Beyond belief change and meme adoption, both genetics and infection have been spoken of in terms of information transfer. What we examine here, concentrating on the specific case of transfer between sub-networks, are the differences in network dynamics in these cases: the different network dynamics of germs, genes, and memes. Germs and memes, it turns out, exhibit a very different dynamics across networks. For infection, measured in terms of time to total infection, it is network type rather (...) than degree of linkage between sub-networks that is of primary importance. For belief transfer, measured in terms of time to consensus, it is degree of linkage rather than network type that is crucial. Genes model each of these other dynamics in part, but match neither in full. For genetics, like belief transfer and unlike infection, network type makes little difference. Like infection and unlike belief, on the other hand, the dynamics of genetic information transfer within single and between linked networks are much the same. In ways both surprising and intriguing, transfer of genetic information seems to be robust across network differences crucial for the other two. (shrink)

Understanding the dynamics of information is crucial to many areas of research, both inside and outside of philosophy. Using computer simulations of three kinds of information, germs, genes, and memes, we show that the mechanism of information transfer often swamps network structure in terms of its effects on both the dynamics and the fitness of the information. This insight has both obvious and subtle implications for a number of questions in philosophy, including questions about the nature of information, (...) whether there is genetic information, and how to arrange scientific communities. (shrink)

The chapter explains why evolutionary genetics – a mathematical body of theory developed since the 1910s – eventually got to deal with culture: the frequency dynamics of genes like “the lactase gene” in populations cannot be correctly modeled without including social transmission. While the body of theory requires specific justifications, for example meticulous legitimations of describing culture in terms of traits, the body of theory is an immensely valuable scientific instrument, not only for its modeling power but also for (...) the amount of work that has been necessary to build, maintain, and expand it. A brief history of evolutionary genetics is told to demonstrate such patrimony, and to emphasize the importance and accumulation of statistical knowledge therein. The probabilistic nature of genotypes, phenogenotypes and population phenomena is also touched upon. Although evolutionary genetics is actually composed by distinct and partially independent traditions, the most important mathematical object of evolutionary genetics is the Mendelian space, and evolutionary genetics is mostly the daring study of trajectories of alleles in a population that explores that space. The ‘body’ is scientific wealth that can be invested in studying every situation that happens to turn out suitable to be modeled as a Mendelian population, or as a modified Mendelian population, or as a population of continuously varying individuals with an underlying Mendelian basis. Mathematical tinkering and justification are two halves of the mutual adjustment between the body of theory and the new domain of culture. Some works in current literature overstate justification, misrepresenting the relationship between body of theory and domain, and hindering interdisciplinary dialogue. (shrink)

During the last two decades the role of quantitative genetics in evolutionary theory has expanded considerably. Quantitative genetic-based models addressing long term phenotypic evolution, evolution in multiple environments (phenotypic plasticity) and evolution of ontogenies (developmental trajectories) have been proposed. Yet, the mathematical foundations of quantitative genetics were laid with a very different set of problems in mind (mostly the prediction of short term responses to artificial selection), and at a time in which any details of the genetic machinery (...) were virtually unknown. In this paper we discuss what a model is in population biology, and what kind of model we need in order to address the complexities of phenotypic evolution. We review the assumptions of quantitative genetics and its most recent accomplishments, together with the limitations that such assumptions impose on the modelling of some aspects of phenotypic evolution. We also discuss three alternative appr oaches to the theoretical description of evolutionary trajectories (nonlinear dynamics, complexity theory and optimization theory), and their respective advantages and limitations. We conclude by calling for a new theoretical synthesis, including quantitative genetics and not necessarily limited to the other approaches here discussed. (shrink)

The unreduced many-body interaction problem solution, absent in usual science framework, reveals a new quality of emerging multiple, equally real but mutually incompatible system configurations, or “realisations”, giving rise to the universal concept of dynamic complexity and chaoticity. Their imitation by a single, “average” realisation or trajectory in usual theory (corresponding to postulated “exact” or perturbative problem solutions) is a rough simplification of reality underlying all stagnating and emerging problems of conventional (unitary) science, often in the form of missing, or (...) “dark”, entities and “hidden variables”. We show how the application of unreduced interaction problem solution and the ensuing concept of dynamic complexity provides the desired causally complete and intrinsically unified solutions to respective unitary science problems in the entire range of complexity levels, from elementary particles and cosmology to emergent consciousness and modern development crisis, implying real, essential and urgently needed progress. (shrink)

Terms loaded with informational connotations are often employed to refer to genes and their dynamics. Indeed, genes are usually perceived by biologists as basically ‘the carriers of hereditary information.’ Nevertheless, a number of researchers consider such talk as inadequate and ‘just metaphorical,’ thus expressing a skepticism about the use of the term ‘information’ and its derivatives in biology as a natural science. First, because the meaning of that term in biology is not as precise as it is, for instance, (...) in the mathematical theory of communication. Second, because it seems to refer to a purported semantic property of genes without theoretically clarifying if any genuinely intrinsic semantics is involved. Biosemiotics, a field that attempts to analyze biological systems as semiotic systems, makes it possible to advance in the understanding of the concept of information in biology. From the perspective of Peircean biosemiotics, we develop here an account of genes as signs, including a detailed analysis of two fundamental processes in the genetic information system (transcription and protein synthesis) that have not been made so far in this field of research. Furthermore, we propose here an account of information based on Peircean semiotics and apply it to our analysis of transcription and protein synthesis. (shrink)

(This version was submitted to Behavioral and Brain Science. A revised version was published by Biological Theory) Estimates of autism’s incidence increased 5-10 fold in ten years, an increase which cannot be genetic. Though many mutations are associated with autism, no mutation seems directly to cause autism. We need to find the direct cause. Complexity science provides a new paradigm - confirmed in biology by extensive hard data. Both the body and the personality are complex dynamic systems which spontaneously (...) self-organize from simple dynamic systems. Autism may therefore be caused by the failure of a simple dynamic system. We know that infants who cannot track their mother’s face often become autistic, that eye-contact initiates intersubjectivity which is blocked in autism, and that the infant-mother pair seems designed to promote eye-contact, as does the eye’s appearance. This author earlier proposed that failure of eye-contact might directly cause autism and that early non-maternal childcare, including television/video, would therefore be statistically linked to autism. Waldman et al. (2008; 2006) recently proved that autism is strongly linked to precipitation (indoor activity) and to the introduction of cable. The most plausible explanation? Early exposure to television/video is linked to autism. Furthermore a normal developmental cascade (blocked in autism) has been deciphered: (a) Infant-mother eye-contact triggers increased maternal attention. (b) Early maternal attention permanently increases not only baseline vasopressin but also that oxytocin release which is triggered by subsequent maternal attention. (c) Vasopressin and oxytocin promote face recognition, gazing-at-the-eyes, emotion recognition, and social bonding. The eye-contact hypothesis suggests a clinical study addressing prevention: recruit prospective parents who agree to curtail television/video/computer/wi-fi in their families; measure autism’s incidence in their children. (shrink)

The alleged threats to human nature are at the root of many concerns about the use of nanotechnology to extend human health and capabilities. Bu the concept of human nature is illusory, selectively deployed, and does not impose any ethical constraint on human enhancement. Human nature is not only a meaningless concept, a product of our imperfect human cognition and a relic of the idea of a "soul," but, as it is deployed today against human enhancement technologies, it is also (...) a morally offensive, racist concept. The "human-racists" who deploy the concept of human nature are more inclusive than their forebears, but the make the same mistake of tying citizenship and value to biology. By setting aside the concept of human nature, we can affirm the value of the myriad aspects of human existence that we wish to preserve and extend using human enhancement technologies, including whatever genetic capacities and limits we may discover. Human enhancement technologies, such as those that may be enabled by nanotechnology and genetic engineering, enable us to define a new and more dynamic set of human capabilities, and to better achieve many moral virtues, regardless of whether they are part of "human nature" or not. (shrink)

In today's data-driven world, the efficient management of network resources is crucial for optimizing performance in data centers and large-scale networks. Load balancing is a critical process in ensuring the equitable distribution of data across multiple paths, thereby enhancing network throughput and minimizing latency. This paper presents a comprehensive approach to load balancing using advanced optimization techniques integrated with multipath routing protocols. The primary focus is on dynamically allocating network resources to manage the massive volume of data generated by modern (...) applications. By leveraging algorithms such as Genetic Algorithms (GA) and Particle Swarm Optimization (PSO), the proposed method efficiently distributes data across multiple paths, ensuring balanced network utilization. The combination of these algorithms with multipath routing significantly reduces congestion and improves overall network performance. (shrink)

Recent trends in psychiatry involve a transition from categorical to dimensional frameworks, in which the boundary between health and pathology is understood as a difference in degree rather than as a difference in kind. A major tenet of dimensional approaches is that no qualitative distinction can be made between health and pathology. As a consequence, these approaches tend to characterize such a threshold as pragmatic or conventional in nature. However, dimensional approaches to psychopathology raise several epistemological and ontological issues. First, (...) we review major sources of evidence usually recruited in support of the dimensional trend (focusing on clinical observation and biological data), and we show that these are connected to different conceptualizations of how dimensional traits extend across health and pathology. Second, we criticize two unquestioned assumptions that stand at the core of the dimensional trend: a) that there is continuity from health to pathology at the symptomatic level; b) that such continuity reflects an underlying continuity in the genetic liability for pathological conditions. Third, we argue against the idea of a conventional threshold by showing that such a view implies a linear relationship between the genotype and the phenotype. Fourth, drawing on epigenetics and developmental biology, we offer a characterization of mental disorders as stable and dynamic constellations of multi-level variables that differ qualitatively from ‘healthy states’. We conclude by showing that our account has several theoretical advantages over both categorical and dimensional approaches. Notably, it provides crucial insights into psychological development over time and individual differences, with major implications in terms of intervention and clinical decision-making. (shrink)

How can researchers use race, as they do now, to conduct health-care studies when its very definition is in question? The belief that race is a social construct without “biological authenticity” though widely shared across disciplines in social science is not subscribed to by traditional science. Yet with an interdisciplinary approach, the two horns of the social construct/genetics dilemma of race are not mutually exclusive. We can use traditional science to provide a rigorous framework and use a social-science approach so (...) that “invisible” factors are used to adjust the design of studies on an as-needed basis. One approach is to first observe health-care outcomes and then categorize the outcomes, thus removing genetic differences as racial proxies from the design of the study. From the outcomes, we can then determine if there is a pattern of conceivable racial categories. If needed, we can apply dynamic notions of race to acknowledge bias without prejudice. We can use them constructively to improve outcomes and reduce racial disparities. Another approach is nearly identical but considers race not at all: While analyzing outcomes, we can determine if there are biological differences significant enough to identify classifications of humans. That is, we look for genetic patterns in the outcomes and classify only those patterns. There is no attempt to link those patterns to race. (shrink)

In this paper it is analyzed from the informational perspective the relation between mind and body, an ancient philosophic issue defined as a problem, which still did not receive up to date an adequate solution. By introducing/using the concept of information, it is shown that this concept includes two facets, one of them referring to the common communications and another one referring to a hidden/structuring matter-related information, effectively acting in the human body and in the living systems, which determines the (...) dynamic inter-change of information between specific structures of the organism by electric/electronic/chemical agents and genetic/epigenetic processes. It is shown that the maintenance of body, permanently and obligatory depending on the external matter (foods, air, water) resources, needed to provide both the structuring/restructuring basic material and energy, determines the necessary existence of an info-managing system, administrating the internal mechano-chemical/physical processes. As a natural consequence, such a system should organize and assure own survival by an effective informational operability to detect the external food resources, to select the appropriate interest information and to decide as a function of circumstances. One important component in such an informational system is memory, allowing to dispose of the reference informational data for analysis/comparison and the selection between good and bad binary possible decisions. The memory receives and stores therefore signals from external reality and from the body itself, referring to the emotional reaction, digestion status, creation, and inherited predilections, within specific info-neural communication circuits between the brain and body execution/sensitive organs, the human body appearing as an integrated info-matter self-managed dynamic system. The specific body components memorize information with different degrees of info-integration: short/long-term integration, emotive/action reaction, info-abilities, culminating with the integration in the chromosomal structures by epigenetic processes. The new acquired information is transgenerationally transmissible, and is manifested as new traits, showing the adaptation capability of the human and close relation between mind and body. Analyzing the results of such a mind-body informational model in comparison with the earlier assumed/proposed/asserted archaic, Greek and Occidental philosophies, which represent only partial aspects of this relation, it is shown that this informational model, elaborated in terms of information on the basis of scientific reasons and arguments, constitutes a general, realist, and coherent model of the mind-body relation, able to integrate and/or explain most of the others. (shrink)

In this paper, we discuss the perspective of intra-organismal ecology by investigating a family of ecological models. We consider two types of models. First order models describe the population dynamics as being directly affected by ecological factors (here understood as nutrients, space, etc). They might be thought of as analogous to Aristotelian physics. Second order models describe the population dynamics as being indirectly affected, the ecological factors now affecting the derivative of the growth rate (that is, the population (...) acceleration), possibly through an impact on non-genetically inherited factors. Second order models might be thought of as analogous to Galilean physics. In the joint paper, we apply these ideas to a situation of gene therapy. (shrink)

It is widely assumed that there is value in the biological tie between parent and child. An implication of this is that adoption is often considered a less desirable alternative to procreation. This paper offers a philosophical defence of adoptive parenthood as a valuable and authentic form of parenthood. While previous defences have suggested that society’s valorisation of the biological tie is unjustified, I argue herein that the conception of the biological tie that features in the normative discourse on parenthood (...) is too narrowly genocentric. Against this genocentric conception, recent work in the philosophy of biology has emphasised the roles of joint determination, dynamic construction, and extended inheritance in development, which I suggest can substantiate a more inclusive conception of the biological tie. Accordingly, I propose that adoptive parents form a rich variety of biological ties with their children, some of which are as heritable and formative as genetic relatedness. (shrink)

The rediscovery of Mendel's laws a century ago launched the science that William Bateson called "genetics," and led to a new view of evolution combining selection, particulate inheritance, and the newly characterized phenomenon of "mutation." This "mutationist" view clashed with the earlier view of Darwin, and the later "Modern Synthesis," by allowing discontinuity, and by recognizing mutation (or more properly, mutation-and-altered-development) as a source of creativity, direction, and initiative. By the mid-20th century, the opposing Modern Synthesis view was a prevailing (...) orthodoxy: under its influence, "evolution" was redefined as "shifting gene frequencies," that is, the sorting out of pre-existing variation without new mutations; and the notion that mutation-and-altered-development can exert a predictable influence on the course of evolutionary change was seen as heretical. Nevertheless, mutationist ideas re-surfaced: the notion of mutational determinants of directionality emerged in molecular evolution by 1962, followed in the 1980s by an interest among evolutionary developmental biologists in a shaping or creative role of developmental propensities of variation, and more recently, a recognition by theoretical evolutionary geneticists of the importance of discontinuity and of new mutations in adaptive dynamics. The synthetic challenge presented by these innovations is to integrate mutation-and-altered-development into a new understanding of the dual causation of evolutionary change--a broader and more predictive understanding that already can lay claim to important empirical and theoretical results--and to develop a research program appropriately emphasizing the emergence of variation as a cause of propensities of evolutionary change. (shrink)

Most molecular biological concepts derive from physical chemical assumptions about the genetic code that are basically more than 40 years old. Additionally, systems biology, another quantitative approach, investigates the sum of interrelations to obtain a more holistic picture of nucleotide sequence order. Recent empirical data on genetic code compositions and rearrangements by mobile genetic elements and non-coding RNAs, together with results of virus research and their role in evolution, does not really fit into these concepts and compel (...) a re-examination. In this review we try to find an alternate hypothesis. It seems plausible now that if we look at the abundance of regulatory RNAs and persistent viruses in host genomes, we will find more and more evidence that the key players that edit the genetic codes of host genomes are consortia of RNA agents and viruses that drive evolutionary novelty and regulation of cellular processes in all steps of development. This agent-based approach may lead to a qualitative RNA sociology that investigates and identifies relevant behavioural motifs of cooperative RNA consortia. In addition to molecular biological perspectives this may lead to a better understanding of genetic code evolution and dynamics. (shrink)

Anorexia Nervosa (AN) is an eating disorder characterised by self-starvation. Accounts of AN typically frame the disorder in individualistic terms: e.g., genetic predisposition, perceptual disturbances of body size and shape, experiential bodily disturbances. Without disputing the role these factors may play in developing AN, we instead draw attention to the way disordered eating practices in AN are actively supported by others. Specifically, we consider how Pro-Anorexia (ProAna) websites—which provide support and solidarity, tips, motivational content, a sense of community, and (...) understanding to individuals with AN—help drive and maintain AN practices. We use C. Thi Nguyen’s work on epistemic “echo chambers”, along with Maria Lugones’ work on “worlds” and “ease”, to explore the dynamics of these processes. Adopting this broader temporal and intersubjective perspective, we argue, not only helps to further illuminate the experiential character of AN but also has important clinical and therapeutic significance. (shrink)

Substantialism, which is an extremely common paradigm in Western philosophy, has dominated the sciences over time. Arguing that the authentic structure of existence is fixed and unchangeable; over time, with the development of modern physics, this understanding, which was easily adopted due to the precision of mechanical and mathematical explanations and the ease of categorization, created a school of biology that tried to develop through quantitative propositions; thus, living things were considered static entities that could be understood through reverse engineering. (...) Findings regarding evolution, which has continued uninterrupted for millions of years, have led to the gradual abandonment of essentialism. In addition, when many new data were analyzed, such as the transition from genetics to epigenetics and the mutual interaction in nature and niche creation, it was realized that biology in particular and all natural sciences in general needed a new metaphysical approach, thus process philosophy came to the fore. In process philosophy and metaphysics, it is accepted that every structure in nature consists of processual structures, not substances. The living world is fundamentally dynamic, and the existence of things always depends on the existence of processes, the basic assumption of biology is stability, not change; more precisely, it is argued that it is a stability achieved through constant change. By presenting a methodology, metaphysics and perspective from the process perspective of John Dupré, one of today's most important philosophers of biology, it is aimed to draw attention to the flowing of existence and processes of nature, expressed by Heraclitus as panta rhei (everything flows). (shrink)

This article proposes the double perspective of a cosmogenesis and a cosmic experimentation as the two directions that a Deleuzian cosmology could take following Difference and Repetition. In order to do so, we take the concept of intensity (intensive quantity) not only as the main guiding thread of our inquiry but also as the axis of comprehension of a dynamic conception of space and time (the so called theory of spatio-temporal dynamisms). Under such conditions, we will analyze how a process (...) of genesis discovers the emergence of the cosmos, first of all, in the creation of multiple lines of differenciation based on the complication of its various spatio-temporal modalities. Afterwards, a cosmic experimentation will describe how an individual experience (a life, a sensibility) may provide a second perspective by establishing a clear-confused explication of such genetic spatio-temporal modalities. In this way, made explicit between two registers, the notion of cosmos will finally appear as a "phantastical" notion insofar as equivalent to the reciprocal relationship woven between a genetic process of transformation and an empirical process of development. (shrink)

In this paper, we apply the perspective of intra-organismal ecology by investigating a family of ecological models suitable to describe a gene therapy to a particular metabolic disorder, the adenosine deaminase deficiency (ADA-SCID). The gene therapy is modeled as the prospective ecological invasion of an organ (here, bone marrow) by genetically modified stem cells, which then operate niche construction in the cellular environment by releasing an enzyme they synthesize. We show that depending on the chosen order (a choice that cannot (...) be made on \textit{a priori} assumptions), different kinds of dynamics are expected, possibly leading to different therapeutic strategies. This drives us to discuss several features of the extension of ecology to intra-organismal ecology. (shrink)

Due to the reflective character of phenomenological approach (because consciousness inquires for itself as an object) the question related to the most basic self-experience that precedes any reflection and makes it possible acquires main importance to the phenomenology. The search of this experience throws us to a terrain to transit and with visible importance to Husserl: The passive dimension of consciousness. In that encounter, appears the phenomenon of self-affection as a sphere of experience worthy of been explored and described. This (...) research highlights the temporal character of consciousness, in specific, the self-awareness of the absolute flux of experiences due to his retentional aspect. This, however, brings a path to deepen in key concepts to Husserl’s phenomenology like hylé, affectivity, body, sensing [empfindniss], kinesthesia, and also to problematize the possibility and accuracy of this kind of search at a genetic level, the necessity to bring a prominent place to the living body in this transcendental investigation and at least to remember the interest in describe the experience of the living organism. The current thesis intends to defend, in general, the idea according to which any description of these original experience of itself must recognize, since the beginning, the basic principle of animation: Only understanding that the frame of self-affection is the animality can come to light aspects like his dynamic character and his instinctive origin.. (shrink)

Introduction: the neuroscientific turn in political science The observation that brains and political orders are interdependent is almost trivial. Obviously, political orders require brain processes in order to emerge and to remain in place, as these processes enable action and cognition. Conversely, every since Aristotle coined man as “by nature a political animal” (Aristotle, Pol.: 1252a 3; cf. Eth. Nic.: 1097b 11), this also suggests that the political engagements of this animal has likely consequences for its natural development, including the (...) development of its psychological functions. Given these mutual interdependencies, it is remarkable that only since the 1960s, the more general domain of ‘biopolitics’ has attracted attention though first particularly in the form of behavioral politics (Alford and Hibbing). Since then biopolitics has gained in interest, so much so that different subdomains can be identified. Indeed, a 2008 review of the field of biopolitics identified five ‘headings’ of it: “(1) the case for a ‘more biologically oriented political science’, (2) ‘biologically related’ public policy issues, (3) physiological measures of political attitudes and behaviour, (4) the influence of physiological factors on actual political behaviour, and (5) the manner in which our species’ evolutionary history has left homo sapiens genetically endowed with certain social and political behavioural tendencies” (Somit and Peterson 43). Striking is how the relation between biology and politics is taken here in a rather unidirectional way, emphasizing particularly the decisive power of biology upon politics. The reverse relation is not mentioned specifically, reflecting the field of biopolitics, perhaps until quite recently. This absence of studies of political influences on our biology may have to do with the difficulty in investigating such influences. Empirical studies in biopolitics have two foci, broadly speaking: genetics and the brain, both of which have turned out to be complex and dynamic phenomena (Alford and Hibbing). Yet the studies of genetics and brain processes have made much progress in the last few decades, thanks to the development of research instruments - like fMRI brain scanners and TMS brain stimulation instruments - and of computational tools for data analysis and the simulation of explanatory models. For the field of biopolitics it is particularly relevant that within cognitive neuroscience the study of social and political issues has witnessed an increasing interest of researchers even more recently. Indeed, aware of the enabling and mediating role of the brain regarding those issues, a truly ‘neuroscientific turn’ can be observed in the social sciences, testified for example by the emergence of the field of ‘neuropolitics’ (Connolly; Vandervalk). Developing a systematic neuropolitics or biopolitics in general is a difficult challenge because of the wealth of causal influences on and interdependencies between biological, brain, cognitive and socio-political factors. Taking a somewhat more abstract perspective, this paper focuses on the process of emerging complexity in adaptive systems, enabling those to conduct ever more complex processes. Yet, parallel to that development can be observed that such systems, or organisms, are also capable in reducing the complexity of the information they are to process. Once they’re capable of developing and adjusting such compressed and complex representations of information, those systems or organisms can handle more information faster and more efficient and adaptive, yielding important benefits to the organism in navigating its environment (Halford, Wilson and Phillips). Before focusing on the role of narrative as a cognitive strategy for such a reduction of informational complexity, I will discuss the development of stable structures and increasing complexity in dynamic systems. Such a more general perspective prepares our discussion of the structures of both narratives and politics and in doing so contributes to the explanation of their interaction. (shrink)

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

Is there any way to reconcile the adaptationist’s image of natural selection as an engine of optimality with the more complex image of its dynamics we get from population genetics? This has long been an important strand in the controversy surrounding adaptationism, yet debate has been hampered by a tendency to conflate various different ways of thinking about maximization. Here I distinguish four varieties of maximization principle. I then discuss the logical relations between these varieties, arguing that, although they (...) may seem similar at face value, none entails any of the others. I then turn briefly to the status of each variety, arguing that, while each type of maximization principle faces serious problems, the problems are subtly different for each type. In the last section, I reflect on what is at stake in the debate. (shrink)

Change is the fundamental idea of evolution. Explaining the extraordinary biological change we see written in the history of genomes and fossil beds is the primary occupation of the evolutionary biologist. Yet it is a surprising fact that for the majority of evolutionary research, we have rarely studied how evolution typically unfolds in nature, in changing ecological environments, over space and time. While ecology played a major role in the eventual acceptance of the population genetic viewpoint of evolution in (...) the synthetic era (circa 1918-1956), it held a lesser role in the development of evolutionary theory until the 1980s, when we began to systematically study the evolutionary dynamics of natural populations in space and time. As a result, early evolutionary theory was initially constructed in an abstract vacuum that was unrepresentative of evolution in nature. The subtle synthesis between ecology with evolutionary biology (eco-evo synthesis) over the past 40 years has progressed our knowledge of natural selection dynamics as they are found in nature, thus revealing how natural selection varies in strength, direction, form, and, more surprisingly, level of biological organization. Natural selection can no longer be reduced to lower levels of biological organization (i.e., individuals, selfish genes) over shorter timescales but should be expanded to include adaptation at higher levels and over longer timescales. Long-term and/or emergent evolutionary phenomena, such as multilevel selection or evolvability, have thus become tenable concepts within an evolutionary biology that embraces ecology and spatiotemporal change. Evolutionary biology is currently suspended at an intermediate stage of scientific progress that calls for the organization of all the recent knowledge revealed by the eco-evo synthesis into a coherent and unified theoretical framework. This is where philosophers of biology can be of particular use, acting as a bridge between the subdisciplines of biology and inventing new theoretical strategies to organize and accommodate the recent knowledge. Philosophers have recommended transitioning away from outdated philosophies that were originally derived from physics within the philosophical zeitgeist of logical positivism (i.e., monism, reductionism, and monocausation) and toward a distinct philosophy of biology that can capture the natural complexity of multifaceted biological systems within diverse ecosystems—one that embraces the emerging philosophies of pluralism, emergence, and multicausality. Therefore, I see recent advances in ecology, evolutionary biology, and the philosophy of biology as laying the groundwork for another major biological synthesis, what I refer to as the Second Synthesis because, in many respects, it is analogous to the aims and outcomes of the first major biological synthesis (but is notably distinct from the inorganic and contrived progressive movement known as the extended evolutionary synthesis). With the general development of a distinctive philosophy of science, biology has rightfully emerged as an autonomous science. Thus, while the first synthesis legitimized biology, the Second Synthesis autonomized biology and afforded biology its own philosophy, allowing biology to finally realize its full scientific potential. (shrink)

The Gathas, a corpus of seventeen poems in Old Avestan composed by the ancient Iranian poet-priest Zarathushtra (Zoroaster) ca. 1200 B.C.E., is the foundation document of Zoroastrian religion. Even though the dualistic axiology of the Gathas has been widely noted, it has proved very difficult to understand the meaning and genre of the corpus or the position of Zarathushtra’s ideas with regard to other religious philosophies. Relying on recent advances in translation and decryptions of Gathic poetry, I shall here develop (...) a philosophical interpretation of the Gathas, including, as shall be discussed here in detail, explication of the revelation he reports in the poem known as Yasna 30. I argue that, similarly to Marx, Henry, and Schutz, Zarathushtra connects social criticism with an original philosophy of (inter)subjectivity and existential reflection, placing his account in the context of a fully developed metaphysics which includes the human-divine sharing of mental properties. I show that in order to accommodate this complicated problematic, Zarathushtra uses the vehicle of multiple realities. Reflecting the spontaneity of life, the dynamics of various ontological modes in the text create a reference to subjectivity. A description of the dream in Yasna 30 is sufficiently within the limits of possibility for a dream experience, and thereby delivers three original phenomenological reductions. The reductions initiate a genetic account of the phenomenalization of invisible impulses which give rise to moral choices, and define the human-divine relationship. The opposing moral choices open into a reverse axiological intentionality in the sphere of intersubjectivity, and are said to plot life for the rightful and lifelessness for the wrongful. It can be concluded that Zarathushtra’s theism and views of the social world are “the first philosophy”, with a unique and original phenomenological ontology of intersubjectivity at its core. (shrink)

Political imputations in science are notoriously a tricky business. I addressed this issue in the context of the nature–nurture debate in the penultimate chapter of my book Making Sense of Heritability (Cambridge U. P. 2005). Although the book mainly dealt with the logic of how one should think about heritability of psychological differences, it also discussed the role of politics in our efforts to understand the dynamics of that controversy. I first argued that if a scholar publicly defends a (...) certain view (say, hereditarianism) in the debate about IQ, race and genetics this fact alone cannot justify attributing a political motivation to that person. But then later I suggested that the pressure of political correctness could explain some peculiarities of the contemporary controversy about the heritability of group differences in IQ. Several reviewers of my book raised a tu quoque objection. Am I not doing here the same thing that I condemn others for? (shrink)

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

The INBIOSA project brings together a group of experts across many disciplines who believe that science requires a revolutionary transformative step in order to address many of the vexing challenges presented by the world. It is INBIOSA’s purpose to enable the focused collaboration of an interdisciplinary community of original thinkers. This paper sets out the case for support for this effort. The focus of the transformative research program proposal is biology-centric. We admit that biology to date has been more fact-oriented (...) and less theoretical than physics. However, the key leverageable idea is that careful extension of the science of living systems can be more effectively applied to some of our most vexing modern problems than the prevailing scheme, derived from abstractions in physics. While these have some universal application and demonstrate computational advantages, they are not theoretically mandated for the living. A new set of mathematical abstractions derived from biology can now be similarly extended. This is made possible by leveraging new formal tools to understand abstraction and enable computability. [The latter has a much expanded meaning in our context from the one known and used in computer science and biology today, that is "by rote algorithmic means", since it is not known if a living system is computable in this sense (Mossio et al., 2009).] Two major challenges constitute the effort. The first challenge is to design an original general system of abstractions within the biological domain. The initial issue is descriptive leading to the explanatory. There has not yet been a serious formal examination of the abstractions of the biological domain. What is used today is an amalgam; much is inherited from physics (via the bridging abstractions of chemistry) and there are many new abstractions from advances in mathematics (incentivized by the need for more capable computational analyses). Interspersed are abstractions, concepts and underlying assumptions “native” to biology and distinct from the mechanical language of physics and computation as we know them. A pressing agenda should be to single out the most concrete and at the same time the most fundamental process-units in biology and to recruit them into the descriptive domain. Therefore, the first challenge is to build a coherent formal system of abstractions and operations that is truly native to living systems. Nothing will be thrown away, but many common methods will be philosophically recast, just as in physics relativity subsumed and reinterpreted Newtonian mechanics. -/- This step is required because we need a comprehensible, formal system to apply in many domains. Emphasis should be placed on the distinction between multi-perspective analysis and synthesis and on what could be the basic terms or tools needed. The second challenge is relatively simple: the actual application of this set of biology-centric ways and means to cross-disciplinary problems. In its early stages, this will seem to be a “new science”. This White Paper sets out the case of continuing support of Information and Communication Technology (ICT) for transformative research in biology and information processing centered on paradigm changes in the epistemological, ontological, mathematical and computational bases of the science of living systems. Today, curiously, living systems cannot be said to be anything more than dissipative structures organized internally by genetic information. There is not anything substantially different from abiotic systems other than the empirical nature of their robustness. We believe that there are other new and unique properties and patterns comprehensible at this bio-logical level. The report lays out a fundamental set of approaches to articulate these properties and patterns, and is composed as follows. -/- Sections 1 through 4 (preamble, introduction, motivation and major biomathematical problems) are incipient. Section 5 describes the issues affecting Integral Biomathics and Section 6 -- the aspects of the Grand Challenge we face with this project. Section 7 contemplates the effort to formalize a General Theory of Living Systems (GTLS) from what we have today. The goal is to have a formal system, equivalent to that which exists in the physics community. Here we define how to perceive the role of time in biology. Section 8 describes the initial efforts to apply this general theory of living systems in many domains, with special emphasis on crossdisciplinary problems and multiple domains spanning both “hard” and “soft” sciences. The expected result is a coherent collection of integrated mathematical techniques. Section 9 discusses the first two test cases, project proposals, of our approach. They are designed to demonstrate the ability of our approach to address “wicked problems” which span across physics, chemistry, biology, societies and societal dynamics. The solutions require integrated measurable results at multiple levels known as “grand challenges” to existing methods. Finally, Section 10 adheres to an appeal for action, advocating the necessity for further long-term support of the INBIOSA program. -/- The report is concluded with preliminary non-exclusive list of challenging research themes to address, as well as required administrative actions. The efforts described in the ten sections of this White Paper will proceed concurrently. Collectively, they describe a program that can be managed and measured as it progresses. (shrink)

The neo-Darwinian theory of genetic random mutation and Natural Selection, does nothing to explain speciation. Thus, what has been called "natural selection" has come under much scrutiny and critique in recent times. The problem is that natural selection requires the existence of a stable array of species from which selection can be made. So natural selection does not perform the speciation, only the selection after speciation has occurred. The activity of creating new species must therefore lie in the random (...) mutations of the genome. But this raises the problem that such mutations are generally always fatal to the organism, plus a whole host of other problems that modern advances in molecular biology have revealed about the detailed mechanisms occurring in DNA replication processes, including such things as intrinsic error correcting mechanisms during DNA transcription. Thus a theory of how species arise (speciation) does not currently exist in biology. The Vedantic/Bhagavat paradigm rejects the objectivist theory of evolution as not only wrong but an impediment to the actual scientific comprehension of Nature. The Vedantic conception of Life is a fully differentiated/determinate one that displays its variety in and as an dynamic organic whole. The crucial element of interdependence that is missing in modern theories of insular organism life is fully embraced in what we may call the Post-Darwinian, post-reductionist, post-modern conception of Life the Vedantic/Bhagavat conception offers. (shrink)

When considering the question of possible transformation and disappearance of scientific objects, it is useful to distinguish between epistemic and technical objects. This paper presents preliminary observations and offers a typology of obsolescence. It is based on several case studies drawn from the history of life sciences. The paper proceeds as follows: first, the dynamics of epistemic objects is considered through the examples of Carl Correns’ study of “xenia”, Alfred Kühn’s work on physiological developmental genetics, and Paul Zamecnik’s research (...) on the protein biosynthesis. Second, the phasing out of technical objects is then separately discussed and illustrated by the example of radioactive tracing in biology – until recently, an established technique of visualization. (shrink)

According to the BSM- Supergravitation Unified Theory (BSM-SG), the energy is indispensable feature of matter, while the matter possesses hierarchical levels of organization from a simple to complex forms, with appearance of fields at some levels. Therefore, the energy also follows these levels. At the fundamental level, where the primary energy source exists, the matter is in its primordial form, where two super-dense fundamental particles (FP) exist in a classical pure empty space (not a physical vacuum). They are associated with (...) the Planck scale parameters of frequency and distance and interact by Supergravitational forces. These forces are inverse proportional to the cube of distance at pure empty space and they are based on frequency interactions. Since the two FPs have different intrinsic frequencies, the SG forces appear different for interactions between the like and unlike FPs and may change the sign. This primordial form of matter exists in the super-heavy black holes located in the center of each well formed galaxy. The next upper level of matter organization includes the underlying structure of the physical vacuum, called a Cosmic Lattice, and the structure of elementary particles. They have common substructure elements obtained by specific crystallization process preceding the formation of the observable galaxies. The Cosmic Lattice, forming a space known as a physical vacuum, is responsible for the existence and propagation of the physical fields: electrical, magnetic, Newtonian gravity and inertia. The energy of physical vacuum is in two forms: Static (enormous) and Dynamic (weak). The Static energy is directly related to the Newtonian mass by the Einstein equation E = mc^2 and it is a primary source of the nuclear energy. The Dynamic energy is responsible for the existence of the electric and magnetic fields, the constant speed of light and the quantum mechanical properties of the physical vacuum. The next upper energy level is the dynamical energy of excited atoms and molecules. At this level a hidden energy wells exit, such as the internal energy of the electron and the internal energy of atoms with more than one electron. The next upper energy level is at some organic molecules and particularly in the biomolecules that contain ring atomic structures. In such a structure, some quantum states are not emitted immediately, but rotating in the ring. While in organic molecules the energy stored in such a ring is released by a chemical process, in the long chain molecule of proteins in the living organism the stored energy can be released simultaneously by triggering. A huge number of atomic rings are contained in the DNA strands. The release of the energy stored in DNA, for example, is an avalanche process that causes an emission of entangled photons possessing a strong penetrating capability. A sequence of entangled photons emitted by DNA should carry the genetic information encoded by the cordons. This mechanism, predicted in BSM-SG theory, is very important for intercommunication between the cells of the living organism. The next upper level of energy organization may exist in the brain. The brain is an organ of a most abundant number of atomic rings, while its tissue environment might permit complex energy interactions. The human brain contains billions of atomic rings. The next hypothetical upper level of energy organization is an information field, physically existed outside, but connected with the living brain. It corresponds to a specific field known as aura, while the possibility of its existence is still not accepted by the main stream science. The problem is that this field could not be detected by the currently existing technical means used for EM communications. The BSM-SG predicts that this field might differ from the EM field we use for communication, but it is a subject of a further theoretical development that must be supported by experiments using specifically designed technical means. According to the BSM-SG theory, the energy conversion from the primary energy source to the complex levels of matter and field organization is a permanent syntropic process based on complex resonance interactions. (shrink)

As a sort of intellectual provocation and as a lateral thinking strategy for creativity, this chapter seeks to determine what the study of the dynamics of biodiversity can offer linguists. In recent years, the analogical equation "language = biological species" has become more widespread as a metaphorical source for conceptual renovation, and, at the same time, as a justification for the defense of language diversity. Language diversity would be protected in a way similar to the mobilization that has taken (...) place to protect endangered species. Nevertheless, one must be careful when uncritically transferring conceptualizations and theoretical frameworks from one field to another, since obviously, these two phenomena are quite different in the real world. The dialogue with bioecologists starts by asking about the formation of diversity, i.e., about specialization. Here, one can observe the similarity between the processes of linguistic and genetic fragmentation, in the sense that both phenomena have a (socio)geographical basis for dispersion and consequently, for the loss of their original compact nature and their intercommunication. The self-organizing and creative properties of human beings favor the development of specific varieties for each subset, varieties that continue to evolve constantly, through the unceasing "languaging" of humanity. Regarding the continuity of species or languages, one can also observe the decisive role of intragroup relations. The staying power of linguistic varieties will increase in direct proportion to the intensity of the relationship among the components of the subset. On the other hand, if exotic elements are introduced, especially if these elements are aggressive in nature, the alteration of the ecological niche may turn out to be fatal for the continuity of the previously existing forms. This suggests to us the need to make an in-depth study of what the minimal contextual conditions would be so that a set linguistic group could be assured a sustainable continuity within a framework of linguistic contact. What type of minimum (socio-)ecological niche would a language have to have if we wished to ensure its habitual reproduction? A proposal is made here to explore the ideas of "exclusive functions" and "non-hierarchical functional distribution" for codes in situations where there is high contact and a danger of disuse. As regards change, this phenomenon is seen as an inherent element in the tendency of life to create new developments, which may or not be accompanied by an adaptation to changing environmental conditions. It is pointed out that, similar to what happens in biology, much of linguistic innovation stems from a systemically reorganized mixture of solutions from different codes. An important research question would be, however, to determine why some of these innovations disappear and others survive and extend throughout the community. The big question mark, as Mufwene points out, is, then how to manage to understand how "the evolution of language proceeds by naturally selecting from among the competing alternatives available through the idiolects of individual speakers". Extinction, whether it be of languages or of species, is caused in most cases "by a combination of demographic processes and environmental changes", as Brown points out. Thus, the environment plays a fundamental role in the direction of evolution, since the "the survival of the fittest is, in actuality, the survival of those who fit into the context (Allen and Hoekstra)". This allows us to see the great degree of importance of political-economic contexts in the case of languages. In the same way, migratory movements are also one of the major variables determining the extinction of biodiversity and language diversity. Species and habitat form the basic unit of existence, and this is the major point of departure for understanding the problem of the preservation and recovery of species or languages. Given the increase in the degree of linguistic contact, the continuity of language diversity depends on determining, as exactly as possible, as Prigogine, the physicist, would say, what precise conditions of imbalance may prove to be stable. The great challenge is not so much avoiding contact but managing it. And "restorative ecology" can also be of help to us here. Being able to reach sustainable solutions for language diversity implies a profound knowledge of the dynamics for determining the ways in which language is used in contact situations. The general conclusion is that linguistics is still terminologically and conceptually ill prepared to deal with the dynamic character of human languages. The world and our objects must be conceived of as elements in a state of flux, as changing systems in an unstable equilibrium. With respect to language policy, it would be necessary to make an effort to manage to establish some general principles regarding the linguistic organization of the human species that would make it possible for local linguistic diversity and communication on a planetary scale, which must necessarily take place, to be compatible with each other. To succeed, it will be necessary to continue promoting an autonomous socio-ecological perspective devoted to the comprehension of language phenomena. Such a perspective would be based on a paradigm of complexity, and would, at the same time, place human beings at the center of its theoretical underpinnings. (shrink)

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

Worldviews are windows to the world. They can be static in referring to visual connotations as suggested by their name, but they can hold a dynamic and genetic view as well. As such, they imply a fundamental cognitive orientation, involving selection, interpretation and interaction with the world. What matters, in this view, is a kind of sense-making or semiotization of the world. -/- The semiotization of the “sonic world”, accordingly, can be approached from different epistemological positions: is music reducible (...) to symbolic labels that function as names, or is it only music when it sounds? And is music to be considered as an artifact that is out there or as something that must be listened to in order to make sense? Rather than joining these discussions, I propose to broaden the focus and to embrace psychological claims as well. Though psychology is not commonly considered as semiotics’ companion theory of truth, there are points of convergence with respect to the hierarchical arrangement of epistemic interactions with the sounds: there is a lower level processing of sensory input (sensation), a somewhat higher level (perception) which involves a first level of sense-making—mostly at a preverbal level—, and a higher level of sense-making which is commonly labeled as cognition. -/- In what follows I will argue for a cumulative model with lower levels not being substituted by higher ones, but with higher levels being superposed on them. Music, in fact, is a sounding art with the richness of it sonorous unfolding as one of its major characteristics. Music processing, therefore, should keep step with the music as it unfolds over time, in a dynamic tension that does justice to the level of sensation as well as to the listener’s continuous epistemic interactions with the sounds. (shrink)

In Chapter 1 I discuss the basic problem which made me undertake the issue of human death. That problem was the dualism in the depiction of human nature which has not been fully overcome yet, the dualism which leads to the emergence of new difficulties in contemporary attempts at adequately solving the problem of human death. They include the separation of soul from the body in the moment of death, and the borderline between the moment of death and the moment (...) of resurrection. Chapter 2 is devoted to the presentation of a new anthropological perspective, of an anthropology build “from the bottom up”, that is “from foundations”, and taking into account man’s rooting in the biological environment, and thus also in the genetic heritage taken over from our pre-human ancestors. That anthropology brings new aspects into traditional anthropology by extending it to include new ways of explaining the genesis of the human body and spirit, and new depictions of man’s death. In Chapter 2 I will also present the concept of evolution proposed by P.T. de Chardin, which I appreciate for its comprehensive evolutionary perception of the world. This concept has provoked various responses, but it certainly provides a creative inspiration for further attempts at applying the idea of evolution to various issues. The general framework of the evolutionary model proposed by the French researcher turns out to be useful also when applied to the evolutionary understanding of human death. Chapter 3 contains a discussion of the principal premises of the evolutionary concept of human death taken from analyses carried out by T. Wojciechowski concerning the issue of time, space, and the structure of variable material beings. A being is variable because it has a temporal structure, and the changes that occur are the derivatives of that structure. The temporal structure may be seen as endless, in which a being, even though its existence had a beginning, will exist for ever. Material substance should not be seen statically, but in dynamic and evolutionary terms. In evolution, time becomes a driver of development, an element shaping and directing the evolution of the entire cosmos. Man’s substance has been made capable of two levels of being and acting: the spatial and temporal level, and the endless and immanent level. Together, they form the one essence of man. Thus, the human person is partially immersed in the material cosmos, and partially elevated above it. Chapter 4 presents the evolutionary approach to the moment of man’s death. The views of T. Wojciechowski will be presented in which the moment of death is seen as a moment of transformation and perfection of the structure of the essence of human existence. Furthermore, the issue of the relationship existing, according to T. Wojciechowski, between man’s death and resurrection will be discussed. Understood in evolutionary terms, the moment of death is the time when the structure of human existence is transformed. Death transfers man fully into eternity and enables his life on a higher level of existential being. The element of flesh is retained, but changes its nature. Such view of death allows it to be understood as the moment of resurrection and the culmination of the evolutionary process of life. Death is therefore an “invention” of the evolution and should be seen as a natural and positive phenomenon. At this point, I also propose a solution to the question about reconciliation between temporal and endless existence. In Chapter 5 I take up the issue of consequences flowing from the postulated understanding of human death. They have been pointed to by T. Wojciechowski, but need to be further developed and clarified. He believed two lines in man’s development need to be recognized: that of natural and that of supernatural evolution. Both have the same direction, while occurring on different planes. In each of these lines, death is a natural element of life, pre-planned and, so to say, “encoded” in the cosmic matter. Therefore, the treatment of biological death as the consequence of sin is not only contrary to the evolutionary understanding of life, but in addition artificially combines that which is natural with that which is supernatural. Man’s authentic experience of his own present is a condition of his achieving full existential perfection in the moment of this death. Full engagement in the present is, in a way, a harbinger of the future; thus, the life “here” and “there” may not be inherently inconsistent. In the light of the evolutionary concept, death is not a punishment, but the most positive experience of man’s life in that it enables him to achieve full existential perfection. Chapter 6 is devoted to a substantiation of the possibility of evolutionary transformation of the structure of human existence in the moment of death. An adequate cause needs to be identified which could substantiate that transformation and achievement of perfection. I believe an appropriate substantiation can be found in God’s creative act, interpreted in evolutionary terms. The process of evolution, with its subsequent stages, is only a necessary condition for that “transformation” and “elevation”. The sufficient condition is fulfilled by the continuous creative intervention of God. The concept of God’s creative activity in the moment of man’s death finds its continuation in Chapter 7, where I present a detailed analysis of God’s activity at the time of man’s death. The concept of God’s creative activity extended over the entire process of evolution makes it possible to consider the moment of death as the moment of man’s resurrection. The moment of death is thus a moment of creation in evolutionary terms. Thus, as long as man is related to temporal and spatial elements, his development, or creation, continues. Death is only the completion of the final stage of creation, which may be painful and evoke fear, but in fact should give hope, for it involves resurrection. I also propose that the creative act in the moment of man’s death-resurrection be considered a basic action of God, which explains the manner in which God’s activity is contained within the framework of the creative act, encompassing also the moment of death-resurrection. The final Chapter 8 describes a didactic model illustrating the concept proposed here. I use the analogy of white light dispersion effect in the prism, and compare the incident ray to the creative act, and the dispersed rays going through the prism to the line of man’s natural and supernatural evolution. This model also shows the difference in the perspectives from which the phenomenon of death is seen by God and by man. (shrink)

In today's data-driven world, the efficient management of network resources is crucial for optimizing performance in data centers and large-scale networks. Load balancing is a critical process in ensuring the equitable distribution of data across multiple paths, thereby enhancing network throughput and minimizing latency. This paper presents a comprehensive approach to load balancing using advanced optimization techniques integrated with multipath routing protocols. The primary focus is on dynamically allocating network resources to manage the massive volume of data generated by modern (...) applications. By leveraging algorithms such as Genetic Algorithms (GA) and Particle Swarm Optimization (PSO), the proposed method efficiently distributes data across multiple paths, ensuring balanced network utilization. The combination of these algorithms with multipath routing significantly reduces congestion and improves overall network performance. (shrink)

In modern data centers, managing the distribution of workloads efficiently is crucial for ensuring optimal performance and meeting Service Level Agreements (SLAs). Load balancing algorithms play a vital role in this process by distributing workloads across computing resources to avoid overloading any single resource. However, the effectiveness of these algorithms can be significantly enhanced through the integration of advanced optimization techniques. This paper proposes an SLA-driven load balancing algorithm optimized using methods such as genetic algorithms, particle swarm optimization, and (...) simulated annealing. By focusing on both resource utilization and SLA compliance, the proposed approach aims to reduce latency, improve throughput, and maximize overall system efficiency. The research introduces a novel framework that incorporates real-time monitoring, dynamic resource allocation, and adaptive threshold settings to ensure consistent SLA adherence while optimizing computing performance. (shrink)

: In today's data-driven world, the efficient management of network resources is crucial for optimizing performance in data centers and large-scale networks. Load balancing is a critical process in ensuring the equitable distribution of data across multiple paths, thereby enhancing network throughput and minimizing latency. This paper presents a comprehensive approach to load balancing using advanced optimization techniques integrated with multipath routing protocols. The primary focus is on dynamically allocating network resources to manage the massive volume of data generated by (...) modern applications. By leveraging algorithms such as Genetic Algorithms (GA) and Particle Swarm Optimization (PSO), the proposed method efficiently distributes data across multiple paths, ensuring balanced network utilization. The combination of these algorithms with multipath routing significantly reduces congestion and improves overall network performance. Simulations conducted on various network scenarios demonstrate the effectiveness of this approach, showcasing improvements in data throughput, reduced packet loss, and enhanced quality of service (QoS). (shrink)

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

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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This essay explores the relation between nature and culture and analyses it from the perspective of contemporary evolutionary theory. Both animals and humans are conceived of as attaining both natural and cultural features that interact with each other on a number of levels of varying complexity: nature as cultural, nature as influenced by culture, culture as natural, and culture as influenced by nature. “Nature as cultural” is meant to express a decoupling of behavioral/phenotypic changes of an organism from its (...) class='Hi'>genetic determination. “Nature as influenced by culture” is the idea of niche construction, wherein such decoupled changes can causally feedback to genetic reality, thereby influencing the evolutionary features of downstream species. “Culture as natural” portrays how cultural structures of humans and animals persist through the generations, accumulate incurred changes, and evolve in analogous ways to biological natural selection. “Culture as influenced by nature” is the notion that the cultural/linguistic capacities of animals and humans have evolutionarily emerged from precultural history. All this is meant to evaluate the viability of constructing a nature/culture divide. The conclusion is made that the divide seems arbitrary within and between human and animal life when considering how the differences between the natural and cultural dynamics of humans and animals are modelled as differences of degree, not kind. A potential approach in using the concept of consciousness to recontextualize a nature/culture divide in terms of the possession of consciousness is proposed at the end. (shrink)

Elsevier, the world's leading provider of science and health information, published an academic/scientific textbook about a new mathematical discovery discovered in a near-death experience (NDE) that matches the dynamics of living and life-like (social) systems and has applications in general systems theory, universal systems modelling, human clinical molecular genetics modelling, medical informatics, astrobiology, education and other areas of study. This article is about Lynnclaire Dennis and how she brought back perhaps the greatest scientific discovery ever from a NDE. The (...) Mereon Matrix's sequential process generates a coherent link to living and non-living systems whether they are physical, mathematical, philosophical, or social. (shrink)

In both paradigm-shaping novels, the central issue is the human person: Is s/he an autonomous being, that is a “being-for-itself” (with apologies to Jean-Paul Sartre) endowed with free-will and the inherent power to organize and hence determine her/his future? Or, is s/he solely a physico-mechanical “object” whose ideas, thoughts, feelings and decisions are just by-products of her/his physico-chemical constitution, genetic configuration and environmental conditioning? From where does s/he draw the meaningfulness of her/his life? Or perhaps the more fundamental question (...) is: Is her/his life meaningful at all? Is humanity’s future predetermined by material limitations in a closed system of reality or it depends on one’s choices and decisions in a reality that is open to the unhindered operation of her/his free will? Or, given that there is human free will, could the problem lie in the condition that the majority of human beings conduct their lives like sheep in a flock whose course is stirred, regulated and determined by the strong, the tough and the powerful minority among them? Are manipulation and control an inherent dynamic to make society orderly and organized, well-coordinated, well-managed and properly governed? (shrink)

Apparency and actuality are discussed with respect to science, genetics, evolution, cognition and perception. Rules for a (sub)set of actual/allowable sets of entities and objects from a total set that is based on differences and contrasts extracted from perceptual experience of the world elucidate tenable combinations/recombinations from a total of the transparent(history/past dependant) and the apparent as they can be construed to comprise the actual/real faces of perception. The elements of dreams, language, symbolisms, abstractions are proposed to encompass to encompass (...) a total set of plausible apparencies. Nature from which both internal and external life is mirrored at the simplest structural level is propose to be constructed similarly-to physically possess also concepts and abstractions as states that reflect differences/combinations/recombinations parametrically that are emerged from the parameters associated with particular circumstances. This view is dependant upon, for its' conceptual soundness, a total construction of the world that descends, rather than ascends, in structural complexity and diversity and which is innately divided and compartmentalized in sequence from a more complex uniquely existing state describable singularly as a place of force and proximities form which all processes ensue. Integration of sound, light, into sensory experience and language is proposed to be a natural process of the accomplishment of new proximities/states from total apparent plausibility’s (past and actual combined) verses the actually(past and present) existing. Two potential important aspects of this scheme exist with regards to evolution theory: 1) a very relative dynamic state of change and emergence is plausible 2) a consistent identity of objects and entities is resolvable that is not based on apparent observations or partial history of events but on a set of total states and processes occurred during the progression to an actual condition. This is suggested to be unique for each and every actual situation as an identifier and is proposed to account for allowances with respect to new potentials. "Self" in this sense can assume more involved relations with self more than with the more distant, hence alien, otherwise arrived at proximal components, components of the environment, inert or otherwise. An example is presented with respect to solar energies and their toxicity to cause disturbances/disease upon internal exposure-as an unnaturally arrived imbalance/proximity between the transparent (history dependant) and the apparent-together comprising, in this situation, a disturbed actual state that can encompass also distortions in the perception of time. Time is proposed to be delineated as a contrast of proximal and distal factors mutually involved with both transparent (genealogically) oriented parameters, and empirically apparent factors that together comprise the actual, as well as those more immediate proximal and distal components(e.g. solar radiation, light-the less structured ambient verse those elements that comprise visual perceptions) as they influence the senses. Each entity species in this scheme possesses its’ own characteristic sense of time along with contemporary factors that influence the perception of time state, state of health and disturbance. (shrink)

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

RESUMO A bovinocultura sempre esteve atrelada ao desenvolvimento do Brasil e, pensando no avanço, as exigências da máxima eficiência nos sistemas de criação foi pautada na forma de como conseguir realizar a reprodução de bovinos com ênfase na eficiência econômica e reprodutiva. O objetivo deste trabalho é elucidar as principais biotecnologias que auxiliam na maior produtividade reprodutiva de bovinos. Dessa forma, o estudo foi realizado usando artigos do banco de dados do Google acadêmico e SciELO, além de livros do acervo (...) pessoal e sites oficiais. Com o manejo reprodutivo aplicado na bovinocultura, é possível identificar pontos a serem melhorados e implantação de práticas que auxiliam no incremento da eficiência reprodutiva como a estação de monta, que concentra a fertilização dos animais em uma determinada época do ano, o uso do índice de escore corporal, o qual consegue determinar a viabilidade da vaca a ser fertilizada, e a identificação da idade a puberdade, na qual a novilha com 60% de peso vivo quando adulta pode estar apta para reprodução, indicando que a nutrição é um fator importante para reduzir o intervalo entre partos, bem como na indução da precocidade, que ainda pode ser maximizada por uso de bioestimuladores. Assim como a implantação do uso de biotecnologias, que podem adicionar aos planteis, indivíduos geneticamente superiores, saudáveis e eficientes. Dentre as biotecnologias, a inseminação artificial é a mais usada no Brasil, com capacidade de fertilizar vacas com sêmen de touros de genética superior, nacional ou importado. Podem ser citadas ainda as técnicas de transferência de embriões e produção in vitro de embriões como tecnologias a serviço do desenvolvimento da eficiência reprodutiva. A utilização de protocolos hormonais no ciclo estral objetiva a sincronização do estro das vacas para facilitar o emprego das biotecnologias. São vários os protocolos usados para essa finalidade, sendo Ovsynch a base de GnRH e prostaglandina com até 50% de eficácia, protocolos à base de estradiol e progesterona com eficácia de até 86,6%, e protocolos que usam gonadotrofina coriônica equina (eCG), indicados para animais magros por condicionar maior diâmetro folicular, o qual é relacionado com aumento na taxa de prenhez. Dessa maneira, as práticas e tecnologias citadas neste estudo são usadas na reprodução assistida de bovinos. PALAVRAS-CHAVE: Criopreservação. Estro. Gestação. Hipófise. Nutrição. ABSTRACT Cattle farming has always been linked to Brazil’s development and, thinking about advancement, the requirements for maximum efficiency in breeding systems was based on how to achieve the reproduction of cattle with an emphasis on economic and reproductive efficiency. The objective of this work is to elucidate the main biotechnologies that help in the greater reproductive productivity of cattle. Thus, the study was done using articles from the Academic Google and SciELO databases, as well as books from the personal collection and official websites. With the reproductive management applied in cattle farming, it is possible to identify points to be improved and implement practices that help to increase reproductive efficiency, such as the breeding season, which concentrates the fertilization of animals at a certain time of year, use of the body score index, which can determine the viability of the cow to be fertilized, identification of age at puberty, in which the heifer with 60% live weight as an adult may be suitable for reproduction, indicating that nutrition is an important factor in reducing the interval between births, as well as in inducing precocity, which can still be maximized by the use of biostimulators. As well as the implementation of the use of biotechnology, which can add genetically superior, healthy and efficient individuals to the breeding stock. Among the biotechnologies, artificial insemination is the most used in Brazil, with the capacity to fertilize cows with superior genetic bull semen, whether national or imported. Embryo transfer techniques and in vitro embryo production can also be cited as technologies in the service of the development of reproductive efficiency. The use of hormonal protocols in the estrous cycle aims at synchronizing the estrus of cows to facilitate the use of biotechnologies. There are several protocols used for this purpose, with Ovsynch being based on GnRH and prostaglandin with up to 50% efficacy, protocols based on estradiol and progesterone with efficacy of up to 86.6%, and protocols that use equine chorionic gonadotropin (eCG), indicated for lean animals because they condition larger follicular diameter, which is related to an increase in the pregnancy rate. Thus, the practices and technologies mentioned in this study can help the assisted reproduction of cattle. KEYWORDS: Cryopreservation. Estro. Gestation. Hypophysis. Nutrition. -/- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS -/- ALENCAR, M.M. Perspectivas para o melhoramento genético de bovinos de corte no Brasil. In: Embrapa Pecuária Sudeste-Artigo em anais de congresso (ALICE). In: REUNIÃO ANUAL DA SOCIEDADE BRASILEIRA DE ZOOTECNIA, 41., 2004, Campo Grande, MS. Palestras... Campo Grande: SBZ, 2004, p. 358-367., 2004. ALVES, H.A.G. Otimização da produtividade económica e reprodutiva de uma exploração de bovinos de carne. Dissertação de mestrado em Medicina Veterinária no Curso de Mestrado em Medicina Veterinária, conferido pela Universidade Lusófona de Humanidades e Tecnologias, 2014. AZEVEDO, C. et al. O protocolo hormonal ovsynch e suas modificações em vacas leiteiras de alta produção: uma revisão. Archivos de zootecnia, v. 63, n. 241, p. 173- 187, 2014. BARBOSA, C.F. et al. Inseminação artificial em tempo fixo e diagnóstico precoce de gestação em vacas leiteiras mestiças. Revista Brasileira de Zootecnia, v. 40, p. 79- 84, 2011. 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This dissertation concerns the active role of the organism in evolutionary theory. In particular, it concerns how our conception of the relationship between organism and environment, and the nature of natural selection, influences the causal and explanatory role of organismic activity and behavior in evolutionary explanations. The overarching aim is to argue that the behaviors and activities of organisms can serve both as the explananda (that which is explained) and the explanantia (that which explains) in evolutionary explanations. I attempt to (...) achieve this aim by offering three central arguments. First, that the organism-environment relation is the ontologically basic unit of biology. A common way of conceiving the relationship between organism and environment is as a duality—as two causally independent systems that overlap through interaction. I think this is a mistake. There cannot be organisms without environments and vice versa. They are codependent and codetermined. Second, that natural selection is an ecological process. By this I mean that natural selection acts primarily on organism-environment interactions. It is only in virtue of organisms interacting with their environments that there can be fitness differences amongst individual organisms in a population. The ecological approach to natural selection also entails that the nature of the system(s) of inheritance involved in the reoccurrence of favorable organism-environment interactions is, in principle, immaterial to the process of selection. It only matters for selection that organism-environment interactions actually do reoccur in subsequent generations. Third, that niche construction theory—the most well-developed theoretical and conceptual framework for studying how the activities of organisms influences evolutionary dynamics—can be seen as fully a compatible and integrated part of evolutionary theory. Together, these three arguments constitute an overarching argument. Namely that we both can, and should, take organismic activity and behavior to be crucial explanatory elements in evolutionary theory. Throughout the dissertation I also show how these three arguments have consequences for other debates in the philosophy of evolutionary theory, such as the nature of evolutionary processes, the structure of selection-based explanations, the validity and utility of the proximate-ultimate distinction, and the nature of teleology in evolutionary systems. (shrink)

Biological evolution is a complex blend of ever changing structural stability, variability and emergence of new phe- notypes, niches, ecosystems. We wish to argue that the evo- lution of life marks the end of a physics world view of law entailed dynamics. Our considerations depend upon dis- cussing the variability of the very ”contexts of life”: the in- teractions between organisms, biological niches and ecosys- tems. These are ever changing, intrinsically indeterminate and even unprestatable: we do not know ahead (...) of time the ”niches” which constitute the boundary conditions on selec- tion. More generally, by the mathematical unprestatability of the ”phase space”, no laws of mo- tion can be formulated for evolution. We call this radical emergence, from life to life. The purpose of this paper is the integration of variation and diversity in a sound concep- tual frame and situate unpredictability at a novel theoretical level, that of the very phase space. Our argument will be carried on in close comparisons with physics and the mathematical constructions of phase spaces in that discipline. The role of symmetries as invariant preserving transformations will allow us to under- stand the nature of physical phase spaces and to stress the differences required for a sound biological theoretizing. In this frame, we discuss the novel notion of ”enablement”. Life lives in a web of enablement and radical emergence. This will restrict causal analyses to differential cases. Mutations or other causal differ- ences will allow us to stress that ”non conservation princi- ples” are at the core of evolution, in contrast to physical dynamics, largely based on conservation principles as sym- metries. Critical transitions, the main locus of symmetry changes in physics, will be discussed, and lead to ”extended criticality” as a conceptual frame for a better understanding of the living state of matter. (shrink)

This article analyzes a number of recently published autobiographies by leading participants in the Human Genome Project (HGP), in order to determine to what extent they may further our understanding of the history, scientific significance and societal impact of this major research endeavor. Notably, I will focus on three publications that fall under this heading, namely The common thread by John Sulston (2002/2003), The language of God (2006) by Francis Collins and A life decoded by Craig Venter (2007).1 What may (...) we learn from these autobiographical sources about the dynamics of scientific change? What is their added value in understanding science in general and the HGP in particular? These questions will be elaborated in three directions: on the level of knowledge (epistemology), power (politics) and the Self (ethics). On the epistemological level, genomics is often presented as a paradigm shift in the life sciences, a tremendous up-scaling of research, an “informatization” of life. Autobiographies may reveal how this shift – usually discussed in more general terms from a philosophy of science or science studies perspective – manifests itself on an individual scale, on a micro- epistemological level. On the political level, autobiographies may inform us about the micro-politics of scientific change. Finally, on the level of Self, autobiographies may allow us to analyze how researchers, through practices of Self, are actively engaged in constituting themselves as responsible subjects in the face of unpredictable dynamics and unforeseen dilemmas. (shrink)