitelina; ambas membranas se fusionam graças ao reconhecimento de proteínas fusogênicas que estão no segmento equatorial. E – ocorre, então, que o núcleo do espermatozoide penetra no citoplasma do ovócito; uma das consequências da fusão da membrana com a cabeça do espermatozoide é a reação cortical, em que os grânulos corticais do ovócito liberam seu conteúdo em direção ao espaço perivitelino, o que resulta na alteração da estrutura da zona pelúcida e da membrana vitelina para bloquear a polispermia. Elaborado pelo autor. • _____CONSEQUÊNCIAS DA PENETRAÇÃO -/- Bloqueio da polispermia -/- A fusão das membranas dos gametas durante a penetração permite a entrada da fosfolipase C zeta (PLCζ) – fator solúvel que provém do espermatozoide – que desencadeia liberação e oscilações de Ca2+ no retículo endoplasmático. Isso, por sua vez, provoca a migração e fusão dos grânulos corticais, com a consequente liberação de enzimas, que mudam tanto a estrutura da zona pelúcida (por exemplo a inativação de ZP3), como a da membrana vitelina. Desse modo, impede-se que outros espermatozoides as penetrem, evitando assim a polispermia (figura 5). -/- Figura 5: os grânulos corticais que encontram-se na periferia do citoplasma, debaixo da superfície da membrana do ovócito, migram e fusionam-se sobre a mesma, liberando seu conteúdo no espaço perivitelino imediatamente depois da penetração do espermatozoide. A – como conse-quência, tanto a membrana vitelina como a zona pelúcida são modificadas, impedindo a entrada de mais espermatozoides, o que evita a polispermia. B – o ovócito retoma, então, sua segunda divisão meiótica, que ocasiona a expulsão do segundo corpúsculo polar, e na formação dos pronúcleos feminino e masculino. C – continuando, os pronúcleos migram, suas membranas se dissolvem e os cromossomos de ambos se condensam e se unem. Completa-se, assim, a singamia e forma-se, então, o zigoto. Elaborado pelo autor baseado nos livros de embriologia e fisiologia da reprodução conforme vida bibliografia. -/- Ativação do ovócito e formação de pronúcleos -/- Na maioria das fêmeas domésticas, com exceção da cadela, o ovócito encontra-se suspenso na metáfase II da segunda meiose no momento da ovulação. A entrada da PLCζ do espermatozoide no citoplasma do ovócito, e a consequente liberação de Ca2+, faz com que o ovócito se ative, terminando a segunda divisão meiótica e expulse o segundo corpo polar. Posteriormente, o material nuclear do ovócito se reorganiza para formar o pronú-cleo feminino. Entretanto, a membrana nuclear do espermatozoide se dissolve, a cromatina descondensa-se, as protaminas são substituídas por histonas, e se forma uma nova membrana nuclear, dando lugar ao pronúcleo masculino. -/- Singamia -/- Uma vez que os pronúcleos feminino e masculino são formados, migram para o centro do ovócito, aproximam-se, suas membranas se dispersam e os cromossomos paternos e maternos se associam, com o qual recupera a condição diploide e dá origem ao zigoto (figura 5). -/- • _____DESENVOLVIMENTO EMBRIONÁRIO -/- Poucas horas após a fertilização ocorre a primeira divisão do zigoto em duas, depois em 4, 8, 16 e 32 células, denominadas blastômeros. Essas divisões mitóticas são conhecidas como divisões de segmentação ou clivagem (figura 6), uma vez que são realizadas sem aumento do citoplasma, de modo que com cada divisão os blastômeros se tornam menores. A partir das 16 células o embrião se chama mórula, e é visto como uma massa celular compacta. A compactação deve-se a informação de proteínas de ligação entre os blastômeros. O embrião acumula líquido em seu interior, formando uma cavidade denominada blastocele. Esse processo é conhecido como blastulação; o embrião, assim, passa a ser chamado de blastocisto. Nessa etapa é possível diferenciar duas populações de células embrionárias: a massa celular interna, embrioblasto ou botão embrionário (que dará origem ao embrião), e a massa celular externa, células superficiais ou trofoblasto, do qual se originam a maioria das membranas fetais. Ao continuar a multiplicação das células e a acumulação de líquido, o blastocisto aumenta de tamanho, convertendo-se em blastocisto expandido. A zona pelúcida torna-se mais fina e, finalmente, o embrião eclode; isto é, o embrião é liberado da zona pelúcida. -/- • _____FERTILIZAÇÕES ATÍPICAS -/- Polispermia -/- É a penetração de dois ou mais espermatozoides no óvulo. Esta condição é letal nos mamíferos, já que o número cromossômico desse zigoto é maior que 2n, o envelheci-mento do ovócito da porca, como consequência do serviço tardio, favorece a apresentação da polispermia, por isso, é comum ver números de nascimentos de média de 10 a 12 leitões por parição nessa espécie. Nas aves, no entanto, a penetração de mais de um espermatozoide é normal, embora apenas um pronúcleo masculino se formará, fundindo-se com o feminino. -/- Figura 6: etapas do processo de segmentação/clivagem. Fonte: aula de reprodução da professora Domenica Palomaris, UFT. -/- Ginogênese -/- É o desenvolvimento de um embrião a partir de um óvulo normal fecundado por um espermatozoide, mas sem a fusão dos cromossomos masculinos com os da fêmea. A função do espermatozoide, nesse caso, é a de ativação do ovócito para que este inicie seu desenvolvimento, mas não há fusão com o núcleo do espermatozoide. Ocorre em plantas, em nematódeos e em algumas espécies de peixes, por exemplo a Poecilia formosa, espécie em que os ovócitos das fêmeas são ativados por machos de outra espécie relacio-nada. -/- Partenogênese -/- Consiste no desenvolvimento do embrião sem a participação do espermatozoide. Ocorre em alguns insetos, o zangão, por exemplo, é partenogenético. Também pode apresentar-se em perus, cujos embriões são machos e, geralmente, morrem antes da eclosão. -/- • _____GÊMEOS -/- Existem dois tipos de gêmeos: idênticos ou monozigóticos e os não idênticos ou dizigóticos. -/- Idênticos ou monozigóticos -/- Originam-se do mesmo zigoto, sendo assim, possuem o mesmo genótipo e um fenótipo similar e, portanto, são do mesmo sexo. Em laboratório é possível gerá-los ao seccionar uma mórula em duas ou mais partes, por meio de um micromanipulador. Uma vez que possuem o mesmo genótipo, os produtos resultantes são clones. -/- Não idênticos ou dizigóticos -/- Provêm da fertilização de dois óvulos distintos por espermatozoides diferentes. Possuem, portanto, genótipos e fenótipos diferentes, e podem ser de sexo diferente. -/- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS -/- ALBERTS, Bruce et al. Biologia molecular da célula. Artmed Editora, 2010. AUSTIN, Colin Russell; SHORT, Roger Valentine. Reproduction in Mammals, Book I: Germ Cells and Fertilization. 1982. BEARDEN, Henry Joe et al. Reproducción animal aplicada. México: Manual Moderno, 1982. BOSCH, P.; WRIGHT JR, R. W. The oviductal sperm reservoir in domestic mammals. Archivos de medicina veterinaria, v. 37, n. 2, p. 95-105, 2005. CAPALLEJAS, Roberto Brito; RODRÍGUEZ, Lourdes Tagle. Fisiología de la reproducción animal: con elementos de biotecnología. Editorial Félix Varela, 2010. CROXATTO, Horacio B. Physiology of gamete and embryo transport through the fallopian tube. Reproductive biomedicine online, v. 4, n. 2, p. 160-169, 2002. CUPPS, Perry T. (Ed.). Reproduction in domestic animals. Elsevier, 1991. DIEDRICH, Smidt et al. Endocrinología y Fisiología de la Reproducción de los Animales Zootécnicos. 1972. DUKES, Henry Hugh; SWENSON, Melvin J.; REECE, William O. Dukes fisiologia dos animais domésticos. Editora Guanabara Koogan, 1996. FERREIRA, A. de M. Reprodução da fêmea bovina: fisiologia aplicada e problemas mais comuns (causas e tratamentos). Juiz de Fora: Minas Gerais–Brasil, p. 422, 2010. HAFEZ, Elsayed Saad Eldin; HAFEZ, Bahaa. Reprodução animal. São Paulo: Manole, 2004. HUNTER, Ronald Henry Fraser. The Fallopian tubes in domestic mammals: how vital is their physiological activity?. Reproduction Nutrition Development, v. 45, n. 3, p. 281-290, 2005. HUNTER, R. H. F.; RODRIGUEZ‐MARTINEZ, H. Capacitation of mammalian spermatozoa in vivo, with a specific focus on events in the Fallopian tubes. Molecular Reproduction and Development: Incorporating Gamete Research, v. 67, n. 2, p. 243-250, 2004. GALINA, Carlos; VALENCIA, Javier. Reproducción de los animales domésticos. 2006. HOPPER, Richard M. (Ed.). Bovine reproduction. John Wiley & Sons, 2014. HYTTEL, Poul; SINOWATZ, Fred; VEJLSTED, Morten. Embriologia veterinária. Elsevier Brasil, 2012. KÖLLE, Sabine; REESE, Sven; KUMMER, Wolfgang. New aspects of gamete transport, fertilization, and embryonic development in the oviduct gained by means of live cell imaging. Theriogenology, v. 73, n. 6, p. 786-795, 2010. MCKINNON, Angus O. et al. (Ed.). Equine reproduction. John Wiley & Sons, 2011. OLIVERA, Martha et al. El espermatozoide, desde la eyaculación hasta la fertilización. Revista Colombiana de Ciencias Pecuarias, v. 19, n. 4, p. 426-436, 2006. PLANT, Tony M.; ZELEZNIK, Anthony J. (Ed.). 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Fale sobre a eficiência do transporte do gameta no trato genital da fêmea e sobre a retenção de ovócitos pela égua. -/- 4. Defina as células do cumulus e explique seu papel sobre o ovócito. -/- 5. Quais as estruturas que compõem o ovócito? Qual a função de cada uma? -/- 6. Todos os ovócitos das fêmeas domésticas são iguais? Justifique. -/- 7. Disserte sobre o papel dos hormônios e das secreções sobre o transporte do ovócito no trato genital da fêmea. -/- 8. Disserte sobre o transporte do espermatozoide. Por que há transporte rápido e lento dos espermatozoides? -/- 9. Fale sobre o local de deposição do sêmen nas espécies domésticas e como esse influen-cia na eficiência da reprodução. -/- 10. Por que a vida média do espermatozoide canino é maior que as outras espécies? -/- 11. Quais as mudanças que os espermatozoides precisam sofrer para conseguir êxito na fertilização e por quê? -/- 12. Defina fase de transporte rápido, fase sustentada e hipermotilidade. Qual a importân-cia de cada um? -/- 13. Como ocorre a reação acrossômica? -/- 14. O que é polispermia e como ocorre seu bloqueio? 15. Como ocorre a ativação do ovócito e como se formam os pronúcleos? -/- 16. O que é e qual a importância da singamia? -/- 17. Disserte sobre as divisões de segmentação e qual a importância destas para o êxito da reprodução. -/- 18. Defina e diferencia mórula e blastocisto. -/- 19. Defina e diferencie ginogênese e partenogênese. -/- 20. Qual o papel endócrino e quais hormônios e enzimas atuam sobre o transporte de gametas, sobre a fertilização e sobre a segmentação? (shrink)

Asking whether the sexes are natural kinds amounts to asking whether the categories, female and male, identify real divisions in nature, like the distinctions between biological species, or whether they mark merely artificial or arbitrary distinctions. The distinction between females and males in the animal kingdom is based on the relative size of the gametes they produce, with females producing larger gametes (ova) and males producing smaller gametes (sperm). This chapter argues that the properties of producing (...) relatively large and small gametes are causally correlated with a range of other properties in a wide variety of organisms, and this is what makes females and males natural kinds in the animal kingdom. The chapter concludes with a discussion of the relationship between sex and gender: while the difference between the sexes is biologically grounded, the difference between genders is socially based. Since gender depends in part on the perception of sex, whether or not gender is real or not does not depend on whether sex is, since social reality is constituted in part by our perceptions. The claim that sexes are natural kinds in the animal kingdom does not imply that the biological differences among female and male humans do and should have social consequences. (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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There has been a troublesome anomaly in the UK between cash payment to men for sperm donation and the effective assumption that women will pay to donate eggs. Some commentators, including Donald Evans in this journal, have argued that the anomaly should be resolved by treating women on the same terms as men. But this argument ignores important difficulties about property in the body, particularly in relation to gametes. There are good reasons for thinking that the contract model and (...) payment for gametes are both inappropriate, and that a model based on altruism should be applied to both sexes. (shrink)

Technology firms are now purchasing access to research papers from academic publishers to train their artificial intelligence (AI) models. Using scientific content to train AI can come with multiple benefits, which help improve AI's capability to generate trustworthy outcomes, understand and process issues across a wide range of topics, as well as analyze information, make logical deductions, and draw conclusions. Journal articles are generally considered reliable because of the rigorous peer review system. However, the evaluation process is constrained by (...) several limitations, so a number of unreliable and invalid studies have been published. Retraction is often viewed as a crucial self-correction mechanism within science, allowing the academic community to identify and flag seriously flawed research that has been published. If retracted articles are used to train AI, it could lead to the spread of misinformation. Given the power of AI, this misinformation could be disseminated on a large scale and in a very short time, which might misinform and significantly increase the entropy (uncertainty) within society. Retracted notices can serve as a signal for AI developers to exclude seriously flawed articles from the training process. However, if the scientific content used to train AI is later discovered to be seriously distorted and retracted, it cannot be removed from the model’s knowledge base after the training is complete. As AI is increasingly applied in critical areas such as education and decision-making, training AI on seriously flawed scientific findings could lead to significant systematic consequences. Therefore, collaboration between the scientific community and AI developers to address these issues is crucial. (shrink)

For an artificial agent to be morally praiseworthy, its rules for behaviour and the mechanisms for supplying those rules must not be supplied entirely by external humans. Such systems are a substantial departure from current technologies and theory, and are a low prospect. With foreseeable technologies, an artificial agent will carry zero responsibility for its behavior and humans will retain full responsibility.

Moral reasoning traditionally distinguishes two types of evil:moral (ME) and natural (NE). The standard view is that ME is the product of human agency and so includes phenomena such as war,torture and psychological cruelty; that NE is the product of nonhuman agency, and so includes natural disasters such as earthquakes, floods, disease and famine; and finally, that more complex cases are appropriately analysed as a combination of ME and NE. Recently, as a result of developments in autonomous agents in cyberspace, (...) a new class of interesting and important examples of hybrid evil has come to light. In this paper, it is called artificial evil (AE) and a case is made for considering it to complement ME and NE to produce a more adequate taxonomy. By isolating the features that have led to the appearance of AE, cyberspace is characterised as a self-contained environment that forms the essential component in any foundation of the emerging field of Computer Ethics (CE). It is argued that this goes someway towards providing a methodological explanation of why cyberspace is central to so many of CE's concerns; and it is shown how notions of good and evil can be formulated in cyberspace. Of considerable interest is how the propensity for an agent's action to be morally good or evil can be determined even in the absence of biologically sentient participants and thus allows artificial agents not only to perpetrate evil (and fort that matter good) but conversely to `receive' or `suffer from' it. The thesis defended is that the notion of entropy structure, which encapsulates human value judgement concerning cyberspace in a formal mathematical definition, is sufficient to achieve this purpose and, moreover, that the concept of AE can be determined formally, by mathematical methods. A consequence of this approach is that the debate on whether CE should be considered unique, and hence developed as a Macroethics, may be viewed, constructively,in an alternative manner. The case is made that whilst CE issues are not uncontroversially unique, they are sufficiently novel to render inadequate the approach of standard Macroethics such as Utilitarianism and Deontologism and hence to prompt the search for a robust ethical theory that can deal with them successfully. The name Information Ethics (IE) is proposed for that theory. Itis argued that the uniqueness of IE is justified by its being non-biologically biased and patient-oriented: IE is an Environmental Macroethics based on the concept of data entity rather than life. It follows that the novelty of CE issues such as AE can be appreciated properly because IE provides a new perspective (though not vice versa). In light of the discussion provided in this paper, it is concluded that Computer Ethics is worthy of independent study because it requires its own application-specific knowledge and is capable of supporting a methodological foundation, Information Ethics. (shrink)

Although virtue ethics has repeatedly been proposed as a suitable framework for the development of artificial moral agents, it has been proven difficult to approach from a computational perspective. In this work, we present the first technical implementation of artificial virtuous agents in moral simulations. First, we review previous conceptual and technical work in artificial virtue ethics and describe a functionalistic path to AVAs based on dispositional virtues, bottom-up learning, and top-down eudaimonic reward. We then provide the (...) details of a technical implementation in a moral simulation based on a tragedy of the commons scenario. The experimental results show how the AVAs learn to tackle cooperation problems while exhibiting core features of their theoretical counterpart, including moral character, dispositional virtues, learning from experience, and the pursuit of eudaimonia. Ultimately, we argue that virtue ethics provides a compelling path toward morally excellent machines and that our work provides an important starting point for such endeavors. (shrink)

In this paper an Artificial Neural Network (ANN) model, for predicting the category of a tumor was developed and tested. Taking patients’ tests, a number of information gained that influence the classification of the tumor. Such information as age, sex, histologic-type, degree-of-diffe, status of bone, bone-marrow, lung, pleura, peritoneum, liver, brain, skin, neck, supraclavicular, axillar, mediastinum, and abdominal. They were used as input variables for the ANN model. A model based on the Multilayer Perceptron Topology was established and trained (...) using data set which its title is “primary tumor” and was obtained from the University Medical Centre, Institute of Oncology, Ljubljana, Yugoslavia Test data evaluation shows that the ANN model is able to correctly predict the tumor category with 76.67 % accuracy. (shrink)

The logical problem of artificial intelligence—the question of whether the notion sometimes referred to as ‘strong’ AI is self-contradictory—is, essentially, the question of whether an artificial form of life is possible. This question has an immediately paradoxical character, which can be made explicit if we recast it (in terms that would ordinarily seem to be implied by it) as the question of whether an unnatural form of nature is possible. The present paper seeks to explain this paradoxical kind (...) of possibility by arguing that machines can share the human form of life and thus acquire human mindedness, which is to say they can be intelligent, conscious, sentient, etc. in precisely the way that a human being typically is. (shrink)

Some of the systems used in natural language generation (NLG), a branch of applied computational linguistics, have the capacity to create or assemble somewhat original messages adapted to new contexts. In this paper, taking Bernard Williams’ account of assertion by machines as a starting point, I argue that NLG systems meet the criteria for being speech actants to a substantial degree. They are capable of authoring original messages, and can even simulate illocutionary force and speaker meaning. Background intelligence embedded in (...) their datasets enhances these speech capacities. Although there is an open question about who is ultimately responsible for their speech, if anybody, we can settle this question by using the notion of proxy speech, in which responsibility for artificial speech acts is assigned legally or conventionally to an entity separate from the speech actant. (shrink)

The field of value alignment, or more broadly machine ethics, is becoming increasingly important as artificial intelligence developments accelerate. By ‘alignment’ we mean giving a generally intelligent software system the capability to act in ways that are beneficial, or at least minimally harmful, to humans. There are a large number of techniques that are being experimented with, but this work often fails to specify what values exactly we should be aligning. When making a decision, an agent is supposed to (...) maximize the expected utility of its value function. Classically, this has been referred to as happiness, but this is just one of many things that people value. -/- In order to resolve this issue, we need to determine a set of human values that represent humanity's interests. Although this problem might seem intractable, research shows that people of various cultures and religions actually share more in common than they realize. In this book we review world religions, moral philosophy and evolutionary psychology to elucidate a common set of shared values. We then show how these values can be used to address the alignment problem and conclude with problems and goals for future research. -/- The key audience for this book will be researchers in the field of ethics and artificial intelligence who are interested in, or working on this problem. These people will come from various professions and include philosophers, computer programmers and psychologists, as the problem itself is multi-disciplinary. (shrink)

This paper argues that the Value Sensitive Design (VSD) methodology provides a principled approach to embedding common values in to AI systems both early and throughout the design process. To do so, it draws on an important case study: the evidence and final report of the UK Select Committee on Artificial Intelligence. This empirical investigation shows that the different and often disparate stakeholder groups that are implicated in AI design and use share some common values that can be used (...) to further strengthen design coordination efforts. VSD is shown to be both able to distill these common values as well as provide a framework for stakeholder coordination. (shrink)

Artificial Intelligence and Sensor Technologies the Future of Special Education for Students with Intellectual and Developmental Disabilities.

The Significant Interest view entails that even if there were no medical reasons to have access to genetic knowledge, there would still be reason for prospective parents to use an identity-release donor as opposed to an anonymous donor. This view does not depend on either the idea that genetic knowledge is profoundly prudentially important or that donor-conceived people have a right to genetic knowledge. Rather, it turns on general claims about parents’ obligations to help promote their children’s well-being and the (...) connection between a person’s well-being and the satisfaction of what I call their “worthwhile significant subjective interests.” To put this view simply, the fact that a donor-conceived person—who knows she is donor-conceived—is likely to be very interested in acquiring genetic knowledge gives prospective parents a weighty reason to use an identity-release donor. This is because parents should promote their children’s well-being through the satisfaction of their children’s worthwhile significant interests. (shrink)

In their Why Machines Will Never Rule the World, Landgrebe and Smith (2023) argue that it is impossible for artificial general intelligence (AGI) to succeed, on the grounds that it is impossible to perfectly model or emulate the “complex” “human neurocognitive system”. However, they do not show that it is logically impossible; they only show that it is practically impossible using current mathematical techniques. Nor do they prove that there could not be any other kinds of theories than those (...) in current use. Even if perfect theories were impossible or unlikely, perfection may not be needed and may even be unhelpful. (shrink)

En On the Origin of Species Darwin distingue explícitamente entre tres tipos de selección: la selección natural, la artificial y la sexual. En este trabajo, a partir de un estudio más sistemático que historiográfico, se intenta encontrar la relación entre estos tres tipos de selección en la obra de Darwin. Si bien la distinción entre estos distintos mecanismos es de suma importancia en la obra de Darwin, la tesis de este trabajo es que tanto la selección artificial como (...) la sexual no son mecanismos distintos de la selección natural. Particularmente se sostiene que la selección artificial y la sexual son casos de la natural, y por esto sirven para su contrastación. (shrink)

This paper explores the theological and philosophical implications of artificial intelligence (AI) and Neuroscience research on the Christian’s notion of the human person. The paschal mystery of Christ is the intuitive foundation of Christian anthropology. In the intellectual history of the Christianity, Platonism and Aristotelianism have been employed to articulate the Christian philosophical anthropology. The Aristotelian systematization has endured to this era. Since the modern period of the Western intellectual history, Aristotelianism has been supplanted by the positive sciences as (...) the standard scientific and philosophical interpretative framework for many. This paper argues that there is need for a new Christian anthropology based on the interpretation of the paschal mystery of Christ that is consistent with contemporary science and philosophy, especially as informed by research in AI and neuroscience. Christian anthropology today ought to be fully aware of the theological and philosophical implications of AI and neuroscience research. This paper denotes this new Christian anthropology as neuro-theological Christian anthropology. (shrink)

The paper develops two related thought experiments exploring variations on an ‘animat’ theme. Animats are hybrid devices with both artificial and biological components. Traditionally, ‘components’ have been construed in concrete terms, as physical parts or constituent material structures. Many fascinating issues arise within this context of hybrid physical organization. However, within the context of functional/computational theories of mentality, demarcations based purely on material structure are unduly narrow. It is abstract functional structure which does the key work in characterizing the (...) respective ‘components’ of thinking systems, while the ‘stuff’ of material implementation is of secondary importance. Thus the paper extends the received animat paradigm, and investigates some intriguing consequences of expanding the conception of bio-machine hybrids to include abstract functional and semantic structure. In particular, the thought experiments consider cases of mind-machine merger where there is no physical Brain-Machine Interface: indeed, the material human body and brain have been removed from the picture altogether. The first experiment illustrates some intrinsic theoretical difficulties in attempting to replicate the human mind in an alternative material medium, while the second reveals some deep conceptual problems in attempting to create a form of truly Artificial General Intelligence. (shrink)

There is considerable enthusiasm about the prospect that artificial intelligence (AI) will help to improve the safety and efficacy of health services and the efficiency of health systems. To realize this potential, however, AI systems will have to overcome structural problems in the culture and practice of medicine and the organization of health systems that impact the data from which AI models are built, the environments into which they will be deployed, and the practices and incentives that structure their (...) development. This perspective elaborates on some of these structural challenges and provides recommendations to address potential shortcomings. (shrink)

Human eggs for basic, fertility and stem-cell research are in short supply. Many experiments that require their use cannot be carried out at present, and, therefore, the benefits that could emerge from these are either delayed or never materialise. This state of affairs is problematic for scientists and patients worldwide, and it is a matter that needs our attention. Recent advances in chimera research have opened the possibility of creating human/non-human animal chimeras intended for human gamete production (chimeras-IHGP). In this (...) paper, I examine four arguments against the creation of such chimeras and prove that all of them are found wanting. I conclude by showing that there is a strong moral reason for scientists to pursue this research avenue. (shrink)

In the field of machine consciousness, it has been argued that in order to build human-like conscious machines, we must first have a computational model of qualia. To this end, some have proposed a framework that supports qualia in machines by implementing a model with three computational areas (i.e., the subconceptual, conceptual, and linguistic areas). These abstract mechanisms purportedly enable the assessment of artificial qualia. However, several critics of the machine consciousness project dispute this possibility. For instance, Searle, in (...) his Chinese room objection, argues that however sophisticated a computational system is, it can never exhibit intentionality; thus, would also fail to exhibit consciousness or any of its varieties. This paper argues that the proposed architecture mentioned above answers the problem posed by Searle, at least in part. Specifically, it argues that we could reformulate Searle’s worries in the Chinese room in terms of the three-stage artificial qualia model. And by doing so, we could see that the person doing all the translations in the room could realize the three areas in the proposed framework. Consequently, this demonstrates the actualization of self-consciousness in machines. (shrink)

Virtue ethics has many times been suggested as a promising recipe for the construction of artificial moral agents due to its emphasis on moral character and learning. However, given the complex nature of the theory, hardly any work has de facto attempted to implement the core tenets of virtue ethics in moral machines. The main goal of this paper is to demonstrate how virtue ethics can be taken all the way from theory to machine implementation. To achieve this goal, (...) we critically explore the possibilities and challenges for virtue ethics from a computational perspective. Drawing on previous conceptual and technical work, we outline a version of artificial virtue based on moral functionalism, connectionist bottom–up learning, and eudaimonic reward. We then describe how core features of the outlined theory can be interpreted in terms of functionality, which in turn informs the design of components necessary for virtuous cognition. Finally, we present a comprehensive framework for the technical development of artificial virtuous agents and discuss how they can be implemented in moral environments. (shrink)

AI-based technologies are increasingly pervasive in a number of contexts. Our affective and emotional life makes no exception. In this article, we analyze one way in which AI-based technologies can affect them. In particular, our investigation will focus on affective artificial agents, namely AI-powered software or robotic agents designed to interact with us in affectively salient ways. We build upon the existing literature on affective artifacts with the aim of providing an original analysis of affective artificial agents and (...) their distinctive features. We argue that, unlike comparatively low-tech affective artifacts, affective artificial agents display a specific form of agency, which prevents them from being perceived by their users as extensions of their selves. In addition to this, we claim that their functioning crucially depends on the simulation of human-like emotion-driven behavior and requires a distinctive form of transparency—we call it emotional transparency—that might give rise to ethical and normative tensions. (shrink)

The application of Artificial Intelligence (AI) in healthcare and epidemiology undoubtedly has many benefits for the population. However, due to its environmental impact, the use of AI can produce social inequalities and long-term environmental damages that may not be thoroughly contemplated. In this paper, we propose to consider the impacts of AI applications in medical care from the One Health paradigm and long-term global health. From health and environmental justice, rather than settling for a short and fleeting green honeymoon (...) between health and sustainability caused by AI, it should aim for a lasting marriage. To this end, we conclude by proposing that, in the upcoming years, it could be valuable and necessary to promote more interconnected health, call for environmental cost transparency, and increase green responsibility. (shrink)

Artificial agents (AAs), particularly but not only those in Cyberspace, extend the class of entities that can be involved in moral situations. For they can be conceived of as moral patients (as entities that can be acted upon for good or evil) and also as moral agents (as entities that can perform actions, again for good or evil). In this paper, we clarify the concept of agent and go on to separate the concerns of morality and responsibility of agents (...) (most interestingly for us, of AAs). We conclude that there is substantial and important scope, particularly in Computer Ethics, for the concept of moral agent not necessarily exhibiting free will, mental states or responsibility. This complements the more traditional approach, common at least since Montaigne and Descartes, which considers whether or not (artificial) agents have mental states, feelings, emotions and so on. By focussing directly on mind-less morality we are able to avoid that question and also many of the concerns of Artificial Intelligence. A vital component in our approach is the Method of Abstraction for analysing the level of abstraction (LoA) at which an agent is considered to act. The LoA is determined by the way in which one chooses to describe, analyse and discuss a system and its context. The Method of Abstraction is explained in terms of an interface or set of features or observables at a given LoA. Agenthood, and in particular moral agenthood, depends on a LoA. Our guidelines for agenthood are: interactivity (response to stimulus by change of state), autonomy (ability to change state without stimulus) and adaptability (ability to change the transition rules by which state is changed) at a given LoA. Morality may be thought of as a threshold defined on the observables in the interface determining the LoA under consideration. An agent is morally good if its actions all respect that threshold; and it is morally evil if some action violates it. That view is particularly informative when the agent constitutes a software or digital system, and the observables are numerical. Finally we review the consequences for Computer Ethics of our approach. In conclusion, this approach facilitates the discussion of the morality of agents not only in Cyberspace but also in the biosphere, where animals can be considered moral agents without their having to display free will, emotions or mental states, and in social contexts, where systems like organizations can play the role of moral agents. The primary cost of this facility is the extension of the class of agents and moral agents to embrace AAs. (shrink)

In this paper an Artificial Neural Network (ANN) model was used to help cars dealers recognize the many characteristics of cars, including manufacturers, their location and classification of cars according to several categories including: Make, Model, Type, Origin, DriveTrain, MSRP, Invoice, EngineSize, Cylinders, Horsepower, MPG_Highway, Weight, Wheelbase, Length. ANN was used in prediction of the number of miles per gallon when the car is driven in the city(MPG_City). The results showed that ANN model was able to predict MPG_City with (...) 97.50 % accuracy. The factor of DriveTrain has the most influence on MPG_City evaluation. Similar studies can be carried out for the evaluation of other characteristics of cars. (shrink)

Artificial Intelligence is at a turning point, with a substantial increase in projects aiming to implement sophisticated forms of human intelligence in machines. This research attempts to model specific forms of intelligence through brute-force search heuristics and also reproduce features of human perception and cognition, including emotions. Such goals have implications for artificial consciousness, with some arguing that it will be achievable once we overcome short-term engineering challenges. We believe, however, that phenomenal consciousness cannot be implemented in machines. (...) This becomes clear when considering emotions and examining the dissociation between consciousness and attention in humans. While we may be able to program ethical behavior based on rules and machine learning, we will never be able to reproduce emotions or empathy by programming such control systems—these will be merely simulations. Arguments in favor of this claim include considerations about evolution, the neuropsychological aspects of emotions, and the dissociation between attention and consciousness found in humans. Ultimately, we are far from achieving artificial consciousness. (shrink)

In October 2016, the White House, the European Parliament, and the UK House of Commons each issued a report outlining their visions on how to prepare society for the widespread use of artificial intelligence. In this article, we provide a comparative assessment of these three reports in order to facilitate the design of policies favourable to the development of a ‘good AI society’. To do so, we examine how each report addresses the following three topics: the development of a (...) ‘good AI society’; the role and responsibility of the government, the private sector, and the research community in pursuing such a development; and where the recommendations to support such a development may be in need of improvement. Our analysis concludes that the reports address adequately various ethical, social, and economic topics, but come short of providing an overarching political vision and long-term strategy for the development of a ‘good AI society’. In order to contribute to fill this gap, in the conclusion we suggest a two-pronged approach. (shrink)

Which artificial intelligence (AI) systems are agents? To answer this question, I propose a multidimensional account of agency. According to this account, a system's agency profile is jointly determined by its level of goal-directedness and autonomy as well as is abilities for directly impacting the surrounding world, long-term planning and acting for reasons. Rooted in extant theories of agency, this account enables fine-grained, nuanced comparative characterizations of artificial agency. I show that this account has multiple important virtues and (...) is more informative than alternatives. More speculatively, it may help to illuminate two important emerging questions in AI ethics: 1. Can agency contribute to the moral status of non-human beings, and how? 2. When and why might AI systems exhibit power-seeking behaviour and does this pose an existential risk to humanity? (shrink)

Recent progress in artificial intelligence (AI) has drawn attention to the technology’s transformative potential, including what some see as its prospects for causing large-scale harm. We review two influential arguments purporting to show how AI could pose catastrophic risks. The first argument — the Problem of Power-Seeking — claims that, under certain assumptions, advanced AI systems are likely to engage in dangerous power-seeking behavior in pursuit of their goals. We review reasons for thinking that AI systems might seek power, (...) that they might obtain it, that this could lead to catastrophe, and that we might build and deploy such systems anyway. The second argument claims that the development of human-level AI will unlock rapid further progress, culminating in AI systems far more capable than any human — this is the Singularity Hypothesis. Power-seeking behavior on the part of such systems might be particularly dangerous. We discuss a variety of objections to both arguments and conclude by assessing the state of the debate. (shrink)

In this research, an Artificial Neural Network (ANN) model was developed and tested to predict Birth Weight. A number of factors were identified that may affect birth weight. Factors such as smoke, race, age, weight (lbs) at last menstrual period, hypertension, uterine irritability, number of physician visits in 1st trimester, among others, as input variables for the ANN model. A model based on multi-layer concept topology was developed and trained using the data from some birth cases in hospitals. The (...) evaluation of testing the dataset shows that the ANN model is capable of correctly predicting the birth weight with 100% accuracy. (shrink)

As systems based on opaque Artificial Intelligence (AI) continue to flourish in diverse real-world applications, understanding these black box models has become paramount. In response, Explainable AI (XAI) has emerged as a field of research with practical and ethical benefits across various domains. This paper not only highlights the advancements in XAI and its application in real-world scenarios but also addresses the ongoing challenges within XAI, emphasizing the need for broader perspectives and collaborative efforts. We bring together experts from (...) diverse fields to identify open problems, striving to synchronize research agendas and accelerate XAI in practical applications. By fostering collaborative discussion and interdisciplinary cooperation, we aim to propel XAI forward, contributing to its continued success. Our goal is to put forward a comprehensive proposal for advancing XAI. To achieve this goal, we present a manifesto of 27 open problems categorized into nine categories. These challenges encapsulate the complexities and nuances of XAI and offer a road map for future research. For each problem, we provide promising research directions in the hope of harnessing the collective intelligence of interested stakeholders. (shrink)

Artificial intelligence has arrived. In the online world it is already a part of everyday life, sitting invisibly behind a wide range of search engines and online commerce sites. It offers huge potential to enable more efficient and effective business and government but the use of artificial intelligence brings with it important questions about governance, accountability and ethics. Realising the full potential of artificial intelligence and avoiding possible adverse consequences requires societies to find satisfactory answers to these (...) questions. This report sets out some possible approaches, and describes some of the ways government is already engaging with these issues. (shrink)

Abstract: Artificial Intelligence (AI) is revolutionizing the agricultural sector by enhancing productivity and sustainability. This paper explores the transformative impact of AI technologies on agriculture, focusing on their applications in precision farming, predictive analytics, and automation. AI-driven tools enable more efficient management of crops and resources, leading to improved yields and reduced environmental impact. The paper examines key AI technologies, including machine learning algorithms for crop monitoring, robotics for automated planting and harvesting, and data analytics for optimizing resource use. (...) Additionally, it addresses challenges such as data privacy, technology adoption barriers, and the ethical implications of AI in farming. By integrating AI into agricultural practices, the industry can achieve greater efficiency and sustainability, paving the way for future advancements. (shrink)

This paper critically assesses the possibility of moral enhancement with ambient intelligence technologies and artificial intelligence presented in Savulescu and Maslen (2015). The main problem with their proposal is that it is not robust enough to play a normative role in users’ behavior. A more promising approach, and the one presented in the paper, relies on an artifi-cial moral reasoning engine, which is designed to present its users with moral arguments grounded in first-order normative theories, such as Kantianism or (...) utilitarianism, that reason-responsive people can be persuaded by. This proposal can play a normative role and it is also a more promising avenue towards moral enhancement. It is more promising because such a system can be designed to take advantage of the sometimes undue trust that people put in automated technologies. We could therefore expect a well-designed moral reasoner system to be able to persuade people that may not be persuaded by similar arguments from other people. So, all things considered, there is hope in artificial intelli-gence for moral enhancement, but not in artificial intelligence that relies solely on ambient intelligence technologies. (shrink)

While philosophers hold that it is patently absurd to blame robots or hold them morally responsible [1], a series of recent empirical studies suggest that people do ascribe blame to AI systems and robots in certain contexts [2]. This is disconcerting: Blame might be shifted from the owners, users or designers of AI systems to the systems themselves, leading to the diminished accountability of the responsible human agents [3]. In this paper, we explore one of the potential underlying reasons for (...) robot blame, namely the folk's willingness to ascribe inculpating mental states or "mens rea" to robots. In a vignette-based experiment (N=513), we presented participants with a situation in which an agent knowingly runs the risk of bringing about substantial harm. We manipulated agent type (human v. group agent v. AI-driven robot) and outcome (neutral v. bad), and measured both moral judgment (wrongness of the action and blameworthiness of the agent) and mental states attributed to the agent (recklessness and the desire to inflict harm). We found that (i) judgments of wrongness and blame were relatively similar across agent types, possibly because (ii) attributions of mental states were, as suspected, similar across agent types. This raised the question - also explored in the experiment - whether people attribute knowledge and desire to robots in a merely metaphorical way (e.g., the robot "knew" rather than really knew). However, (iii), according to our data people were unwilling to downgrade to mens rea in a merely metaphorical sense when given the chance. Finally, (iv), we report a surprising and novel finding, which we call the inverse outcome effect on robot blame: People were less willing to blame artificial agents for bad outcomes than for neutral outcomes. This suggests that they are implicitly aware of the dangers of overattributing blame to robots when harm comes to pass, such as inappropriately letting the responsible human agent off the moral hook. (shrink)

AI, especially in the case of Deepfakes, has the capacity to undermine our confidence in the original, genuine, authentic nature of what we see and hear. And yet digital technologies, in the form of databases and other detection tools also make it easier to spot forgeries and to establish the authenticity of a work. Using the notion of ectypes, this paper discusses current conceptions of authenticity and reproduction and examines how, in the future, these might be adapted for use in (...) the digital sphere. (shrink)

The article reflects on where AI is headed and the world along with it, considering trust, ethics and safety. Implicit in artificial thinking and doomsday appraisals is the engineered divorce from reality of sublime human embodiment. Jeffrey White, Dietrich Brandt, Jan Soeffner, and Larry Stapleton, four scholars associated with AI & Society, address these issues, and more, in the following exchange.

How has multiplicity superseded impossibility in philosophical challenges to artificial consciousness? I assess a trajectory in recent debates on artificial consciousness, in which metaphysical and explanatory challenges to the possibility of building conscious machines lead to epistemological concerns about the multiplicity underlying ‘what it is like’ to be a conscious creature or be in a conscious state. First, I analyse earlier challenges which claim that phenomenal consciousness cannot arise, or cannot be built, in machines. These are based on (...) Block’s Chinese Nation and Chalmers’ Hard Problem. To defuse such challenges, theorists of artificial consciousness can appeal to empirical methods and models of explanation. Second, I explain why this naturalistic approach produces an epistemological puzzle on the role of biological properties in phenomenal consciousness. Neither behavioural tests nor theoretical inferences seem to settle whether our machines are conscious. Third, I evaluate whether the new challenge can be managed through a more fine-grained taxonomy of conscious states. This strategy is supported by the development of similar taxonomies for biological species and animal consciousness. Although it makes sense of some current models of artificial consciousness, it raises questions about their subjective and moral significance. (shrink)

Why would we want to develop artificial human-like arithmetical intelligence, when computers already outperform humans in arithmetical calculations? Aside from arithmetic consisting of much more than mere calculations, one suggested reason is that AI research can help us explain the development of human arithmetical cognition. Here I argue that this question needs to be studied already in the context of basic, non-symbolic, numerical cognition. Analyzing recent machine learning research on artificial neural networks, I show how AI studies could (...) potentially shed light on the development of human numerical abilities, from the proto-arithmetical abilities of subitizing and estimating to counting procedures. Although the current results are far from conclusive and much more work is needed, I argue that AI research should be included in the interdisciplinary toolbox when we try to explain the development and character of numerical cognition and arithmetical intelligence. This makes it relevant also for the epistemology of mathematics. (shrink)

This paper investigates the concept of behavioral autonomy in Artificial Life by drawing a parallel to the use of teleological notions in the study of biological life. Contrary to one of the leading assumptions in Artificial Life research, I argue that there is a significant difference in how autonomous behavior is understood in artificial and biological life forms: the former is underlain by human goals in a way that the latter is not. While behavioral traits can be (...) explained in relation to evolutionary history in biological organisms, in synthetic life forms behavior depends on a design driven by a research agenda, further shaped by broader human goals. This point will be illustrated with a case study on a synthetic life form. Consequently, the putative epistemic benefit of reaching a better understanding of behavioral autonomy in biological organisms by synthesizing artificial life forms is subject to doubt: the autonomy observed in such artificial organisms may be a mere projection of human agency. Further questions arise in relation to the need to spell out the relevant human aims when addressing potential social or ethical implications of synthesizing artificial life forms. (shrink)

The present paper aims at contributing to the ethical debate on the impacts of artificial intelligence (AI) systems on human autonomy. More specifically, it intends to offer a clearer understanding of the design challenges to the effort of aligning driving automation technologies to this ethical value. After introducing the discussion on the ambiguous impacts that AI systems exert on human autonomy, the analysis zooms in on how the problem has been discussed in the literature on connected and automated vehicles (...) (CAVs). On this basis, it is claimed that the issue has been mainly tackled on a fairly general level, and mostly with reference to the controversial issue of crash-optimization algorithms, so that only limited design insights have been drawn. However, integrating ethical analysis and design practices is critical to pursue the implementation of such an important ethical value into CAV technologies. To this aim, it is argued, a more applied approach targeted at examining the impacts on human autonomy of current CAV functions should also be explored. As an example of the intricacy of this task, the case of automated route planning is discussed in some detail. (shrink)

While the recent special issue of JCS on machine consciousness (Volume 14, Issue 7) was in preparation, a collection of papers on the same topic, entitled Artificial Consciousness and edited by Antonio Chella and Riccardo Manzotti, was published. 1 The editors of the JCS special issue, Ron Chrisley, Robert Clowes and Steve Torrance, thought it would be a timely and productive move to have authors of papers in their collection review the papers in the Chella and Manzotti book, and (...) include these reviews in the special issue of the journal. Eight of the JCS authors (plus Uziel Awret) volunteered to review one or more of the fifteen papers in Artificial Consciousness; these individual reviews were then collected together with a minimal amount of editing to produce a seamless chapter-by-chapter review of the entire book. Because the number and length of contributions to the JCS issue was greater than expected, the collective review of Artificial Con- sciousness had to be omitted, but here at last it is. Each paper’s review is written by a single author, so any comments made may not reflect the opinions of all nine of the joint authors! (shrink)

The ethical concerns regarding the successful development of an Artificial Intelligence have received a lot of attention lately. The idea is that even if we have good reason to believe that it is very unlikely, the mere possibility of an AI causing extreme human suffering is important enough to warrant serious consideration. Others look at this problem from the opposite perspective, namely that of the AI itself. Here the idea is that even if we have good reason to believe (...) that it is very unlikely, the mere possibility of humanity causing extreme suffering to an AI is important enough to warrant serious consideration. This paper starts from the observation that both concerns rely on problematic philosophical assumptions. Rather than tackling these assumptions directly, it proceeds to present an argument that if one takes these assumptions seriously, then one has a moral obligation to advocate for a ban on the development of a conscious AI. (shrink)

This presentation offers a brief introduction to Heidegger in the context of artificial intelligence.

Moral reasoning traditionally distinguishes two types of evil: moral and natural. The standard view is that ME is the product of human agency and so includes phenomena such as war, torture and psychological cruelty; that NE is the product of nonhuman agency, and so includes natural disasters such as earthquakes, floods, disease and famine; and finally, that more complex cases are appropriately analysed as a combination of ME and NE. Recently, as a result of developments in autonomous agents in cyberspace, (...) a new class of interesting and important examples of hybrid evil has come to light. In this paper, it is called artificial evil and a case is made for considering it to complement ME and NE to produce a more adequate taxonomy. By isolating the features that have led to the appearance of AE, cyberspace is characterised as a self-contained environment that forms the essential component in any foundation of the emerging field of Computer Ethics. It is argued that this goes some way towards providing a methodological explanation of why cyberspace is central to so many of CE’s concerns; and it is shown how notions of good and evil can be formulated in cyberspace. Of considerable interest is how the propensity for an agent’s action to be morally good or evil can be determined even in the absence of biologically sentient participants and thus allows artificial agents not only to perpetrate evil but conversely to ‘receive’ or ‘suffer from’ it. The thesis defended is that the notion of entropy structure, which encapsulates human value judgement concerning cyberspace in a formal mathematical definition, is sufficient to achieve this purpose and, moreover, that the concept of AE can be determined formally, by mathematical methods. A consequence of this approach is that the debate on whether CE should be considered unique, and hence developed as a Macroethics, may be viewed, constructively, in an alternative manner. The case is made that whilst CE issues are not uncontroversially unique, they are sufficiently novel to render inadequate the approach of standard Macroethics such as Utilitarianism and Deontologism and hence to prompt the search for a robust ethical theory that can deal with them successfully. The name Information Ethics is proposed for that theory. It is argued that the uniqueness of IE is justified by its being non-biologically biased and patient-oriented: IE is an Environmental Macroethics based on the concept of data entity rather than life. It follows that the novelty of CE issues such as AE can be appreciated properly because IE provides a new perspective. In light of the discussion provided in this paper, it is concluded that Computer Ethics is worthy of independent study because it requires its own application-specific knowledge and is capable of supporting a methodological foundation, Information Ethics. (shrink)