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

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

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

A comparison of six alternative definitions of the term 'cellular pathway' against the background of ontological realism.

The studies carried out in recent years on the molecular dynamics of consciousness, especially in relation to diseases such as major depression and bipolar disorder, on man considered as a synthesis of nature and culture, in their interdisciplinary and transdisciplinary expression, prompted us to carry out the molecular logic involving the human component of Christ (Christ-Man). On the basis of evidence presented in the Holy Scriptures, regarding the hours that preceded his death, we tend, in the light of (...) the molecular pathway related to mood disorders, to attribute a possible form of depression to Christ-Man, without of course, undermining the faith in the transcendent nature of the Christ-God. (shrink)

As part of a series of workshops on different aspects of biomedical ontology sponsored by the National Center for Biomedical Ontology (NCBO), a workshop titled "Ontologies of Cellular Networks" took place in Newark, New Jersey, on 27 to 28 March 2008. This workshop included more than 30 participants from various backgrounds in biomedicine and bioinformatics. The goal of the workshop was to provide an introduction to the basic tools and methods of ontology, as well as to enhance coordination between groups (...) already working on ontologies of cellular networks. The meeting focused on three questions: What is an ontology? What is a pathway? What is a cellular network? (shrink)

The Protein Ontology (PRO) is designed as a formal and principled Open Biomedical Ontologies (OBO) Foundry ontology for proteins. The components of PRO extend from a classification of proteins on the basis of evolutionary relationships at the homeomorphic level to the representation of the multiple protein forms of a gene, including those resulting from alternative splicing, cleavage and/or posttranslational modifications. Focusing specifically on the TGF-beta signaling proteins, we describe the building, curation, usage and dissemination of PRO. PRO provides a framework (...) for the formal representation of protein classes and protein forms in the OBO Foundry. It is designed to enable data retrieval and integration and machine reasoning at the molecular level of proteins, thereby facilitating cross-species comparisons, pathway analysis, disease modeling and the generation of new hypotheses. (shrink)

A phenome occurs through the many pathways of the complex net of interaction between the phenome and its environment; therefore researching and understanding how it arises requires investigation into many possible causes that are in constant interaction with each other. The most comprehensive investigations in biology are the ones in which many biologists from different sub-areas—evolutionary biology, developmental biology, molecular biology, physiology, genetics, epigenetics, ecology—have collaborated. Still, biologists do not always need to collaborate or look for the most (...) comprehensive explanations. A more standard investigation in biology occurs within a single subarea, and uses well-defined experiments with very specific conditions. This paper is about causation and related explanation in plant phenome research and its relevance to Aristotle’s Theory of Four Causes. I argue that there are causes which resemble Aristotle’s formal, material, and efficient causes in phenotype explanation and occurrence; but causes which resemble Aristotle’s final causes occur in phenotype explanation only, not in the occurrence. (shrink)

Objective: Lung cancer is the most common cause of morbidity and mortality. Platinum-based chemotherapy, which is the primary line of treatment, offers limited benefit due to drug resistance and side effects. Berberine (BBR), which is characterised by its potent and safe anticancer activity, represents a promising combination option in chemotherapy. To overcome the limitations in lung cancer chemotherapy, we investigated whether BBR and cisplatin (CIS) exert synergistic effects on non-small cell lung cancer cell line (A549) based on cytotoxicity and apoptotic (...) response markers. -/- Methods: The potential cytotoxic effects of the combination treatment were evaluated using the MTT and Chou-Talalay methods. Elisa assays were also performed to measure the levels of the pro-apoptotic protein Bax and the effector protein caspase (Cas)-3. -/- Results: The results showed that BBR alone reduced A549 cell viability in a dose-dependent manner and synergized with CIS (CI =0.34±0.05 at IC50 concentrations). Elisa results showed that the combined treatment (both at IC50 concentrations) modulated apoptotic signalling pathways in A549 cells. Bax and Cas3 protein levels were dramatically enhanced in A549 cells treated with CIS +BBR compared to control (0.5% DMSO) (p < 0.001). -/- Conclusion: Our results suggest that BBR can synergistically enhance the therapeutic effect of CIS in A549 cells. The potential therapeutic efficacy of BBR as part of a combination in current chemotherapy should be supported by in-depth research and clinical studies on the molecular mechanisms associated with cancer. (shrink)

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

TRANSPORTE DE GAMETAS, FERTILIZAÇÃO E SEGMENTAÇÃO -/- • _____OBJETIVO -/- O entendimento do desenvolvimento embrionário nos estágios iniciais, desde a deposição dos espermatozoides na fêmea, passando pela fertilização deste no ovócito e na formação do zigoto, é de suma importância para diferenciar especialistas em reprodução e manejo reprodutivo no mercado de trabalho e, também, durante a vida acadêmica. Compreender os processos que levam à formação do zigoto na fêmea é essencial para avaliar a capacidade reprodutiva dos animais e, mediante técnicas, (...) avaliar o trato reprodutivo da fêmea e o desenvolvimento do embrião até a formação do feto e, por fim, em um novo animal sadio na propriedade. Com esse trabalho, o estudante de veterinária ou zootecnia, que deseja se aprofundar na fisiologia da reprodução animal, identificará os mecanismos que são envolvidos no transporte dos gametas, bem como os processos que estes últimos devem completar para alcançar a fertilização e para desencadear as divisões iniciais do embrião. -/- • _____INTRODUÇÃO -/- A fertilização ou fecundação é o processo pelo qual os gametas masculino (espermatozoide) e feminino (ovócito) se fundem para gerar um novo indivíduo. Seu êxito depende da culminação adequada dos diferentes processos que devem sofrer os gametas durante sua maduração e percurso; do transporte oportuno destes no trato reprodutivo da fêmea, assim como de uma série de adaptações dos órgãos genitais internos da mãe. A segmentação refere-se às primeiras divisões celulares do embrião. -/- • _____TRANSPORTE DO OVÓCITO -/- O ovócito que é liberado na ovulação, e que se encontra coberto pelas células do cumulus (figura 1), é capturado pela fímbria do infundíbulo ao aderir aos cílios. Esse processo é altamente eficaz, inclusive em espécies onde os ovários possuem várias formações globosas, por exemplo nas porcas, onde os ovidutos capturam entre 95 e 100% dos ovócitos que são ovulados. As contrações das camadas musculares do oviduto e o movimento intenso dos cílios da mucosa faz com que as secreções fluam em direção ao útero, transportando assim o complexo cumulus-ovócito. Esse transporte é relativamente rápido até alcançar a junção da ampola com o istmo (que é considerado o local de fertilização do espermatozoide e ovócito) a partir do qual se torna lento. Devido a fêmea estar em estro, o processo está sob controle endócrino, isto é, controle hormonal através do estradiol. Nas fêmeas domésticas, ao contrário das mulheres, o transporte ao longo do oviduto é extremamente eficiente, pois os embriões passam para o útero sem dificuldade, de modo que gestações ectópicas (tubárias ou em cavidade) são quase inexistentes. A égua, frequentemente, retém por muito tempo os ovócitos não fertilizados no oviduto, provavelmente devido a não secreção de substâncias (como a prostaglandina E) que poderiam favorecer sua passagem, como se propõe que aconteça com os embriões. A figura 2 apresenta um ovócito com suas respectivas estruturas. Figura 1: ovócitos de uma vaca madurados in vitro. Nota-se as células do cumulus que os recobre. -/- Figura 2: estruturas do ovócito de uma ovelha que se encontra na etapa de ovócito secundário, depois da ovulação. Elaborado pelo autor. • _____TRANSPORTE ESPERMÁTICO -/- Para que os espermatozoides sejam capazes de fertilizar o ovócito, deverão sofrer uma série de mudanças bioquímicas e morfológicas ao longo de sua passagem pelo aparelho reprodutor tanto masculino como feminino. Uma vez produzidos na parede do túbulo seminífero, os espermatozoides são liberados em direção ao lúmen tubular e transportados passivamente para uma estrutura ramificada conhecida como rede testicular (rete testis). Dessa rede são conduzidos em direção ao epidídimo passando através de 10 a 20 ductos eferentes localizados no polo superior do testículo. O epidídimo é dividido em três seções denominadas cabeça, corpo e cauda; é constituído por um só ducto longo e tortuoso que continua com o canal deferente. Ao final desemboca nas ampolas seminais, no ducto ejaculatório e na uretra. As funções do epidídimo são as de maduração, transporte e armazenamento dos espermatozoides. O transporte através do epidídimo é lento, aproximadamente de 10 dias em touros, e segue sendo passivo. Os espermatozoides tomados da cabeça do epidídimo são ainda imaturos e incapazes de fertilizar, enquanto os armazenados na cauda são completamente maduros. Durante o trânsito pelo epidídimo os espermatozoides adquirem motilidade e o potencial para fertilizar, o acrossomo é remodelado e a gota citoplasmática migra para o flagelo e é liberada. Quando um macho ejacula com muita frequência, é possível observar espermatozoides com gota citoplasmática no sêmen, já que não há tempo suficiente para que completem sua maduração. Os espermatozoides são expulsados fora do organismo durante a cópula, na masturbação ou em emissões espontâneas. Na ejaculação, os espermatozoides que se encontram suspensos nos fluidos do testículo e do epidídimo, misturam-se ao chegar na uretra com as secreções das glândulas acessórias para formar o sêmen. Essas secreções denominadas plasma seminal, proporcionam substâncias para manter o metabolismo energético das células espermáticas, e integram suas membranas elementos que impedem uma capacitação prematura. Durante a cópula, o sêmen é depositado na vagina ou no útero, variando entre as espécies (tabela 1). Na monta natural, geralmente, o serviço ocorre no momento propício, já que está definido pela fase do ciclo estral em que a fêmea é receptiva ao macho. No entanto, na inseminação artificial, é o macho que deverá determinar o momento ideal, e para isso é importante considerar a vida média dos gametas, ao qual é muito curta no caso dos ovócitos (tabela 1). -/- Tabela 1: local de depósito do sêmen, volume da ejaculação e vida média dos gametas. Espécie Local de deposição Volume (ml) Velocidade de ejaculação Vida média do ovócito Vida média do espermatozoide Bovinos Intravaginal 2 1 – 3 seg 8 h 30 – 48 h Caninos Intravaginal 2 – 30 (10 média) 6 – 45 min 48 – 72 h 9 – 11 d Equinos Intrauterina 50 – 200 20 – 60 seg 6 – 8 h 72 – 120 h Humanos Intravaginal 3 - - 5 – 6 d Ovinos Intravaginal 1 1 – 2 seg 16 – 24 h 30 – 48 h Suínos Intrauterina 200 – 400 5 – 20 min 8 – 10 h 24 – 48 h Onde d = dias; h = horas. A vida fértil do ovócito é muito curta, portanto, o momento do serviço é de grande importância para obter altos índices de fertilização. -/- Independentemente do local em que os espermatozoides sejam depositados no aparelho reprodutor feminino, serão expostos às secreções genitais e sofrem uma série de mudanças em seu trajeto até o local de fertilização antes de penetrar no ovócito. Nas espécies em que o sêmen é depositado na parte cranial da vagina, uma parte do mesmo penetra através da cérvix, enquanto outra parte é eliminada do aparelho genital da fêmea, em pouco tempo, através do fluxo retrógrado. O meio vaginal não é adequado e imobiliza os espermatozoides em pouco tempo, pelo qual deverão entrar no útero onde o ambiente é mais propício. O transporte espermático na fêmea é o resultado da alta contratilidade, do movimento ciliar e o fluido do aparelho genital durante o estro, ao qual está sob controle endócrino e do sistema nervoso. Esse transporte é favorecido pelas características especiais do muco estral, cujas moléculas formam uma espécie de canais que facilitam a passagem dos espermatozoides. Pelo contrário, durante a fase lútea seu transporte é dificultado. Além do meio vaginal, a cérvix também atua como barreira natural para limitar a passagem dos espermatozoides, diminuindo assim a possibilidade de polispermia. Funciona, também, como um filtro que seleciona os espermatozoides aptos dos que não o são, uma vez que somente os primeiros possuem uma motilidade vigorosa que lhes permite passar pelo muco altamente hidratado. Na vaca a cérvix é considerada como um reservatório espermático. Quando atravessam a cérvix, os espermatozoides seguem sua deslocação tanto por movimento próprio como pelas contrações uterinas e tubárias. Nas espécies em que o local de depósito do sêmen do macho na fêmea é intrauterino, como equinos, a principal barreira que os espermatozoides enfrentam é a união ou junção útero-tubárica. A união entre o útero e o oviduto (istmo do oviduto) serve como reservatório funcional dos espermatozoides nas espécies domésticas. Poucos minutos depois da cópula, é possível encontrar alguns espermatozoides no oviduto, que é conhecido como fase de transporte rápido. No entanto, esses espermato-zoides não são os que participam do processo de fertilização e podem apresentar certas anormalidades. Existe um segundo tipo de transporte denominado fase sustentada, a qual consiste na migração prolongada dos espermatozoides em direção as partes mais craniais do aparelho genital feminino, que conduzem à colonização do reservatório funcional e na liberação gradual dos espermatozoides dos reservatórios espermáticos, incluindo este último. O reservatório do istmo fornece aos espermatozoides um ambiente propício, protegendo-os contra a fagocitose, prolongando assim a sua viabilidade. Aqui os esper-matozoides permanecem aderidos a superfície das células ciliadas do epitélio até a finalização de sua capacitação, depois da qual são liberados quando alteram seu padrão de motilidade flagelada, fenômeno conhecido como hipermotilidade, e migram em ondas em direção ao local da fertilização. Dos milhões de espermatozoides ejaculados, somente alguns milhares alcançarão o istmo do oviduto e um número sumamente pequeno será encontrado nas imediações do ovócito no momento da fertilização. -/- • _____CAPACITAÇÃO ESPERMÁTICA E REAÇÃO ACROSSÔMICA -/- A capacitação é um processo gradual e essencial para a fertilização. Os espermato-zoides devem passar por um dado tempo de “incubação” no aparelho genital da fêmea e sofrer uma série de mudanças antes de serem capazes de fecundar o ovócito. A capacita-ção dos espermatozoides começa quando eles entram em contato com as secreções do aparelho genital da fêmea e termina no istmo do oviduto. Durante esse percurso a superfície da cabeça do espermatozoide se modifica já que algumas moléculas como o colesterol são removidas da membrana plasmática, aumentando sua fluidez e alterando suas propriedades bioquímicas. Entre outras coisas, essa reorganização dos lipídios facilita a entrada de cálcio extracelular pelos canais iônicos e ocasiona a desestabilização da membrana, tornando-a mais fusogênica. Também são eliminados outros fatores (conhecidos genericamente como fatores descapacitantes) que expõem receptores membranais indispensáveis para a realização da união entre o espermatozoide e o ovócito durante a fertilização. Os espermatozoides capacitados apresentam um padrão de hipermotilidade e uma maior atividade metabólica, características que devem obter para que sejam capazes de penetrar as camadas do ovócito. A capacitação é necessária para que ocorra a reação acrossômica. A reação acrossomal ou acrossômica (RA) é um fenômeno de exocitose que é desencadeada pela ligação entre as proteínas e receptores localizados na membrana do espermatozoide e a zona pelúcida do ovócito (figura 3). Envolve a fusão da membrana plasmática do espermatozoide com a membrana externa de seu acrossomo; formando, assim, pequenas vesículas, cujo conteúdo de enzimas hidrolíticas, como a hialuronidase e a acrosina, é liberado em direção ao seu exterior, facilitando a penetração da zona pelúcida. A adesão do espermatozoide à zona pelúcida é específica da espécie e depende de glicoproteínas presentes na membrana dos ovócitos maduros; a cabeça do espermatozoide se une com essas glicoproteínas mediante receptores específicos e atravessam em direção oblíqua a zona pelúcida até chegar ao espaço perivitelino. Nos mamíferos, particularmente em roedores e nos humanos, algumas dessas glicoproteínas são conhecidas como ZP1, ZP2 e ZP3. Pensa-se que a união da membrana espermática a esta última é o que desencadeia a reação acrossomal. Posteriormente, as vilosidades do ovócito entram em contato com o espermatozoide e a membrana presente na secreção equatorial da cabeça do espermatozoide, que tem proteínas fusogênicas específicas, une-se a membrana plasmática do ovócito, fusionando-se e permitindo a entrada do núcleo espermático ao citoplasma (figura 4). A capacitação dos espermatozoides é fundamental para o êxito da fertilização, uma vez que apenas os aptos estarão perfeitos e íntegros para que a união e percepção das glicoproteínas presentes nos mesmos possam ocorrer de forma ideal para a penetração deste no ovócito, fertilizá-lo e formar um zigoto. Figura 3: estrutura do espermatozoide. Nota: a membrana é acrossomal e não acrossonal. Elaborado pelo autor. -/- Figura 4: eventos que ocorrem durante a fertilização. A – depois de passar através das células do cumulus, o espermatozoide entra em contato com a zona pelúcida, onde receptores da membrana plasmática reconhecem as proteínas da zona pelúcida; B – é desencadeada, então, a reação acrossomal; C – para que o espermatozoide penetre na zona pelúcida; D – ao atravessar a zona pelúcida e entrar no espaço perivitelino, a cabeça do espermatozoide entra em contato com a membrana vitelina; ambas membranas se fusionam graças ao reconhecimento de proteínas fusogênicas que estão no segmento equatorial. E – ocorre, então, que o núcleo do espermatozoide penetra no citoplasma do ovócito; uma das consequências da fusão da membrana com a cabeça do espermatozoide é a reação cortical, em que os grânulos corticais do ovócito liberam seu conteúdo em direção ao espaço perivitelino, o que resulta na alteração da estrutura da zona pelúcida e da membrana vitelina para bloquear a polispermia. Elaborado pelo autor. • _____CONSEQUÊNCIAS DA PENETRAÇÃO -/- Bloqueio da polispermia -/- A fusão das membranas dos gametas durante a penetração permite a entrada da fosfolipase C zeta (PLCζ) – fator solúvel que provém do espermatozoide – que desencadeia liberação e oscilações de Ca2+ no retículo endoplasmático. Isso, por sua vez, provoca a migração e fusão dos grânulos corticais, com a consequente liberação de enzimas, que mudam tanto a estrutura da zona pelúcida (por exemplo a inativação de ZP3), como a da membrana vitelina. Desse modo, impede-se que outros espermatozoides as penetrem, evitando assim a polispermia (figura 5). -/- Figura 5: os grânulos corticais que encontram-se na periferia do citoplasma, debaixo da superfície da membrana do ovócito, migram e fusionam-se sobre a mesma, liberando seu conteúdo no espaço perivitelino imediatamente depois da penetração do espermatozoide. A – como conse-quência, tanto a membrana vitelina como a zona pelúcida são modificadas, impedindo a entrada de mais espermatozoides, o que evita a polispermia. B – o ovócito retoma, então, sua segunda divisão meiótica, que ocasiona a expulsão do segundo corpúsculo polar, e na formação dos pronúcleos feminino e masculino. C – continuando, os pronúcleos migram, suas membranas se dissolvem e os cromossomos de ambos se condensam e se unem. Completa-se, assim, a singamia e forma-se, então, o zigoto. Elaborado pelo autor baseado nos livros de embriologia e fisiologia da reprodução conforme vida bibliografia. -/- Ativação do ovócito e formação de pronúcleos -/- Na maioria das fêmeas domésticas, com exceção da cadela, o ovócito encontra-se suspenso na metáfase II da segunda meiose no momento da ovulação. A entrada da PLCζ do espermatozoide no citoplasma do ovócito, e a consequente liberação de Ca2+, faz com que o ovócito se ative, terminando a segunda divisão meiótica e expulse o segundo corpo polar. Posteriormente, o material nuclear do ovócito se reorganiza para formar o pronú-cleo feminino. Entretanto, a membrana nuclear do espermatozoide se dissolve, a cromatina descondensa-se, as protaminas são substituídas por histonas, e se forma uma nova membrana nuclear, dando lugar ao pronúcleo masculino. -/- Singamia -/- Uma vez que os pronúcleos feminino e masculino são formados, migram para o centro do ovócito, aproximam-se, suas membranas se dispersam e os cromossomos paternos e maternos se associam, com o qual recupera a condição diploide e dá origem ao zigoto (figura 5). -/- • _____DESENVOLVIMENTO EMBRIONÁRIO -/- Poucas horas após a fertilização ocorre a primeira divisão do zigoto em duas, depois em 4, 8, 16 e 32 células, denominadas blastômeros. Essas divisões mitóticas são conhecidas como divisões de segmentação ou clivagem (figura 6), uma vez que são realizadas sem aumento do citoplasma, de modo que com cada divisão os blastômeros se tornam menores. A partir das 16 células o embrião se chama mórula, e é visto como uma massa celular compacta. A compactação deve-se a informação de proteínas de ligação entre os blastômeros. O embrião acumula líquido em seu interior, formando uma cavidade denominada blastocele. Esse processo é conhecido como blastulação; o embrião, assim, passa a ser chamado de blastocisto. Nessa etapa é possível diferenciar duas populações de células embrionárias: a massa celular interna, embrioblasto ou botão embrionário (que dará origem ao embrião), e a massa celular externa, células superficiais ou trofoblasto, do qual se originam a maioria das membranas fetais. Ao continuar a multiplicação das células e a acumulação de líquido, o blastocisto aumenta de tamanho, convertendo-se em blastocisto expandido. A zona pelúcida torna-se mais fina e, finalmente, o embrião eclode; isto é, o embrião é liberado da zona pelúcida. -/- • _____FERTILIZAÇÕES ATÍPICAS -/- Polispermia -/- É a penetração de dois ou mais espermatozoides no óvulo. Esta condição é letal nos mamíferos, já que o número cromossômico desse zigoto é maior que 2n, o envelheci-mento do ovócito da porca, como consequência do serviço tardio, favorece a apresentação da polispermia, por isso, é comum ver números de nascimentos de média de 10 a 12 leitões por parição nessa espécie. Nas aves, no entanto, a penetração de mais de um espermatozoide é normal, embora apenas um pronúcleo masculino se formará, fundindo-se com o feminino. -/- Figura 6: etapas do processo de segmentação/clivagem. Fonte: aula de reprodução da professora Domenica Palomaris, UFT. -/- Ginogênese -/- É o desenvolvimento de um embrião a partir de um óvulo normal fecundado por um espermatozoide, mas sem a fusão dos cromossomos masculinos com os da fêmea. A função do espermatozoide, nesse caso, é a de ativação do ovócito para que este inicie seu desenvolvimento, mas não há fusão com o núcleo do espermatozoide. Ocorre em plantas, em nematódeos e em algumas espécies de peixes, por exemplo a Poecilia formosa, espécie em que os ovócitos das fêmeas são ativados por machos de outra espécie relacio-nada. -/- Partenogênese -/- Consiste no desenvolvimento do embrião sem a participação do espermatozoide. Ocorre em alguns insetos, o zangão, por exemplo, é partenogenético. Também pode apresentar-se em perus, cujos embriões são machos e, geralmente, morrem antes da eclosão. -/- • _____GÊMEOS -/- Existem dois tipos de gêmeos: idênticos ou monozigóticos e os não idênticos ou dizigóticos. -/- Idênticos ou monozigóticos -/- Originam-se do mesmo zigoto, sendo assim, possuem o mesmo genótipo e um fenótipo similar e, portanto, são do mesmo sexo. Em laboratório é possível gerá-los ao seccionar uma mórula em duas ou mais partes, por meio de um micromanipulador. Uma vez que possuem o mesmo genótipo, os produtos resultantes são clones. -/- Não idênticos ou dizigóticos -/- Provêm da fertilização de dois óvulos distintos por espermatozoides diferentes. Possuem, portanto, genótipos e fenótipos diferentes, e podem ser de sexo diferente. -/- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS -/- ALBERTS, Bruce et al. Biologia molecular da célula. Artmed Editora, 2010. AUSTIN, Colin Russell; SHORT, Roger Valentine. Reproduction in Mammals, Book I: Germ Cells and Fertilization. 1982. BEARDEN, Henry Joe et al. Reproducción animal aplicada. México: Manual Moderno, 1982. BOSCH, P.; WRIGHT JR, R. W. The oviductal sperm reservoir in domestic mammals. Archivos de medicina veterinaria, v. 37, n. 2, p. 95-105, 2005. CAPALLEJAS, Roberto Brito; RODRÍGUEZ, Lourdes Tagle. Fisiología de la reproducción animal: con elementos de biotecnología. Editorial Félix Varela, 2010. CROXATTO, Horacio B. Physiology of gamete and embryo transport through the fallopian tube. Reproductive biomedicine online, v. 4, n. 2, p. 160-169, 2002. CUPPS, Perry T. (Ed.). Reproduction in domestic animals. Elsevier, 1991. DIEDRICH, Smidt et al. Endocrinología y Fisiología de la Reproducción de los Animales Zootécnicos. 1972. DUKES, Henry Hugh; SWENSON, Melvin J.; REECE, William O. Dukes fisiologia dos animais domésticos. Editora Guanabara Koogan, 1996. FERREIRA, A. de M. Reprodução da fêmea bovina: fisiologia aplicada e problemas mais comuns (causas e tratamentos). Juiz de Fora: Minas Gerais–Brasil, p. 422, 2010. HAFEZ, Elsayed Saad Eldin; HAFEZ, Bahaa. Reprodução animal. São Paulo: Manole, 2004. HUNTER, Ronald Henry Fraser. The Fallopian tubes in domestic mammals: how vital is their physiological activity?. Reproduction Nutrition Development, v. 45, n. 3, p. 281-290, 2005. HUNTER, R. H. F.; RODRIGUEZ‐MARTINEZ, H. Capacitation of mammalian spermatozoa in vivo, with a specific focus on events in the Fallopian tubes. Molecular Reproduction and Development: Incorporating Gamete Research, v. 67, n. 2, p. 243-250, 2004. GALINA, Carlos; VALENCIA, Javier. Reproducción de los animales domésticos. 2006. HOPPER, Richard M. (Ed.). Bovine reproduction. John Wiley & Sons, 2014. HYTTEL, Poul; SINOWATZ, Fred; VEJLSTED, Morten. Embriologia veterinária. Elsevier Brasil, 2012. KÖLLE, Sabine; REESE, Sven; KUMMER, Wolfgang. New aspects of gamete transport, fertilization, and embryonic development in the oviduct gained by means of live cell imaging. Theriogenology, v. 73, n. 6, p. 786-795, 2010. MCKINNON, Angus O. et al. (Ed.). Equine reproduction. John Wiley & Sons, 2011. OLIVERA, Martha et al. El espermatozoide, desde la eyaculación hasta la fertilización. Revista Colombiana de Ciencias Pecuarias, v. 19, n. 4, p. 426-436, 2006. PLANT, Tony M.; ZELEZNIK, Anthony J. (Ed.). Knobil and Neill's physiology of reproduction. New York: Academic Press, 2014. RODRIGUEZ-MARTINEZ, Heriberto. Role of the oviduct in sperm capacitation. Theriogenology, v. 68, p. S138-S146, 2007. SAAVEDRA LEOS, María Dolores. Estudio de la composición de los gránulos corticales y del oolema de ovocitos porcinos y bovinos madurados y fecundados in vitro. Proyecto de investigación:, 2010. SENGER, Phillip L. et al. Pathways to pregnancy and parturition. Current Conceptions, Inc, 2004. SUAREZ, Susan S. The oviductal sperm reservoir in mammals: mechanisms of formation. Biology of Reproduction, v. 58, n. 5, p. 1105-1107, 1998. VALENCIA MÉNDEZ, Javier de J. Fisiología de la reproducción porcina. 1986. -/- FIXAÇÃO DO ASSUNTO -/- 1. Defina e diferencie fertilização e segmentação. -/- 2. Disserte sobre o transporte do ovócito. Por que no istmo o transporte do ovócito se torna lento? -/- 3. Fale sobre a eficiência do transporte do gameta no trato genital da fêmea e sobre a retenção de ovócitos pela égua. -/- 4. Defina as células do cumulus e explique seu papel sobre o ovócito. -/- 5. Quais as estruturas que compõem o ovócito? Qual a função de cada uma? -/- 6. Todos os ovócitos das fêmeas domésticas são iguais? Justifique. -/- 7. Disserte sobre o papel dos hormônios e das secreções sobre o transporte do ovócito no trato genital da fêmea. -/- 8. Disserte sobre o transporte do espermatozoide. Por que há transporte rápido e lento dos espermatozoides? -/- 9. Fale sobre o local de deposição do sêmen nas espécies domésticas e como esse influen-cia na eficiência da reprodução. -/- 10. Por que a vida média do espermatozoide canino é maior que as outras espécies? -/- 11. Quais as mudanças que os espermatozoides precisam sofrer para conseguir êxito na fertilização e por quê? -/- 12. Defina fase de transporte rápido, fase sustentada e hipermotilidade. Qual a importân-cia de cada um? -/- 13. Como ocorre a reação acrossômica? -/- 14. O que é polispermia e como ocorre seu bloqueio? 15. Como ocorre a ativação do ovócito e como se formam os pronúcleos? -/- 16. O que é e qual a importância da singamia? -/- 17. Disserte sobre as divisões de segmentação e qual a importância destas para o êxito da reprodução. -/- 18. Defina e diferencia mórula e blastocisto. -/- 19. Defina e diferencie ginogênese e partenogênese. -/- 20. Qual o papel endócrino e quais hormônios e enzimas atuam sobre o transporte de gametas, sobre a fertilização e sobre a segmentação? (shrink)

In several places, John Bickle claims that current neuroscientific practice provides actual cellular/molecular reductions of certain mental states. He gives the case study of ‘memory consolidation switch’ as an example where recent findings suggest that this mental state/process can be reduced to the molecular ‘cAMP, PKA, CREB Pathway’. Taking this example, Bickle ‘waves the eleminativist flag’ by claiming that psychological explanations loose their pertinence (or, as he says, ‘became otiose’) once a cellular/molecular explanation replaces them. On this (...) paper I’ll try to show that, even if a reductive explanation of ‘memory consolidation switch’ is disposable, we cannot eschew reductively its causal/functional integrity, i.e.: the explanatory/causal context that defines the mental concept/process ‘memory consolidation switch’ in the first place. (shrink)

Without directly addressing the Demarcation Problem for logic—the problem of distinguishing logical vocabulary from others—we focus on distinctive aspects of logical vocabulary in pursuit of a second goal in the philosophy of logic, namely, proposing criteria for the justification of logical rules. Our preferred approach has three components. Two of these are effectively Belnap’s, but with a twist. We agree with Belnap’s response to Prior’s challenge to inferentialist characterisations of the meanings of logical constants. Belnap argued that for a logical (...) constant to exist, its rules must be conservative over a previously given consequence relation and guarantee the uniqueness of the constant. The twist is that we require logical vocabulary to be provably conservative, not over a previously given formal consequence relation, but over a previously given meaningful vocabulary of a language. Uniqueness is also a feature defined in terms of provability: if two syntactically distinguished expressions are governed by the same rules, then formulas with them as main operators are interderivable. Belnap’s criteria are not only those for the existence of a logical constant, but more: they are what distinguishes logical vocabulary from all other expressions. It is the defining mark of a logical constant that it is provably conservative over the fragment of the language which excludes it and that its rules guarantee its uniqueness. The third component is the topic neutrality of logic. The provable conservativeness of logic over a previously given vocabulary of a language is motivated, in part, by appeal to molecularism in the theory of meaning. Molecularity is a feature endorsed by the theory of meaning as a whole, so it does not distinguish logical constants from other expressions. The same is true for conservativeness. We argue that molecularity, and hence conservativeness, are implicit presuppositions of speakers’ use of language: the addition of new vocabulary to a language is presupposed to be conservative. But this presupposition is one that we should be able reflectively to endorse (such as when attempting a rational reconstruction of the use of the vocabulary). Thus, where conservativeness is found to fail, this defect should be remedied and the use of the vocabulary corrected (as in classical negation) or excised altogether (as in pejoratives). We go on to characterise a notion of topic neutrality, which we argue applies to logical vocabulary. We then note that reflective endorsement of the conservativeness of a topic neutral vocabulary requires a proof that the vocabulary is conservative relative to any base vocabulary. Thus we require that logical vocabulary be demonstrably conservative. Allying this requirement, distinctive of logic, to a general consideration about the commitments of assertion yields a mode of justification for logical constants akin to some conceptions of Harmony, i.e., to the idea that the consequences of assertion of a logical complex need to be warranted by the grounds and ought to be the strongest consequences warranted by the grounds. Intuitionistic logic acquires a somewhat familiar justification but emanating from a new motivation. (shrink)

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

What are the prospects for a monistic view of biological individuality given the multiple epistemic roles the concept must satisfy? In this paper, I examine the epistemic adequacy of two recent accounts based on the capacity to undergo natural selection. One is from Ellen Clarke, and the other is by Peter Godfrey-Smith. Clarke’s position reflects a strong monism, in that she aims to characterize individuality in purely functional terms and refrains from privileging any specific material properties as important in their (...) own right. I argue that Clarke’s functionalism impairs the epistemic adequacy of her account compared to a middle-ground position taken by Godfrey-Smith. In comparing Clarke and Godfrey-Smith’s account, two pathways emerge to pluralism about biological individuality. The first develops from the contrast between functionalist and materialist approaches, and the second from an underlying temporal structure involved in using evolutionary processes to define individuality. (shrink)

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

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

Statements about the behavior of biochemical entities (e.g., about the interaction between two proteins) abound in the literature on molecular biology and are increasingly becoming the targets of information extraction and text mining techniques. We show that an accurate analysis of the semantics of such statements reveals a number of ambiguities that have to be taken into account in the practice of biomedical ontology engineering: Such statements can not only be understood as event reporting statements, but also as ascriptions (...) of dispositions or tendencies that may or may not refer to collectives of interacting molecules or even to collectives of interaction events. (shrink)

What can neuroscience tell us, if anything, about the capacities of cows to think about the future? The question is important if having the right to a future requires the ability to think about one’s future. To think about one’s future involves the mental state of prospection, in which we direct our attention to things yet to come. I distinguish several kinds of prospection, identify the behavioral markers of future thinking, and survey what is known about the neuroanatomy of future-directed (...) bovine beliefs and desires. I suggest, in conclusion, that instead of asking whether a cow’s prospection is conscious, ask whether it is like ours—with “ours” understood to include all human beings. (shrink)

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

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

This article considers concrete manifestations of the politogenesis multilinearity and the variation of its forms; it analyzes the main causes that determined the politogenetic pathway of a given society. The respective factors include the polity's size, its ecological and social environment. The politogenesis should be never reduced to the only one evolutionary pathway leading to the statehood. The early state formation was only one of many versions of development of complex late archaic social systems. The author designates various complex non-state (...) political systems as early state analogues. The early state analogue posed a real alternative to the state for a rather long period of time, whereas in many ecologically marginal regions they could compete quite seriously with the state sometimes until recently. Thus, it was only in the final count that the state became the leading form of political organization of complex societies. The very pathways to statehood had a few versions. One may group them into two main types: ‘vertical’ and ‘horizontal’. Within the ‘vertical’ model the state formation took place in a direct way, i.e. directly from small pre-state polities to primitive statehood. Within the ‘horizontal’ model we first ob-serve the formation of early state analogues that were quite com-parable to the state as regards their complexity, whereas later those analogues were transformed into states . (shrink)

Molecular biology is a relatively new and very successful branch of science but currently it faces challenges posed by very complex issues that cannot be addressed by a traditional reductionist approach. However, despite its origins in the providential shift of some theoretical physicists to biology, currently molecular biology is immersed in a blind trend in which high-throughput technology, able to generate trillions of data, is becoming the leading edge of a discipline that has traded rational and critical thinking (...) for computer power, data crunching and statistics in hope of finding, once more, its way. However, the complex questions facing MB may only be solved by a paradigm shift in the causal way of thinking, so that complex, emergent, non-linear phenomena may be effectively understood in top-down and not in bottom-up terms. (shrink)

In our recent article, together with more than 60 of our colleagues, we outlined a proposal for drug policy reform consisting of four specific yet interrelated strategies: (1) de jure decriminalization of all psychoactive substances currently deemed illicit for personal use or possession (so-called “recreational” drugs), accompanied by harm reduction policies and initiatives akin to the Portugal model; (2) expunging criminal convictions for nonviolent offenses pertaining to the use or possession of small quantities of such drugs (and releasing those serving (...) time for these offenses), while delivering retroactive ameliorative relief; (3) the ultimate legalization and careful regulation of currently illicit drugs; and (4) the delivery of a new “Marshall Plan” focused on community-building initiatives, expanded harm reduction programs, and social and health care support efforts (Earp et al. 2021). We were gratified to see so many thoughtful commentaries on our proposal, and we respond to them in part in this reply. (shrink)

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

In this paper I propose to describe, in brief, a semiotic paradigm which results from the redefinition of the linguistic sign as a molecular sememe. Borrowing a tactic from Wittgenstein, I wish to use the game of chess as an analogy for the sake of describing what a molecular sememe is. Then I hope to use it further to sketch several implications of this semiotic paradigm for literary criticism and critical theory.

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

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

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

Manfred Eigen employs the terms language and communication to explain key recombination processes of DNA as well as to explain the self-organization of human language and communication: Life processes as well as language and communication processes are governed by the logic of a molecular syntax, which is the exact depiction of a principally formalizable reality. The author of the present contribution demonstrates that this view of Manfred Eigen’s cannot be sufficiently substantiated and that it must be supplemented by an (...) approach based on linguistic pragmatics. (shrink)

While mechanistic explanation and, to a lesser extent, nomological explanation are well-explored topics in the philosophy of biology, topological explanation is not. Nor is the role of diagrams in topological explanations. These explanations do not appeal to the operation of mechanisms or laws, and extant accounts of the role of diagrams in biological science explain neither why scientists might prefer diagrammatic representations of topological information to sentential equivalents nor how such representations might facilitate important processes of explanatory reasoning unavailable to (...) scientists who restrict themselves to sentential representations. Accordingly, relying upon a case study about immune system vulnerability to attacks on CD4+ T-cells, I argue that diagrams group together information in a way that avoids repetition in representing topological structure, facilitate identification of specific topological properties of those structures, and make available to controlled processing explanatorily salient counterfactual information about topological structures, all in ways that sentential counterparts of diagrams do not. (shrink)

In this work, polystyrene/waste tires composites were prepared using the melt-mixing method.. The effect of the preparation conditions of the PS/waste tires composite is investigated in this work by using Gel permeation chromatography (GPC) technique. Stability at elevated temperatures were found to increase with the addition of waste tires to PS as confirmed by the results. GPC results indicate that the preparation conditions of the PS/waste tires composite has no effect on the Ps chains as indicated by GPC technique. The (...) signals of the GPC for unfilled and filled PS are similar. That evidences no thermo-mechanical chain degradation is taken place during the addition of the waste tires under the conditions of the melt-mixing process . (shrink)

Molecular clocks based upon amino acid sequences in proteins have played a major role in the clarification of evolutionary phylogenies. Creationist criticisms of these methods sometimes rely upon data that might initially seem to be paradoxical. For example, human cytochrome c differs from that of an alligator by 13 amino acids but differs by 14 amino acids from a much more closely related primate, Otolemur garnettii. The apparent anomaly is resolved by taking into consideration the variable substitution rate of (...) cytochrome c, particularly among primates. This paper traces some of the history of extensive research into the topic of rate heterogeneity in cytochrome c including data from cytochrome c pseudogenes. (shrink)

Advanced medical imaging, such as CT, fMRI and PET, has undergone enormous progress in recent years, both in accuracy and utilization. Such techniques often bring with them an illusion of immediacy, the idea that the body and its diseases can be directly inspected. In this paper we target this illusion and address the issue of the reliability of advanced imaging tests as knowledge procedures, taking positron emission tomography in oncology as paradigmatic case study. After individuating a suitable notion of reliability, (...) we argue that PET is a highly theory-laden and non-immediate knowledge procedure, in spite of the photographic-like quality of the images it delivers; the diagnostic conclusions based on the interpretation of PET images are population-dependent; PET images require interpretation, which is inherently observer-dependent and therefore variable. We conclude with a three-step methodological proposal for enhancing the reliability of advanced medical imaging. (shrink)

Since the middle of the 20“ century, various governments, organizations and stakeholders have suggested ways of realizing a desirable change, which is an index of development. The quest for this pursuit had led to the evolution of concepts and theories examples of which are; modernization, dependency, sustainable, participatory, and post development among others. The reality of this pursuit still proves to be unresolved for many developing nations as a result of the constraints of some of these theories especially those that (...) conceive development according to the standard of the developed western states of the world. The way in which governments and development planners set out objectives of development without finding out the people’s needs from them or involving them is however bewildering. Development planners assume to know the needs of nations and individuals. Inadvertently, this approach to development does not bring about sustainability in the life of the project, nor does it have a lasting effect The lacunae as argued in this paper have to do with the issue of people’s participation and adequate strategies to incorporate them. It thus suggests that the use of popular arts is effective in addressing issues of development. The genre of this popular art in question is referred to as Theatre for Development (TFD). (shrink)

Surface water sources in the oil producing Niger Delta region of Nigeria are highly susceptible to pollution by petroleum hydrocarbons and so it is important to understand the microbial diversity of such ecosystems. Water and sediment samples were collected between April-August, 2013 from Bodo creeks and taken to Environmental Microbiology laboratory of University of Portharcourt for analysis. A total of thirty aerobic heterotrophic bacterial strains isolated ranged from 3.0 - 7.0 × 104 cfu for surface water and 1.6 - 5.6 (...) × 104 cfu for sediment samples of Bodo creek using serial dilution and spread plate technique. Pure cultures of bacteria were obtained on the basis of their morphological characteristics and subjected to biochemical tests and further classified on the basis of 16S rRNA gene sequence analysis. The DNA was isolated from size fractionated samples and the diversity of bacteria in each fraction was studied using PCR amplification of partial 16S rRNA. The sequences were submitted to NCBIGen bank for identification and assigning of accession numbers. The isolated aerobic heterotrophic bacteria belong to the families of Enterobacteriaceae, Bacilliceae, Alcaligenaceae, Pseudomonadaceae, Flavobactericeae and Planococcaceae. (shrink)

Unless one embraces activities as foundational, understanding activities in mechanisms requires an account of the means by which entities in biological mechanisms engage in their activities—an account that does not merely explain activities in terms of more basic entities and activities. Recent biological research on molecular motors exemplifies such an account, one that explains activities in terms of free energy and constraints. After describing the characteristic “stepping” activities of these molecules and mapping the stages of those steps onto the (...) stages of the motors’ hydrolytic cycles, researchers pieced together from images of the molecules in different hydrolyzation states accounts of how the chemical energy in ATP is transformed in the constrained environments of the motors into the characteristic activities of the motors. We argue that New Mechanism’s standard set of analytic categories—entities, activities, and organization—should be expanded to include constraints and energetics. Not only is such an expansion required descriptively to capture research on molecular motors but, more importantly from a philosophical point of view, it enables a non-regressive account of activities in mechanisms. In other words, this expansion enables a philosophical account of mechanistic explanation that avoids a regress of entities and activities “all the way down.” Rather, mechanistic explanation bottoms out in constraints and energetics. (shrink)

Existen inconsistencias fundamentales entre el paradigma de la biología molecular y el paradigma de la física contemporánea y, por lo tanto, el marco conceptual vigente en la biología molecular resulta insuficiente para abordar las cuestiones del origen y desarrollo de la forma y organización biológicas.

Jacques Monod (1971) argued that certain molecular processes rely critically on the property of chemical arbitrariness, which he claimed allows those processes to “transcend the laws of chemistry”. It seems natural, as some philosophers have done, to interpret this in modal terms: a biological relationship is chemically arbitrary if it is possible, within the constraints of chemical “law”, for that relationship to have been otherwise than it is. But while modality is certainly important for understanding chemical arbitrariness, understanding its (...) biological role also requires an account of the concrete causal-functional features that distinguish arbitrary from non-arbitrary phenomena. In this paper I elaborate on this under-emphasised aspect by offering a general account of these features: arbitrary relations are instantiated by mechanisms that involve molecular adapters, which causally couple two properties or processes which would otherwise be uncorrelated. Additionally, adapters work by acting as intermediate rather than cooperating causes. (shrink)

Thought’s Pathway was published in the third Zeno Press anthology. Edited by Christian Patracchini, the subject of the anthology was the themes present in Elmmino Olmi’s A Tree of Wooden Clogs. The essay explores the relationship between thought and the natural environment, the places where Heidegger and Nietzsche chose to think, and the dual-meaning of the title in terms of the representational unity of the inner line of thinking and outer natural area.

I will relate some social and epistemic aspects involved in the conceptual development of the genetic model in the early Molecular Biology. I will use the link between Biology and Physics as a framework, which supports such assumptions, providing new methodologies, but mainly as a framework that provides a model of objectivity developed within Modern Tradition. Finally, I will interpret this relationship from the pragmatist perspective to embrace Rorty’s thesis on «the ontological priority of the social» which implies understanding (...) biology as a part of a general cultural politics. (shrink)

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

The layers of a solvent liquid flowing around a moving molecule have a finite thickness corresponding to the finite dimensions of the solvent molecules. Taking this feature into account leads to a modification of Stokes’ laws of the relation between friction and viscosity in continuous media. We derive the observed order of magnitude of the microfriction, for rotation as well as translation, and its approximately correct dependence on the radii of moving and solvent molecules.

One important aspect of biological explanation is detailed causal modeling of particular phenomena in limited experimental background conditions. Recognising this allows a new avenue for intertheoretic reduction to be seen. Reductions in biology are possible, when one fully recognises that a sufficient condition for a reduction in biology is a molecular model of 1) only the demonstrated causal parameters of a biological model and 2) only within a replicable experimental background. These intertheoretic identifications –which are ubiquitous in biology and (...) form the basis of ruthless reductions (Bickle 2003)- are criticised as merely “local” (Sullivan 2009) or “fragmentary” (Schaffner 2006). However, in an instructive case, a biological model is preserved in molecular terms, and a complex biological phenomenon has been successfully reduced. In doing this the molecular model remains valid in a broader range of background conditions and meaningfully unites disparate biological phenomena. (shrink)

The philosophical debate around the impact of machine learning in science is often framed in terms of a choice between AI and classical methods as mutually exclusive alternatives involving difficult epistemological trade-offs. A common worry regarding machine learning methods specifically is that they lead to opaque models that make predictions but do not lead to explanation or understanding. Focusing on the field of molecular biology, I argue that in practice machine learning is often used with explanatory aims. More specifically, (...) I argue that machine learning can be tightly integrated with other, more traditional, research methods and in a clear sense can contribute to insight into the causal processes underlying phenomena of interest to biologists. One could even say that machine learning is not the end of theory in important areas of biology, as has been argued, but rather a new beginning. I support these claims with a detailed discussion of a case study involving gene regulation by microRNAs. (shrink)

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

What does it feel like to be a bat? Is conscious experience of echolocation closer to that of vision or audition? Or do bats process echolocation nonconsciously, such that they do not feel anything about echolocation? This famous question of bats' experience, posed by a philosopher Thomas Nagel in 1974, clarifies the difficult nature of the mind–body problem. Why a particular sense, such as vision, has to feel like vision, but not like audition, is totally puzzling. This is especially so (...) given that any conscious experience is supported by neuronal activity. Activity of a single neuron appears fairly uniform across modalities and even similar to those for non-conscious processing. Without any explanation on why a particular sense has to feel the way it does, researchers cannot approach the question of the bats' experience. Is there any theory that gives us a hope for such explanation? Currently, probably none, except for one. Integrated information theory has potential to offer a plausible explanation. IIT essentially claims that any system that is composed of causally interacting mechanisms can have conscious experience. And precisely how the system feels is determined by the way the mechanisms influence each other in a holistic way. In this article, I will give a brief explanation of the essence of IIT. Further, I will briefly provide a potential scientific pathway to approach bats' conscious experience and its philosophical implications. If IIT, or its improved or related versions, is validated enough, the theory will gain credibility. When it matures enough, predictions from the theory, including nature of bats' experience, will have to be accepted. I argue that a seemingly impossible question about bats' consciousness will drive empirical and theoretical consciousness research to make big breakthroughs, in a similar way as an impossible question about the age of the universe has driven modern cosmology. (shrink)