Mitchell & Gronenborn propose that we account for the presence of multiple models of protein structure, each produced in different contexts, through the framework of integrative pluralism. I argue that two interpretations of this framework are available, neither of which captures the relationship between a model and the protein structure it represents or between multiple models of protein structure. Further, it inclines us toward concluding prematurely that models of protein structure are right (...) in their contexts and makes extrapolation of findings from one context to another seem unwarranted. Instead, protein structure determination ought to be understood as modestly monistic. There is one model for every protein in each physicochemical context, and models of the same protein produced in different contexts are compatible with one another. ‘Integrating’ multiple models amounts to extrapolating from one context to another; this is possible because the effect of context on protein folding is relatively weak and predictable. Modest monism better describes the practice of protein structure determination than integrative pluralism and enables greater attention to how context affects protein folding. (shrink)

The Protein Ontology (PRO) provides a formal, logically-based classification of specific protein classes including structured representations of protein isoforms, variants and modified forms. Initially focused on proteins found in human, mouse and Escherichia coli, PRO now includes representations of protein complexes. The PRO Consortium works in concert with the developers of other biomedical ontologies and protein knowledge bases to provide the ability to formally organize and integrate representations of precise protein forms so as to (...) enhance accessibility to results of protein research. PRO (http://pir.georgetown.edu/pro) is part of the Open Biomedical Ontologies (OBO) Foundry. (shrink)

The Protein Ontology (PRO; http://proconsortium.org) formally defines protein entities and explicitly represents their major forms and interrelations. Protein entities represented in PRO corresponding to single amino acid chains are categorized by level of specificity into family, gene, sequence and modification metaclasses, and there is a separate metaclass for protein complexes. All metaclasses also have organism-specific derivatives. PRO complements established sequence databases such as UniProtKB, and interoperates with other biomedical and biological ontologies such as the Gene Ontology (...) (GO). PRO relates to UniProtKB in that PRO’s organism-specific classes of proteins encoded by a specific gene correspond to entities documented in UniProtKB entries. PRO relates to the GO in that PRO’s representations of organism-specific protein complexes are subclasses of the organism-agnostic protein complex terms in the GO Cellular Component Ontology. The past few years have seen growth and changes to the PRO, as well as new points of access to the data and new applications of PRO in immunology and proteomics. Here we describe some of these developments. (shrink)

Representing species-specific proteins and protein complexes in ontologies that are both human and machine-readable facilitates the retrieval, analysis, and interpretation of genome-scale data sets. Although existing protin-centric informatics resources provide the biomedical research community with well-curated compendia of protein sequence and structure, these resources lack formal ontological representations of the relationships among the proteins themselves. The Protein Ontology (PRO) Consortium is filling this informatics resource gap by developing ontological representations and relationships among proteins and their variants (...) and modified forms. Because proteins are often functional only as members of stable protein complexes, the PRO Consortium, in collaboration with existing protein and pathway databases, has launched a new initiative to implement logical and consistent representation of protein complexes. We describe here how the PRO Consortium is meeting the challenge of representing species-specific protein complexes, how protein complex representation in PRO supports annotation of protein complexes and comparative biology, and how PRO is being integrated into existing community bioinformatics resources. The PRO resource is accessible at http://pir.georgetown.edu/pro/. (shrink)

The short paper introduces the concept of possible branches of double-stranded DNA (later sometimes called palindromes): Certain sequences of nucleotides may be followed, after a short unpaired stretch, by a complementary sequence in reversed order, such that each DNA strand can fold back on itself, and the DNA assumes a cruciform or tree-like structure. This is postulated to interact with regulatory proteins. -/- .

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)

It is widely understood that protein functions can be exhaustively described in terms of no single parameter, whether this be amino acid sequence or the three-dimensional structure of the underlying protein molecule. This means that a number of different attributes must be used to create an ontology of protein functions. Certainly much of the required information is already stored in databases such as Swiss-Prot, Protein Data Bank, SCOP and MIPS. But the latter have been developed (...) for different purposes and the separate data-structures which they employ are not conducive to the needed data integration. When we attempt to classify the entities in the domain of proteins, we find ourselves faced with a number of cross-cutting principles of classification. Our question here is: how can we bring together these separate taxonomies in order to describe protein functions? Our proposed answer is: via a careful top-level ontological analysis of the relevant principles of classification, combined with a new framework for the simultaneous manipulation of classifications constructed for different purposes. (shrink)

Biological order provided by α-helical secondary protein structures is an important resource exploitable by living organisms for increasing the efficiency of energy transport. In particular, self-trapping of amide I energy quanta by the induced phonon deformation of the hydrogen-bonded lattice of peptide groups is capable of generating either pinned or moving solitary waves following the Davydov quasiparticle/soliton model. The effect of applied in-phase Gaussian pulses of amide I energy, however, was found to be strongly dependent on the site of (...) application. Moving solitons were only launched when the amide I energy was applied at one of the α-helix ends, whereas pinned solitons were produced in the α-helix interior. In this paper, we describe a general mechanism that launches moving solitons in the interior of the α-helix through phase-modulated Gaussian pulses of amide I energy. We also compare the predicted soliton velocity based on effective soliton mass and the observed soliton velocity in computer simulations for different parameter values of the isotropy of the exciton-phonon interaction. The presented results demonstrate the capacity for explicit control of soliton velocity in protein α-helices, and further support the plausibility of gradual optimization of quantum dynamics for achieving specialized protein functions through natural selection. (shrink)

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

The essential biological processes that sustain life are catalyzed by protein nano-engines, which maintain living systems in far-from-equilibrium ordered states. To investigate energetic processes in proteins, we have analyzed the system of generalized Davydov equations that govern the quantum dynamics of multiple amide I exciton quanta propagating along the hydrogen-bonded peptide groups in α-helices. Computational simulations have confirmed the generation of moving Davydov solitons by applied pulses of amide I energy for protein α-helices of varying length. The stability (...) and mobility of these solitons depended on the uniformity of dipole-dipole coupling between amide I oscillators, and the isotropy of the exciton-phonon interaction. Davydov solitons were also able to quantum tunnel through massive barriers, or to quantum interfere at collision sites. The results presented here support a nontrivial role of quantum effects in biological systems that lies beyond the mechanistic support of covalent bonds as binding agents of macromolecular structures. Quantum tunneling and interference of Davydov solitons provide catalytically active macromolecular protein complexes with a physical mechanism allowing highly efficient transport, delivery, and utilization of free energy, besides the evolutionary mandate of biological order that supports the existence of such genuine quantum phenomena, and may indeed demarcate the quantum boundaries of life. (shrink)

Scientific research is constrained by limited resources, so it is imperative that it be conducted efficiently. This paper introduces the notion of epistemic expression, a kind of representation that expedites the solution of research problems. Epistemic expressions are representations that (i) contain information in a way that enables more reliable information to place the most stringent constraints on possible solutions and (ii) make new information readily extractible by biasing the search through that space. I illustrate these conditions using historical and (...) contemporary examples of biomolecular structure determination. Then, I argue that the notion of epistemic expression parts ways with pragmatic accounts of scientific representation and an understanding of models as artifacts, neither of which require models to accurately represent. Explicating epistemic expression thus fills a gap in our understanding of scientific practice, extending Morrison and Morgan's (1999) conception of models as investigative instruments. (shrink)

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

Modern life sciences research is increasingly relying on artificial intelligence (AI) approaches to model biological systems, primarily centered around the use of machine learning (ML) models. Although ML is undeniably useful for identifying patterns in large, complex data sets, its widespread application in biological sciences represents a significant deviation from traditional methods of scientific inquiry. As such, the interplay between these models and scientific understanding in biology is a topic with important implications for the future of scientific research, yet it (...) is a subject that has received little attention. Here, we draw from an epistemological toolkit to contextualize recent applications of ML in biological sciences under modern philosophical theories of understanding, identifying general principles that can guide the design and application of ML systems to model biological phenomena and advance scientific knowledge. We propose that conceptions of scientific understanding as information compression, qualitative intelligibility, and dependency relation modelling provide a useful framework for interpreting ML-mediated understanding of biological systems. Through a detailed analysis of two key application areas of ML in modern biological research – protein structure prediction and single cell RNA-sequencing – we explore how these features have thus far enabled ML systems to advance scientific understanding of their target phenomena, how they may guide the development of future ML models, and the key obstacles that remain in preventing ML from achieving its potential as a tool for biological discovery. Consideration of the epistemological features of ML applications in biology will improve the prospects of these methods to solve important problems and advance scientific understanding of living systems. (shrink)

Bioinformatics scientists often describe their own scientific activities as the practice of working with large amounts of data using computing devices. An essential part of their self-identification is also the development of ways to visually represent the results of this work. Some of these methods are aimed at building convenient representations of data and demonstrating patterns present in them (graphics, diagrams, graphs). Others are ways of visualizing objects that are not directly accessible to human perception (microphotography, X-ray). Both the construction (...) of visualizations and (especially) the creation of new computer visualization methods are considered in bioinformatics as significant scientific achievements. Representations of the three-dimensional structure of protein molecules play a special role in the inquiries of bioinformatics scientists. 3D-visualization of a macromolecule, on the one hand, is, like a graph, a representation of the results of computer processing of data arrays obtained by material methods – spatiotemporal coordinates of structural elements of the molecule. On the other hand, like microphotography, these 3D structures should serve as accurate representations of specific scientific objects. This leads to the parallel existence of two contradictory epistemic regimes: creative arbitrariness in making convenient, communicatively successful models, is combined with commitment to the object “as it really is”. The paradox is reinforced by the fact that the scientific study of objects in question (determining the properties of the structure, its functions, comparison with other structures) by means of computers does not require visualization at all. Its obviously high value for bioinformatics does not look justified if we take into account the prominent artificiality and artistry of the resulting images. However, the status of these images becomes clearer if we relate them to earlier notions of the role of the visual in scientific discovery. The highest estimation of visualization as the final result of scientific research was characteristic of Renaissance science. The artistic representation of ideal essential properties, instead of a strict correspondence to a particular biological object, is an epistemic virtue typical of the naturalists of the 17th and 18th centuries. Both suggested a close collaboration between the scientist and the artist; and standards for visualizing macromolecules in bioinformatics grow out of a similar collaboration (Geis’ drawings). The desire for maximum accuracy and detail inherits the regulation of “mechanical objectivity” (as Daston and Galison put it into words), for which it is also important to eliminate humans from the image production process (in bioinformatics, to transfer these functions to computer programs). Thus, 3D-visualization of protein structures bears traces of historically different value orientations, but the scientific practice of the 20th and 21st centuries, supplemented by computer technologies, allows them to be intertwined in particular disciplinary units. (shrink)

that can serve as a foundation for more refined ontologies in the field of proteomics. Standard data sources classify proteins in terms of just one or two specific aspects. Thus SCOP (Structural Classification of Proteins) is described as classifying proteins on the basis of structural features; SWISSPROT annotates proteins on the basis of their structure and of parameters like post-translational modifications. Such data sources are connected to each other by pairwise term-to-term mappings. However, there are obstacles which stand in (...) the way of combining them together to form a robust meta-classification of the needed sort. We discuss some formal ontological principles which should be taken into account within the existing datasources in order to make such a metaclassification possible, taking into account also the Gene Ontology (GO) and its application to the annotation of proteins. (shrink)

Biomolecules and particularly proteins and DNA exhibit some mysterious features that cannot find satisfactory explanation by quantum mechanical modes of atoms. One of them, known as a Levinthal’s paradox, is the ability to preserve their complex three-dimensional structure in appropriate environments. Another one is that they possess some unknown energy mechanism. The Basic Structures of Matter Supergravitation Unified Theory (BSM-SG) allows uncovering the real physical structures of the elementary particles and their spatial arrangement in atomic nuclei. The resulting physical (...) models of the atoms are characterized by the same interaction energies as the quantum mechanical models, while the structure of the elementary particles influence their spatial arrangement in the nuclei. The resulting atomic models with fully identifiable parameters and angular positions of the quantum orbits permit studying the physical conditions behind the structural and bonding restrictions of the atoms connected in molecules. A new method for a theoretical analysis of biomolecules is proposed. The analysis of a DNA molecule leads to formulation of hypotheses about the energy storage mechanism in DNA and its role in the cell cycle synchronization. This permits shedding a light on the DNA feature known as a C-value paradox. The analysis of a tRNA molecule leads to formulation of a hypothesis about a binary decoding mechanism behind the 20 flavors of the complex aminoacyle-tRNA synthetases - tRNA, known as a paradox. (shrink)

Several authors have used the notion of causal specificity in order to defend non-parity about genetic causes (Waters 2007, Woodward 2010, Weber 2017, forthcoming). Non-parity in this context is the idea that DNA and some other biomolecules that are often described as information-bearers by biologists play a unique role in life processes, an idea that has been challenged by Developmental Systems Theory (e.g., Oyama 2000). Indeed, it has proven to be quite difficult to state clearly what the alleged special role (...) of genetic causes consists in. In this paper, I show that the set of biomolecules that are normally considered to be information-bearers (DNA, mRNA) can be shown to be the most specific causes of protein primary structure, provided that causal specificity is measured over a relevant space of biological possibilities, disregarding physical as well as logically possible states of the causal variables. (shrink)

Different chemical species are often cited as paradigm examples of structurally delimited natural kinds. While classificatory monism may thus seem plausible for simple molecules, it looks less attractive for complex biological macromolecules. I focus on the case of proteins that are most plausibly individuated by their functions. Is there a single, objective count of proteins? I argue that the vagaries of function individuation infect protein classification. We should be pluralists about macromolecular classification.

In domains as disparate as playing Go and predicting the structure of proteins, artificial intelligence (AI) technologies have begun to perform at levels beyond which any humans can achieve. Does this fact represent something lamentable? Does superhuman AI performance somehow undermine the value of human achievements in these areas? Go grandmaster Lee Sedol suggested as much when he announced his retirement from professional Go, blaming the advances of Go-playing programs like AlphaGo for sapping his will to play the game (...) at a high level. In this paper, I attempt to make sense of Sedol’s lament. I consider a number of ways that the existence of superhuman-performing AI technologies could undermine the value of human achievements. I argue there is very little in the nature of the technology itself that warrants such despair. (Compare: does the existence of a fighter jet undermine the value of being the fastest human sprinter?) But I also argue there are several more localized domains where these technologies threaten to displace human beings from being able to achieve valuable things at all. This is a particular worry for those in unequal societies, I argue, given the difficulty of many achievements and the corresponding amount of resources needed to achieve great things. (shrink)

The Plant Ontology (PO; http://www.plantontology.org/) is a publicly-available, collaborative effort to develop and maintain a controlled, structured vocabulary (“ontology”) of terms to describe plant anatomy, morphology and the stages of plant development. The goals of the PO are to link (annotate) gene expression and phenotype data to plant structures and stages of plant development, using the data model adopted by the Gene Ontology. From its original design covering only rice, maize and Arabidopsis, the scope of the PO has been expanded (...) to include all green plants. The PO was the first multi-species anatomy ontology developed for the annotation of genes and phenotypes. Also, to our knowledge, it was one of the first biological ontologies that provides translations (via synonyms) in non-English languages such as Japanese and Spanish. There are about 2.2 million annotations linking PO terms to over 110,000 unique data objects representing genes or gene models, proteins, RNAs, germplasm and Quantitative Traits Loci (QTLs) from 22 plant species. In this paper, we focus on the plant anatomical entity branch of the PO, describing the organizing principles, resources available to users, and examples of how the PO is integrated into other plant genomics databases and web portals. We also provide two examples of comparative analyses, demonstrating how the ontology structure and PO-annotated data can be used to discover the patterns of expression of the LEAFY (LFY) and terpene synthase (TPS) gene homologs. (shrink)

Cells are cognitive entities possessing great computational power. DNA serves as a multivalent information storage medium for these computations at various time scales. Information is stored in sequences, epigenetic modifications, and rapidly changing nucleoprotein complexes. Because DNA must operate through complexes formed with other molecules in the cell, genome functions are inherently interactive and involve two-way communication with various cellular compartments. Both coding sequences and repetitive sequences contribute to the hierarchical systemic organization of the genome. By virtue of nucleoprotein complexes, (...) epigenetic modifications, and natural genetic engineering activities, the genome can serve as a read-write storage system. An interactive informatic conceptualization of the genome allows us to understand the functional importance of DNA that does not code for protein or RNA structure, clarifies the essential multidirectional and systemic nature of genomic information transfer, and emphasizes the need to investigate how cellular computation operates in reproduction and evolution. (shrink)

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

This paper proposes a reinterpretation of the Chinese worldview on equilibrium/nonequilibrium and yin-yang. Important terminologies and concepts that constitute Yijing have correlative aspects with irreversible thermodynamics and quantum reality- instability, nonlinearity, nonequilibrium and temporality. Ilya Prigogine is a Nobel laureate noted for his contribution to dissipative structures and their role in thermodynamic systems far from equilibrium, complexity and irreversibility. His expressions, as argued in this paper, resonate with the principles in Yijing. Thus, this paper attempts to re-state existing interpretations of (...) Yijing’s ideas with reference to science. Understanding Yijing’s terms and concepts must be contextualised to account for its pervasiveness of temporality and the change process. Otherwise, these cardinal concepts may be misconstrued as a hodgepodge of Eastern traditions with no relevance to modern science. This paper concentrates on the fundamental role of indeterminism in nonlinear systems on classical and quantum levels using Yijing’s conceptual framework. It concludes that the dominant ideas in Yijing and ancient Chinese philosophy resonate with the current scientific belief – the end of certainty. Instability, far-from-equilibrium, irreversibility, probability, bifurcation, and self-organisation are intrinsic properties of nature appearing at all levels, from particle, protein folding, and DNA double helix to cosmological scales. Information is the basis of all changes, and the agency of change is the human (‘ren’) with a consciousness existing in the probability space between heaven (‘tian’) and earth (‘di’). Finally, this paper outlines a modelling approach with the self-organising human in the centre between heaven and earth, representing living systems as discrete dynamical systems presented with binary choices (yin-yang). The interplay of yin and yang lines in a hexagram is thought to reflect the changing dynamics of a given situation, and the interpretation of the hexagram is based on the relationships between the yin and yang lines based on informational availability. In this way, the concepts of yin-yang and information causality are central to Yijing's understanding of change and are clarified in this paper. (shrink)

The electric activities of cortical pyramidal neurons are supported by structurally stable, morphologically complex axo-dendritic trees. Anatomical differences between axons and dendrites in regard to their length or caliber reflect the underlying functional specializations, for input or output of neural information, respectively. For a proper assessment of the computational capacity of pyramidal neurons, we have analyzed an extensive dataset of three-dimensional digital reconstructions from the NeuroMorphoOrg database, and quantified basic dendritic or axonal morphometric measures in different regions and layers of (...) the mouse, rat or human cerebral cortex. Physical estimates of the total number and type of ions involved in neuronal electric spiking based on the obtained morphometric data, combined with energetics of neurotransmitter release and signaling fueled by glucose consumed by the active brain, support highly efficient cerebral computation performed at the thermodynamically allowed Landauer limit for implementation of irreversible logical operations. Individual proton tunneling events in voltage-sensing S4 protein alpha-helices of Na+, K+ or Ca2+ ion channels are ideally suited to serve as single Landauer elementary logical operations that are then amplified by selective ionic currents traversing the open channel pores. This miniaturization of computational gating allows the execution of over 1.2 zetta logical operations per second in the human cerebral cortex without combusting the brain by the released heat. (shrink)

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

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

Let us start by some general definitions of the concept of complexity. We take a complex system to be one composed by a large number of parts, and whose properties are not fully explained by an understanding of its components parts. Studies of complex systems recognized the importance of “wholeness”, defined as problems of organization (and of regulation), phenomena non resolvable into local events, dynamics interactions in the difference of behaviour of parts when isolated or in higher configuration, etc., in (...) short, systems of various orders (or levels) not understandable by investigation of their respective parts in isolation. In a complex system it is essential to distinguish between ‘global’ and ‘local’ properties. Theoretical physicists in the last two decades have discovered that the collective behaviour of a macro-system, i.e. a system composed of many objects, does not change qualitatively when the behaviour of single components are modified slightly. Conversely, it has been also found that the behaviour of single components does change when the overall behaviour of the system is modified. There are many universal classes which describe the collective behaviour of the system, and each class has its own characteristics; the universal classes do not change when we perturb the system. The most interesting and rewarding work consists in finding these universal classes and in spelling out their properties. This conception has been followed in studies done in the last twenty years on second order phase transitions. The objective, which has been mostly achieved, was to classify all possible types of phase transitions in different universality classes and to compute the parameters that control the behaviour of the system near the transition (or critical or bifurcation) point as a function of the universality class. This point of view is not very different from the one expressed by Thom in the introduction of Structural Stability and Morphogenesis (1975). It differs from Thom’s program because there is no a priori idea of the mathematical framework which should be used. Indeed Thom considers only a restricted class of models (ordinary differential equations in low dimensional spaces) while we do not have any prejudice regarding which models should be accepted. One of the most interesting and surprising results obtained by studying complex systems is the possibility of classifying the configurations of the system taxonomically. It is well-known that a well founded taxonomy is possible only if the objects we want to classify have some unique properties, i.e. species may be introduced in an objective way only if it is impossible to go continuously from one specie to another; in a more mathematical language, we say that objects must have the property of ultrametricity. More precisely, it was discovered that there are conditions under which a class of complex systems may only exist in configurations that have the ultrametricity property and consequently they can be classified in a hierarchical way. Indeed, it has been found that only this ultrametricity property is shared by the near-optimal solutions of many optimization problems of complex functions, i.e. corrugated landscapes in Kauffman’s language. These results are derived from the study of spin glass model, but they have wider implications. It is possible that the kind of structures that arise in these cases is present in many other apparently unrelated problems. Before to go on with our considerations, we have to pick in mind two main complementary ideas about complexity. (i) According to the prevalent and usual point of view, the essence of complex systems lies in the emergence of complex structures from the non-linear interaction of many simple elements that obey simple rules. Typically, these rules consist of 0–1 alternatives selected in response to the input received, as in many prototypes like cellular automata, Boolean networks, spin systems, etc. Quite intricate patterns and structures can occur in such systems. However, what can be also said is that these are toy systems, and the systems occurring in reality rather consist of elements that individually are quite complex themselves. (ii) So, this bring a new aspect that seems essential and indispensable to the emergence and functioning of complex systems, namely the coordination of individual agents or elements that themselves are complex at their own scale of operation. This coordination dramatically reduces the degree of freedom of those participating agents. Even the constituents of molecules, i.e. the atoms, are rather complicated conglomerations of subatomic particles, perhaps ultimately excitations of patterns of superstrings. Genes, the elementary biochemical coding units, are very complex macromolecular strings, as are the metabolic units, the proteins. Neurons, the basic elements of cognitive networks, themselves are cells. In those mentioned and in other complex systems, it is an important feature that the potential complexity of the behaviour of the individual agents gets dramatically simplified through the global interactions within the system. The individual degrees of freedom are drastically reduced, or, in a more formal terminology, the factual space of the system is much smaller than the product of the state space of the individual elements. That is one key aspect. The other one is that on this basis, that is utilizing the coordination between the activities of its members, the system then becomes able to develop and express a coherent structure at a higher level, that is, an emergent behaviour (and emergent properties) that transcends what each element is individually capable of. (shrink)

Scientific models share one central characteristic with fiction: their relation to the physical world is ambiguous. It is often unclear whether an element in a model represents something in the world or presents an artifact of model building. Fiction, too, can resemble our world to varying degrees. However, we assign a different epistemic function to scientific representations. As artifacts of human activity, how are scientific representations allowing us to make inferences about real phenomena? In reply to this concern, philosophers of (...) science have started analyzing scientific representations in terms of fictionalization strategies. Many arguments center on a dyadic relation between the model and its target system, focusing on structural resemblances and “as if” scenarios. This chapter provides a different approach. It looks more closely at model building to analyze the interpretative strategies dealing with the representational limits of models. How do we interpret ambiguous elements in models? Moreover, how do we determine the validity of model-based inferences to information that is not an explicit part of a representational structure? I argue that the problem of ambiguous inference emerges from two features of representations, namely their hybridity and incompleteness. To distinguish between fictional and non-fictional elements in scientific models my suggestion is to look at the integrative strategies that link a particular model to other methods in an ongoing research context. To exemplify this idea, I examine protein modeling through X-ray crystallography as a pivotal method in biochemistry. (shrink)

A classic analytic approach to biological phenomena seeks to refine definitions until classes are sufficiently homogenous to support prediction and explanation, but this approach founders on cases where a single process produces objects with similar forms but heterogeneous behaviors. I introduce object spaces as a tool to tackle this challenging diversity of biological objects in terms of causal processes with well-defined formal properties. Object spaces have three primary components: (1) a combinatorial biological process such as protein synthesis that generates (...) objects with parts that are modular, independent, and organized according to an invariant syntax; (2) a notion of “distance” that relates the objects according to rules of change over time as found in nature or useful for algorithms; (3) mapping functions defined on the space that map its objects to other spaces or apply an evaluative criterion to measure an important quality, such as parsimony or biochemical function. Once defined, an object space can be used to represent and simulate the dynamics of phenomena on multiple scales; it can also be used as a tool for predicting higher-order properties of the objects, including stitching together series of causal processes. Object spaces are the basis for a strategy of theorizing, discovery, and analysis in biology: as heuristic idealizations of biology, they help us transform inchoate, intractable problems into articulated, well-structured ones. Developing an object space is a research strategy with a long, successful history under many other names, and it offers a unifying but not overreaching approach to biological theory. (shrink)

Previous studies have shown that zinc deficiency leads to apoptosis of neuronal precursor cells in vivo and in vitro. In addition to the role of p53 as a nuclear transcription factor in zinc deficient cultured human neuronal precursors (NT-2), we have now identified the translocation of phosphorylated p53 to the mitochondria and p53-dependent increases in the pro-apoptotic mitochondrial protein BAX leading to a loss of mitochondrial membrane potential as demonstrated by a 25% decrease in JC-1 red:green fluorescence ratio. Disruption (...) of mitochondrial membrane integrity was accompanied by efflux of the apoptosis inducing factor (AIF) from the mitochondria and translocation to the nucleus with a significant increase in reactive oxygen species (ROS) after 24 h of zinc deficiency. Measurement of caspase cleavage, mRNA, and treatment with caspase inhibitors revealed the involvement of caspases 2, 3, 6, and 7 in zinc deficiency-mediated apoptosis. Down-stream targets of caspase activation, including the nuclear structure protein lamin and polyADP ribose polymerase (PARP), which participates in DNA repair, were also cleaved. Transfection with a dominant-negative p53 construct and use of the p53 inhibitor, pifithrin- ␮, established that these alterations were largely dependent on p53. Together these data identify a cascade of events involving mitochondrial p53 as well as p53-dependent caspase-mediated mechanisms leading to apoptosis during zinc deficiency. (shrink)

Sheep production is the most representative livestock activities in Brazil and in the world. However, the reproductive performance of these animals is determined by factors genetic, physical environment, management and, especially, nutritional. Thirty half-breed lambs from Dorper × Santa Inês were used, with initial weight and age of 31.87 ± 0.5 kg and 157 days, respectively. These animals were prepared on a diet with three food levels (ad libitum, 30% and 70%). Morphometric measurements were measured at intervals of 16 to (...) 20 days in 56 experimental days. The measurements performed were scrotal circumference (CE), chest circumference (CT), body condition score (ECC), withers height (AC) and scrotal bag thickness (EBE), body weight (CP) and semen collection. Interaction occurrence for biometric measurements between food levels and age (p <0.05). The TC and ECC values were higher in animals fed ad libitum (p <0.001). EBE had higher values in animals ad libitum and at 211 days of age (p <0.001). The CP was increasing for the animals ad libitum and (p <0.05) throughout the experiment, while the T30 was only in the initial period. T70 animals did not grow during the whole experiment. CE was influenced by diet (p <0.001) and age (p <0.001) independently. So that animals under food restriction had less development and was higher in older animals. The AC values were influenced only by age (p <0.001), demonstrating the effect of age growth. We conclude that it is not advantageous to submit lambs, it corrects food reproduction. Although it was not possible to assess whether initial malnutrition would bring future problems for the animal's seminal quality, it proved to be immensely negative for the onset of puberty and the development of reproductive structures. -/- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AKUMBUGU, F. E., et al. 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Plants have evolved with complex signaling circuits that operate under multiple conditions and govern numerous cellular functions. Stress signaling in plant cells is a sophisticated network composed of interacting proteins organized into tiered cascades where the function of a molecule is dependent on the interaction and the activation of another. In a linear scheme, the receptors of cell surface sense the stimuli and convey stress signals through specific pathways and downstream phosphorylation events controlled by mitogen-activated protein (MAP) kinases and (...) second messengers, leading to appropriate adaptive responses. The specificity of the pathway is guided by scaffolding proteins and docking domains inside the interacting partners with distinctive structures and functions. The flexibility and the fine-tuned organization of the signaling molecules drive the activated MAP kinases into the appropriate location and connection to control and integrate the information flow. Here, we overview recent findings of the involvement of MAP kinases in major abiotic stresses (drought, cold and temperature fluctuations) and we shed light on the complexity and the specificity of MAP kinase signaling modules. (shrink)

Advances in biology, at least over the past two centuries, have mostly relied on theories that were subsequently revised, expanded or eventually refuted using experimental and other means. The field of theoretical biology used to primarily provide a basis, similar to theoretical physics in the physical sciences, to rationally examine the frameworks within which biological experiments were carried out and to shed light on overlooked gaps in understanding. Today, however, theoretical biology has generally become synonymous with computational and mathematical biology. (...) This could in part be explained by a relatively recent tendency in which a "data first", rather than a "theory first", approach is preferred. Moreover, generating hypotheses has at times become procedural rather than theoretical, therefore perhaps inadvertently leading some hypotheses to become perfunctory in nature. This situation leaves our understanding enmeshed in data, which should be disentangled from much noise. Given the many unresolved questions in biology and medicine, big and small, ranging from the problem of protein folding to unifying causative frameworks of complex non-Mendelian human diseases, it seems apt to revive the role of pure theory in the biological sciences. This paper, using the current biomedical literature and historical precedents, makes the case for a "philosophical biology" (philbiology), distinct from but quite complementary to philosophy of biology (philobiology), which would entail biological investigation through philosophical approaches. Philbiology would thus be a reincarnation of theoretical biology, adopting the true sense of the word "theory" and making use of a rich tradition of serious philosophical approaches in the natural sciences. A philbiological investigation, after clearly defining a given biological problem, would aim to propose a set of empirical questions, along with a class of possible solutions, about that problem. Importantly, whether or not the questions can be tested using current experimental paradigms would be secondary to whether the questions are inherently empirical or not. These issues will be illustrated using a range of specific examples. The final goal of a philbiological investigation would be to develop a theoretical framework that can lead observational and/or interventional experimental studies of the defined problem, a framework that is structured, generative and expandable, and, crucially, one that simplifies some aspect(s) of the said problem. (shrink)

Today the whole world is facing a very difficult time due to corona virus which initially originated in Wuhan city of China. In China an unusual pneumonia was noticed earlier which later recognized as a pandemic. There have been two events in the past wherein crossover of animal corona viruses to humans has resulted in severe disease, one was SARS-CoV and the other was MERS-CoV. The genetic sequence of the COVID19 showed more than 80% similarities to SARS-CoV and 50% to (...) the MERSCoV. Corona viruses are enveloped positive sense single-stranded RNA virus belongs to a large family in which all strains of the family do not have virulent capacity. World Health Organisation has classified COVID-19 as a β CoV of group 2B. Structurally, SARS-CoV-2 has four main structural proteins and several accessory proteins through which it enters into the cell. This virus enters the through ACE2 receptors, which are found on various organs in human body. After entering into one body, it enters to another body via transmission through sneezing, coughing etc. People who have had diabetes, chronic respiratory disease, cardiovascular disease, or even high blood pressure and cancer are at higher risk of coronavirus. (shrink)

GAMETOGÊNESE -/- Emanuel Isaque Cordeiro da Silva Instituto Agronômico de Pernambuco Departamento de Zootecnia – UFRPE Embrapa Semiárido -/- • _____OBJETIVO -/- Os estudantes bem informados, estão a buscando conhecimento a todo momento. O estudante de Veterinária e Zootecnia, sabe que a Reprodução é uma área de primordial importância para sua carreira. Logo, o conhecimento da mesma torna-se indispensável. No primeiro trabalho da série fisiologia reprodutiva dos animais domésticos, foi abordado de forma clara, didática e objetiva os mecanismos de diferenciação (...) sexual dos embriões em desenvolvimento, quais os genes envolvidos nesse processo e tudo mais. Nesse segundo trabalho, a abordagem será teórica, mas também clara, sobre a formação primordial dos gametas femininos e masculinos, através da ovogênese nas fêmeas e a espermatogênese nos machos. Esse trabalho visa levar a importância do processo de formação dos gametas e a produção hormonal das gônadas, bem como o entendimento sobre as interações com o eixo hipotálamo-hipofisário. -/- •____INTRODUÇÃO -/- A reprodução sexual é um processo mediante a qual dois organismos da mesma espécie unem seu material genético para dar lugar a um organismo fixo com combinação única de genes; para isso, cada organismo produz células que contém a metade do material genético característico da espécie. Essas células haploides (1n) são denominadas gametas; ao combinar-se um gameta masculino com um feminino produz-se uma célula diploide (2n) (zigoto ou ovo) a partir da qual se forma o embrião. A grande maioria das espécies com reprodução sexual são anisogâmicas, o que significa que produzem dois tipos de gametas diferentes: os gametas masculinos são microscópios, móveis e produzem-se em grande quantidade, enquanto que os femininos são grandes, imóveis e produzem-se em menor quantidade. O tipo de gameta que um indivíduo produz é o que define seu sexo; sobre os animais o macho é o indivíduo que produz grandes quantidades de espermatozoides e a fêmea produz uma menor quantidade de óvulos, enquanto que nas plantas as gônadas masculinas são as produtoras pólen e as femininas produzem oosferas. Os gametas são diferentes do resto das células do organismo, as quais se chamam células somáticas; essas últimas são diploides porque contém dois pares de cromossomos, um par herdado do pai do indivíduo e o outro da mãe. As células somáticas, ademais, se dividem por mitose, ao qual os cromossomos se duplicam antes de cada divisão celular e cada uma das células filhas recebe um complemento diploide idêntico dos cromossomos, logo todas as células somáticas de um indivíduo possuem o mesmo material genético, embora cada tipo celular expresse diferentes combinações de genes. Em contraponto, os gametas são células haploides porque possuem somente um par de cromossomos e a metade do material genético característico da espécie. Cada um dos cromossomos em um gameta é resultado da recombinação dos genes contidos nos cromossomos paterno e materno do indivíduo que originam o gameta, e cada um destes possuem uma combinação única de genes. Os gametas se formam a partir das células germinais, que são células que em sua origem são diploides e elas de “comprometem” a manter-se como uma linha celular especial que em determinado momento sofrerá o processo de meiose para dar origem aos gametas haploides, sejam óvulos ou espermatozoides segundo o sexo do animal. Como descrito no trabalho sobre a diferenciação sexual, as células germinativas primordiais originam-se no epiblasto do embrião, e migram desde o saco vitelino até colonizar as cristas gonodais, onde, por sua vez, proliferam-se e se organizam junto com as células somáticas da gônada primitiva para formar o testículo ou o ovário. As células germinais masculinas e femininas tem a mesma origem embrionária. As gônadas indiferenciadas em um embrião possuem três tipos celulares: as células que dão origem aos gametas (ovogonia ou espermatogonia), as precursoras de células que nutrem os gametas em desenvolvimento (células da granulosa no ovário; células de Sertoli no testículo) e as precursoras de células que secretam hormônios sexuais (células da teca no ovário; células de Leydig no testículo). As células germinais são as únicas estruturas do organismo que têm a capacidade de dividir-se por meiose sofrendo uma redução no número de seus cromossomos, sendo responsável pela transmissão da carga genética aos descendentes. Em contraste, as células somáticas somente se dividem por mitose. A formação dos gametas compreende fases sequenciais de mitose, meiose e pós-meiose. Esses processos são altamente organizados e necessitam de um preciso e bem coordenado programa de expressão genética. Uma das características importantes da gametogênese é a redução cromossômica, que através da meiose, reduz pela metade o número de cromossomos e produz células distintas entre si, devido a trocas de material genético entre os pares de cromossomos provenientes do pai e da mãe, o que ocorre no processo de “crossing over” durante a primeira fase da meiose. A gametogênese é o processo mediante o qual as células germinais de cada sexo se multiplicam, dividem e diferenciam até formar os gametas. No caso da formação dos gametas masculinos o processo recebe o nome específico de espermatogênese, e para os gametas femininos é denominado como ovogênese. Embora os dois processos alcancem o objetivo comum de produção das células haploides, por onde compartilham algumas características, existem diferenças marcadas entre eles devido a necessidade de produzir um número muito distinto de gametas, de tamanho diferente, e com características de motilidade também distintas. -/- •___ESPERMATOGÊNESE -/- A espermatogênese é o processo mediante o qual se produz os gametas masculinos denominados espermatozoides. Durante a vida fetal as células germinais e as células somáticas do testículo em formação organizam-se em túbulos seminíferos que se derivam dos cordões sexuais primários e conformam a maior parte da medula do testículo. Na etapa fetal cada tubo seminífero é delimitado por uma membrana basal, recoberta na parte interior pelas células precursoras das células de Sertoli (um tipo de células somáticas). No exterior do túbulo localizam-se as células precursoras das células de Leydig ou intersticiais (figura 1), que também são células somáticas. Entre a membrana basal e as células de Sertoli encontram-se algumas células germinais denominadas espermatogonias de reserva A0 (denominadas gonócitos) que serão o único tipo de células germinais presentes no testículo enquanto o animal não alcançar a puberdade. As células de Sertoli estabelecem na região basal uniões oclusoras entre si, formando parte da barreira hemato-testicular. As espermatogonias A0 localizam-se por dentro da membrana basal do túbulo seminífero, embora fora da barreira hemato-testicular. Figura 1: fase neonatal. Nota-se a grande infiltração de tecido intersticial em quase 50% da seção originando que os túbulos sejam pequenos e redondos em sua maioria. O citoplasma e núcleo das células pré-Leydig são notadas claramente por essa ser uma espécie suína onde o tecido intersticial está claramente diferenciado. Hematoxilina-eosina (X 220.5). Fonte: Embrapa. -/- O número de células de Sertoli no testículo depende da influência do hormônio folículo estimulante (FSH) presente durante a vida fetal e as primeiras etapas de vida pós-natal. A população de células de Sertoli ao chegar a puberdade se manterá fixa durante o resto da vida do animal; existe uma relação positiva entre o tamanho e a população de células de Sertoli e a capacidade de produção de espermatozoides do testículo. As células de Sertoli são as únicas células somáticas que estão no epitélio seminífero, e sua função é a nutrição, sustentação e controle endócrino das células germinais. As células de Sertoli participam ativamente no processo de liberação dos espermatozoides para a luz do túbulo. Nesse momento, as células de Sertoli realizam a fagocitose de parte do citoplasma do espermatozoide dos chamados corpos residuais. As células de Sertoli também fagocitam as células germinais que se degeneram no curso normal da espermatogênese. Essas células ainda sintetizam grande quantidade de proteínas, como por exemplo as proteínas ABP (androgen hinding protein), que transportam andrógenos para todo o aparelho reprodutivo, transferrinas, que transportam ferro para a respiração celular das células germinais e também às inibinas, que regulam a liberação de FSH pela hipófise, através de um sistema de retroalimentação (feedback) negativa (figura 2). Figura 2: epitélio seminífero, células de Sertoli (flecha) (400 X). Fonte: Embrapa. -/- Antes da puberdade dos túbulos seminíferos observam-se ao corte como estruturas de diâmetro pequeno, sem luz, e conformados unicamente pelas células de Sertoli e espermatogonias de reserva e rodeados por abundante tecido intersticial, ao que estão presentes as células precursoras das células de Leydig. Ainda antes da puberdade, a diferenciação celular manifesta-se primeiro pela presença de espermatócitos primários, os quais se degeneram em geral na fase de paquíteno, por falta de estimulação hormonal. A partir de que o animal chega a puberdade inicia-se o processo de espermatogênese, que se manterá durante toda a vida do animal, exceto em espécies de animais silvestres muito estacionais, ao qual pode se suspender durante a época não reprodutiva para voltar e ser retomada na época ou estação reprodutiva. Depois da puberdade, os túbulos seminíferos possuem um diâmetro muito maior; em seu interior observa-se um grande número de células germinais de todos os tipos, diferentes estádios de divisão, e em seu lúmen contém líquido e espermatozoides. Ainda sobre o alcancei da puberdade, as espermatogonias começam a dividir-se aceleradamente por mitose, enquanto que no espaço intersticial as células mesenquimais também começam a se diferenciar e a dar origem as células de Leydig (figura 3). A partir dessa etapa as células de Leydig (totalmente diferenciadas) são também evidentes no exterior do túbulo, junto com as células mioides ou peritubulares que o rodeiam o que ao contrair-se são responsáveis por controlar o avanço dos fluidos e as células presentes no lúmen do túbulo. As células mioides estão situadas ao redor do túbulo, e é creditado a elas a promoção da contração e da integridade estrutural do túbulo. Esse tipo celular apenas se diferencia na puberdade pela ação dos andrógenos (figura 4). As interações entre as células de Sertoli e as mioides parecem ter um papel importante na manutenção das funções do testículo. Durante o processo de espermatogênese, as espermatogonias de reserva dividem-se periodicamente e enquanto algumas células fixas permanecem como espermatogonias de reserva, outras proliferam e sofrem uma seção de divisões mitóticas durante as quais se vão diferenciando até formarem espermatócitos primários (espermatocitogênese ou fase de mitose), logo sofrem divisões especiais mediante as quais reduzem seu número de cromossomos (fase de meiose), e ao final trocam de forma para converter-se em espermatozoides (espermatocitogênese) (figura 5). Cada uma dessas etapas da espermato- gênese será descrito detalhadamente adiante, antes é necessário a explicação de algumas características das células de Sertoli e de Leydig que ajudarão a entender seu papel durante a espermatogênese. Figura 3: células de Leydig no espaço intersticial do testículo bovino adulto PAS (400 X). Fonte: Embrapa. -/- Figura 4: o estabelecimento da puberdade pela presença de espermatozoides no túbulo. Hematoxilina-eosina (400 X). Fonte: Embrapa. Figura 5: fases mitóticas das espermatogonias (A0 e B) para formação de um espermatócito primário e as duas fases de meiose que se sucedem antes da espermatogênese. Fonte: ZARCO, 2018. -/- Ao início da espermatocitogênese as uniões oclusoras entre as células de Sertoli se abrem por etapas (como as comportas de um submarino) para permitir a passagem das espermatogonias em direção ao centro do túbulo seminífero sem que se estabeleça uma continuidade entre o exterior e o interior da barreira hemato-testicular. Uma vez ultrapassada essa barreira, as sucessivas gerações de espermatogonias, espermatócitos, espermátides e espermatozoides irão se localizar em direção ao interior do túbulo seminífero, em estreita associação com as células de Sertoli. Em consequência, as células de Sertoli dividem o túbulo seminífero em dois compartimentos; o compartimento basal (debaixo das uniões oclusoras das células de Sertoli), ao qual residem as espermatogonias de reserva, e o compartimento adluminal (em direção ao centro do túbulo), cujos espaços entre as células de Sertoli desenvolvem o resto do processo de espermatogênese (meiose e espermatocitogênese). Esse feito é importante porque durante a vida fetal as únicas células germinais existentes eram as espermatogonias de reserva, pelo que os antígenos expressados por gerações mais avançadas (espermatogonias intermediárias, secundárias, espermátides e espermatozoides) não são reconhecidos como próprios do corpo pelo sistema imunológico. Logo, o anterior implica que deve existir uma barreira entre eles e o sangue para evitar um ataque imunológico. Em todas as etapas da espermatogênese, as células de Sertoli atuam como células de suporte para as células germinais, que sempre permanecem recoberta pela membrana das células de Sertoli. Também atuam como células nutricionais já que proporcionam o meio em que as células germinais se desenvolvem e maturam, assim como as substâncias que regulam e sincronizam as sucessivas divisões e transformações das células germinais. As células de Sertoli produzem hormônios, como estrógenos e inibina que atuam sobre a hipófise para regular a secreção das gonadotropinas que controlam a espermatogênese. As células de Leydig que residem no exterior do túbulo seminífero também são importantes para a espermatogênese: produzem a testosterona que estimula e mantém a espermatogênese, bem como serve como substrato sobre o qual atua como aromatizador das células de Sertoli para transformá-las em estrógenos. Como supracitado, para seu estudo podemos dividir a espermatogênese em três fase: espermatocitogênese, meiose e espermiogênese (figura 6). Agora, serão descritas cada uma dessas etapas. Em algumas espécies, incluindo no homem, os macrófagos representam o segundo tipo celular intersticial mais numeroso no testículo, depois das células de Leydig. Os macrófagos e vários subtipos de linfócitos são identificados nós testículos de ovinos e ratos. Eles estão intimamente associados com as células de Leydig e atuam juntamente na regulação da esteroidogênese. Figura 6: fluxograma da espermatogênese. -/- Espermatocitogênese -/- A espermatocitogênese, também chamada de etapa proliferativa ou de mitose, consiste numa série de divisões mitóticas sofridas pelas células descendentes de uma espermatogonia de reserva. Uma vez que a célula se divide, abandona o estado de reserva e começa um processo de diferenciação. As espermatogonias de reserva (denominadas espermatogonias A0 na rata ou As nos humanos) são células que existem desde a vida fetal e que permanecem mitoticamente inativas durante a infância. Uma vez que alcançam a puberdade começam a dividir-se em intervalos regulares, e as células filhas podem permanecer como espermatogonias de reserva ou abandonar a reserva e ingressar na dita espermatocitogênese. Uma vez abandonada a reserva, as células filhas que vão se formando em cada divisão permanecem unidas por pontes citoplasmáticas, constituindo um clone que se divide sincronicamente. As células que se formam depois de cada divisão continuam sendo espermatogonias, porém cada geração é ligeiramente diferente da anterior. Na rata, por exemplo, as espermatogonias tipo A0 ao dividir-se originam espermatogonias do tipo A1, que em sucessivas divisões formam espermatogonias dos tipos A2, A3 e A4, as quais, por sua vez, sofrem outra mitose para formar espermatogonias intermediárias e uma mais para formar espermatogonias do tipo B. Essas últimas se diferenciam (sem se dividir) em espermatócitos primários, processo em que termina a fase de espermatocitogênese, que literalmente significa processo de geração de espermatócitos. As espermatogonias tipo A0 são a fonte para a contínua produção de gametas. A metade delas se dividem e formam células iguais (as chamadas células tronco) e a outra metade forma as espermatogonias A1, que sofre novas divisões mitóticas e formam os tipos 2, 3 e 4. O tipo A4 sofre mitose para formar a intermediária (A In), que por mitose, forma a tipo B (figura 6). Esses tipos de espermatogonias podem ser identificadas em evoluções histológicas de acordo com sua organização topográfica na membrana basal dos túbulos seminíferos ou mediante seu conteúdo de heterocromatina. Outra maneira de diferenciação se baseia em marcadores moleculares específicos que distinguem as espermatogonias tronco (A0) das demais, com os fins de isolamento, desenvolvimento in vitro e transplante. As tipo B passam por mitose para formarem os espermatócitos primários; estes iniciam a primeira etapa da meiose formando os espermatócitos secundários; na segunda etapa da divisão meiótica, cada espermatócito secundário se divide e formam as chamadas espermátides. Quando o testículo alcança seu desenvolvimento total, a meiose completa-se e as espermátides originadas se convertem em espermatozoides. Um dos maiores sinais característicos desse fenômeno é o alargamento das espermátides e sua migração em direção ao lúmen do túbulo seminífero (figuras 4, 7 e 8). Figura 7: espermatogonias marcadas por imuno-histoquímica, anticorpo monoclonal TGFa (400 x). Figura 8: fases de divisões meióticas (M), espermatócitos em paquíteno (PA) e espermatócitos secundários (ES). -/- Figura 9: estádio posterior a liberação dos espermatozoides na luz do túbulo. Hematoxilina-eosina (400 x). Mediante as seis divisões mitóticas que ocorrem durante a espermatocitogênese se forma potencialmente um clone de 64 espermatócitos primários a partir de cada espermatogonia A que ingressa sobre o processo. Não obstante, algumas células sofrem apoptose em cada uma das etapas do processo, ao qual o número real formado é menor. Em outras espécies produzem-se um transcurso similar de divisões mitóticas sucessivas durante a espermatocitogênese, embora a nomenclatura utilizada possa ser distinta, por exemplo nos bovinos as duas últimas divisões mitóticas dão origem as espermatogonias de tipo B1 e B2. -/- Meiose -/- Uma vez que as espermatogonias B se diferenciam em espermatócitos primários, esses iniciam a etapa de meiose, com uma nova divisão; desta vez a divisão é do tipo meiótica. Ao completar-se a primeira divisão meiótica (meiose I) se obtém os espermató-citos secundários, que ao sofrer a segunda divisão meiótica (meiose II) dão origem as espermátides. Vale salientar que a meiose é o processo mediante o qual reduz-se a metade do número de cromossomos, pelo que as espermátides que se obtém são células haploides (1n). Os espermatócitos secundários que se formam depois da primeira divisão meiótica contém a metade do número normal de cromossomos, porém a mesma quantidade de DNA já que cada cromossomo é duplo. As espermátides formadas na conclusão da segunda divisão meiótica (figura 7), por sua vez, contém a metade dos cromossomos, e esse já não são duplos, já que se trata de células 1n. Também deve-se enfatizar que durante a meiose é relevante o entrecruzamento dos cromossomos homólogos, pelo que cada espermátide possui uma combinação única e diferente de genes paternos e maternos. Outro ponto que deve ser levado em consideração é que cada espermátide somente possui um cromossomo sexual; a metade das espermátides contém o cromossomo X herdado da mãe do macho que está levando a cabo a espermatogênese e a outra metade contém o cromossomo Y herdado de seu pai. Para cada espermatócito primário que entra no processo de meiose obtém-se cerca de quatro espermátides, pelo qual ao ser completada a meiose potencialmente se poderiam formar até 256 espermátides por cada espermatogonia que abandona a reserva e ingressa na espermatocitogênese. -/- Espermiogênese -/- Durante a espermiogênese, também chamada de fase de diferenciação, as esper-mátides sofrem, sem se dividir, uma metamorfose que as transforma em espermatozoides, os quais finalmente são liberados das células de Sertoli em direção ao lúmen do túbulo seminífero. A espermiogênese é um processo complicado e longo já que a espermátide deve sofrer complexas trocas nucleares, citoplasmáticas e morfológicas que resultam na forma-ção dos espermatozoides. Algumas dessas mudanças incluem a condensação do material nuclear para formação de um núcleo plano e denso, a eliminação do citoplasma para a constituição de uma célula pequena, a formação de uma estrutura especializada denomi-nada acrossomo ou tampa cefálica, e a formação do pescoço e da cauda (flagelo) do esper-matozoide, do que depende a sua motilidade. Durante a maior parte da espermiogênese, as espermátides se mantém com uma estreita associação com as células de Sertoli; logo, chega-se a observar, então, flagelos que se projetam em direção a luz do túbulo que pare-cem sair das células de Sertoli, sendo na realidade os flagelos dos espermatozoides que ainda não tinham sido liberados pelo lúmen. Ao liberar os espermatozoides em direção a luz do túbulo, as células de Sertoli realizam a fagocitose de parte do citoplasma dos espermatozoides (corpos residuais). Também fagocitam os restos de todas as células germinais que sofrem apoptose ou degeneram-se durante a espermatogênese. Credita-se que ao realizar essas funções as células de Sertoli podem fazer uma monitoração eficiente da espermatogênese, o que lhes permitiria emitir sinais para colaborar na regulação desse processo em nível gonodal e a nível sistêmico através da secreção de hormônios como a inibina e o estradiol. Além da inibina e activina, as células de Sertoli sintetizam outras proteínas, como a ABP (proteína ligadora de andrógenos) que serve como uma molécula de transporte de andrógenos dentro dos túbulos seminíferos, ductos deferentes e epidídimo, ou a transfer-rina, que transporta o ferro necessário para a respiração celular. -/- Resultados da espermatogênese -/- O resultado da espermatogênese não significa apenas uma simples multiplicação das células germinais (até 256 espermatozoides a partir de cada espermatogonia A1), senão que através dela são produzidos gametas haploides pequenos, móveis e com grande diversidade genética entre eles, ao mesmo tempo que se mantêm uma reversa de células mãe (espermatogonias A0) a partir das quais se poderiam originar novos ciclos de esper-matogênese durante o resto da vida do animal. -/- Controle hormonal da espermatogênese -/- Como mencionado, o FSH reproduz um importante papel para o estabelecimento das células de Sertoli durante a vida fetal e início da vida pós-natal. O começo da esper-matogênese também é estimulado pelo FSH, que atua sobre as células de Sertoli para estimular sua função e a ativação de sinais dessas células em direção as células germinais, incluindo-as a abandonar a reserva e ingressar na espermatogênese. O FSH, assim mesmo, estimula a mitose durante o resto da espermatogênese e aumenta a eficiência do processo, já que reduz a apoptose e a degeneração de espermatogonias intermediárias e do tipo B. O FSH também estimula as células de Sertoli para produzirem inibina e ABP. Uma vez iniciada a espermatogênese somente requerem níveis baixos de FSH para se mantê-la. As células de Sertoli também devem ser estimuladas pela testosterona para funcio-nar de maneira adequada; se requer também do LH hipofisário: hormônio que estimula as células de Leydig para produzir testosterona. Por sua vez, a secreção de LH e FSH é regulada pelo GnRH hipotalâmico: esse neurohormônio também faz parte do mecanismo de regulação da espermatogênese. A espermatogênese também é modulada em nível local mediante a produção de determinados fatores e interações entre as células. Dentro dos fatores locais podemos mencionar o fator de crescimento parecido com a insulina 1 (IGF-1), o fator de crescimen-to transformante beta (TGF- β), activina, ocitocina e diversas citocinas. Entre as intera-ções celulares existem tanto uniões de comunicação entre as células de Sertoli e as células germinais, como pontes citoplasmáticas entre todas as células germinais que formam o clone de células descendentes de uma espermatogonia A1. Uma vez que as células de Sertoli iniciam sua função na puberdade é possível manter experimentalmente a espermatogênese somente com testosterona, sem ser requeri-dos nenhum outro hormônio. A quantidade de espermatozoides produzidos, no entanto, é maior quando há presença do FSH. Abaixo do estímulo do FSH as células de Sertoli produzem estradiol e inibina, hormônios que geram uma retroalimentação sobre o eixo hipotálamo-hipofisário para a regulação da secreção de gonadotropinas. Em particular, a inibina reduz a secreção de FSH, pelo qual é factível que sirva como um sinal que evite uma excessiva estimulação as células de Sertoli. -/- Ciclo do epitélio seminífero -/- Em cada espécie as espermatogonias de reserva iniciam um novo processo de divi-sões celulares em intervalos fixos: a casa 14 dias no touro; 12 dias no garanhão e a cada 9 dias no cachaço (reprodutor suíno). A nova geração de células que começam a proliferar sobre a base do tubo deslocam-se em direção ao centro do túbulo a geração anterior, que por sua vez deslocam-se as gerações anteriores. Devido as mudanças que vão sofrendo cada geração celular se ajustam a tempos característicos de cada etapa, já que rodas as células em uma determinada seção do túbulo estão sincronizadas entre si pelas células de Sertoli; em cada espécie somente é possível encontrar um certo número de combinações celulares: 14 diferentes combinações no caso da rata, 8 no touro e 6 no ser humano. A sucessão de possíveis combinações até regressar a primeira combinação se conhece como o ciclo do epitélio seminífero. Na maioria das espécies os espermatozoides que são libera-dos em direção a luz do túbulo provém das células que entraram no processo de esperma-togênese quatro gerações antes que a geração que está ingressando nesse momento, pelo que a espermatogênese no touro dura ao redor de 60 dias e um pouco menos em outras espécies domésticas. Significa que os efeitos negativos das alterações na espermatogêne-se podem estar presentes até dois meses depois de que se produziram essas alterações. Como supracitado, geralmente se observa a mesma combinação celular em toda a área de uma determinada secção transversal do túbulo seminífero. No entanto, se fizermos uma série de secções, observa-se que ao longo do túbulo há uma sucessão ordenada de combinações (a primeira em uma determinada secção; a segunda combinação na seguinte secção, e assim sucessivamente em secções subsequentes até regressar a primeira combi-nação. Teremos, então, que ao início da divisão das espermatogonias A1 se produz de forma sincronizada em uma secção do túbulo, e vai-se transmitindo como uma onda peristáltica as secções adjacentes. Esse processo é denominado como onda do epitélio seminífero e graças à esse túbulo seminífero sempre tem secções em todas as etapas da espermatogênese, com o que se alcança uma produção constante de espermatozoides. -/- Alterações da espermatogênese -/- Nas espécies estacionais a espermatogênese, como já mencionado, pode reduzir-se ou inclusive suspender sua atividade fisiológica durante a época não reprodutiva dessas espécimes, porém esse processo fisiológico não pode ser considerado como uma altera-ção. No entanto, a espermatogênese só pode ser alterada pelas enfermidades ou por fatores externos. A principal causa de alterações na espermatogênese é o aumento da temperatura testicular. Por isso, os testículos são localizados na saco escrotal e são “caídos” para fora do corpo como pode-se observar nos bovinos, caprinos, ovinos, caninos e no próprio homem. A temperatura testicular deve estar cerca de 2 a 6 °C abaixo da temperatura corporal normal. As células germinais masculinas são sensíveis ao calor, pelo qual na maioria dos mamíferos os testículos se encontram fora da cavidade abdominal e existe um sofisticado sistema de termorregulação para mantê-los a uma temperatura menor que a corporal. Se a temperatura corporal for elevada ou se os testículos permanecerem na cavidade abdominal, ou ainda se os sistemas termorreguladores do testículo sejam afetados por fatores inflamatórios como edema ou falta de mobilidade testicular dentro do escroto, a temperatura do tecido testicular aumentará e a espermatogênese sofrerá alterações proporcionais ao excesso de temperatura e a duração da elevação. A espermatogênese também pode ser afetada pela exposição a hormônios ou a outras substâncias. É possível que a causa mais comum (sobretudo no homem) seja o uso de esteroides anabólicos, que elevam a concentração de andrógenos na circulação, provo-cando um feedback negativo sobre a secreção de gonadotropinas. Ao deixar de estimular-se o testículo pelas gonadotropinas, este deixará de produzir testosterona, e as concentra-ções de andrógeno exógeno nunca alcançará as altíssimas concentrações de testosterona que normalmente estão presentes a nível do tecido testicular por ser o local onde se produz o hormônio. Também se supõe que diversas substâncias com propriedades estrogênicas derivadas de processos industriais (indústria dos plásticos, hidrocarbonetos etc.) e presentes no ambiente (fatores xenobióticos) podem ser responsáveis pelas alterações na espermatogênese em diversas espécies, entre as quais se inclui o ser humano. -/- • OVOGÊNESE E FOLICULOGÊNESE -/- A ovogênese é o processo seguido pelas células germinais da fêmea para a forma-ção dos óvulos, que são células haploides. Durante a vida fetal as células germinais proliferam-se no ovário por mitose, formando um grande número de ovogonias, algumas das quais se diferenciam em ovócitos primários que iniciam sua primeira divisão meiótica para deter-se na prófase da divisão. Somente alguns desses ovócitos primários retornarão e concluirão a primeira divisão meiótica em algum momento da vida adulta do animal, dando origem a um ovócito secundário e a um corpo polar. O ovócito secundário inicia a sua segunda divisão meiótica, a qual volta a ficar suspensa até receber um estímulo apropriado, já que somente os ovócitos secundários que são ovulados e penetrados por um espermatozoide retornam e concluem a segunda divisão meiótica, dando origem a um óvulo (figura 10). O processo de ovogênese é realizado dentro dos folículos ovarianos, que também tem que sofrer um longo transcurso de desenvolvimento e diferenciação denominado foliculogênese pelo que a ovogênese como tal realiza-se dentro do marco desse último processo. Por essa razão, na seguinte seção descreverei tanto a ovogênese como a folicu-logênese, e a relação que existe entre ambos. Figura 10: representação da ovogênese. Na etapa de proliferação, as células germinais se diferen-ciam por mitose. A meiose I se caracteriza por uma prófase prolongada, ocorrendo a duplicação do DNA. Nas duas divisões, que ocorrem antes da ovulação e depois da fertilização, a quantidade de DNA é reduzida a 1n, com o fim de que a fusão dos pronúcles (singamia) pós-fertilização, seja gerado um zigoto com um número de cromossomos de 2n (diploide). -/- Geração de ovócitos primários e folículos primordiais Tanto a ovogênese como a foliculogênese iniciam-se durante a vida fetal, quando as células germinais primordiais provenientes do saco vitelino colonizam a gônada primitiva e, junto com as células somáticas z organizam-se para a formação dos cordões sexuais secundários, que se desenvolvem principalmente no córtex do ovário. Nesse período, as células germinais que colonizaram o ovário sofrem até 30 divisões mitóticas, proliferando-se até formar milhares ou milhões de ovogonias, que inicialmente formam “ninhos” constituídos cada um deles por um clone de várias ovogonias que descendem da mesma célula precursora e que se mantêm unidas por pontes citoplasmáticas, sincronizan-do suas divisões mitóticas. Nessa etapa alcança-se a máxima população de células germinais no ovário, que antes de nascer se reduzirá drasticamente por apoptose. No ovário do feto humano chegam a haver até sete milhões de células germinais que ao nascimento se reduzem a dois milhões. Os ovários fetais do bovino, de maneira análoga, chegam a ter até 2.100.000 células germinais, que ao nascimento reduzem para 130.000 aproximadamente. A redução no número de ovogonias produz-se ao mesmo tempo que essas células, que vêm dividindo-se por mitose e estão agrupadas em ninhos, iniciam sua primeira divisão meiótica para se transformarem em ovócitos primários: células germinais que se encontram em uma etapa de suspensão (diplóteno) da prófase da primeira divisão meiótica. Nesse período produz-se uma grande proporção de células germinais; as células somáticas dos cordões sexuais, por sua vez, emitem projeções citoplasmáticas que separam a isolam os ovócitos primários sobreviventes, ficando cada um deles rodeados por uma capa de células aplanadas da (pré) granulosa. Ao mesmo tempo em que se forma uma membrana basal entre as células da granulosa e o tecido intersticial do ovário. Ao ovócito primário rodeado de uma capa de células da (pré) granulosa aplanadas e delimita-das por uma membrana basal denomina-se de folículo primordial (figura 11). Nas vacas os folículos primordiais bem formados já estão presentes nos ovários a partir do dia 90 da gestação. A maioria dos folículos primordiais com os que nasce uma fêmea se manterão inativos durante um longo tempo; muitos deles durante toda a vida do animal. Nos folículos primordiais inativos tanto os ovócitos primários como as células da granulosa conservam sua forma original e mantém um metabolismo reduzido estritamente ao mínimo necessário para manter-se viáveis. Por essa razão, ao realizar um corte histológico de qualquer ovário as estruturas mais numerosas que se observam serão os folículos primordiais. No entanto, cada dia da vida de um animal, inclusive desde a vida fetal, um certo número de folículos primordiais reiniciam seu desenvolvimento, e a partir desse momento um folículo exclusivamente pode ter dois destinos: o primeiro, prosseguir seu desenvolvi-mento até chegar a ovular, e o segundo (que é muito mais frequente) encontrar em algum momento condições inadequadas que fazem fronteira com ele para parar seu desenvolvi-mento, levando-o a sofrer atresia e degenerar até desaparecer do ovário. Figura 11: sequência da foliculogênese apresentando as diferentes estruturas que podemos encontrar em cada fase. Fonte: ZARCO, 2018. Culminação da ovogênese A ovogênese somente se completará quando um ovócito primário reinicia a meio-se; completa sua primeira divisão meiótica para formar um ovócito secundário e um primeiro corpo polar e, quando, finalmente sofrer uma segunda divisão meiótica para formar um óvulo e um segundo corpo polar. Os óvulos são as células 1n que constituem os gametas femininos, pouco numerosos, grandes e imóveis. A grande maioria dos ovóci-tos primários, como veremos mais adiante, nunca retomam a meiose e, em consequência, não chegam a formar ovócitos secundários, e muitos dos ovócitos secundários tampouco sofrem uma segunda divisão meiótica, pelo que não chegam a formar os óvulos. Ao longo da vida de uma fêmea, na maioria das espécies, menos de 0,1% dos ovócitos primários (um a cada mil) chega a terminar a ovogênese, dando origem a um óvulo. O supracitado deve-se a que a ovogênese somente pode retomar-se e ser completa-da em ovócitos primários que se encontram dentro dos folículos primordiais que (uma vez ativados) vão alcançando diversas etapas de seu desenvolvimento em momentos precisos aos que encontram as condições ideais de oxigenação, nutrição, vascularização e exposição a fatores parácrinos e a exposição a concentrações de hormônios que se requerem para que o folículo continue em cada etapa de seu desenvolvimento com o processo de foliculogênese até chegar a ovular. Qualquer folículo que não esteja nessas condições ao longo do desenvolvimento sofrerá degeneração e atresia, pelo que o ovócito primário em seu interior nunca chegará ao ponto em que pode retomar a primeira divisão meiótica. No que resta da presente seção revisaremos o processo de foliculogênese em cujo marco se desenvolve a ovogênese; havemos que tomar de conta que essa última se limita ao que ocorre nas células germinais (ovogonia, ovócito primário, secundário e óvulo), pelo qual depende intimamente do desenvolvimento do folículo de que essas células formam parte. Em um princípio a ativação do folículo primordial e o desenvolvimento folicular são independentes das gonadotropinas: não se conhecem os mecanismos precisos median-te os quais um folículo primordial se ativa e reinicia seu desenvolvimento, nem como se decide quais folículos, dentre as dezenas de milhares de ou centenas de milhares presentes em um ovário se reativarão em um dia em particular. A reativação trata-se de uma liberação de influência de fatores inibidores, já que os folículos primordiais se reativam espontaneamente quando cultivados in vitro, isolados do resto do tecido ovariano. Uma vez que um folículo primordial se ativa, inicia-se um longo processo de desenvolvimento que somente depois de vários meses (ao redor de cinco meses no caso dos bovinos) o levará a um estádio em que seu desenvolvimento posterior requer a presença das gonado-tropinas; daí que se diz que as primeiras etapas do desenvolvimento são independentes das gonadotropinas. Durante a fase independente de gonadotropinas, um folículo primordial que tenha sido ativado e tenha começado a crescer; passará primeiro para a etapa de folículo primá-rio, caracterizada por conter um ovócito primário que está rodeado, por sua vez, por uma capa de células da granulosa, que não são planas, e sim cúbicas. Depois, se o folículo continuar crescendo se transformará em um folículo secundário, ao qual as células da granulosa começam a proliferar (aumentando em número) e se organizam em duas ou mais capas que rodeiam o ovócito primário. Entre o ovócito e as células da granulosa que o rodeiam se forma nesta uma zona pelúcida; ainda assim o ovócito mantém contato direto com essas células, mediante o estabelecimento de pontes citoplasmáticas que atravessam a zona pelúcida. Através dessas pontes citoplasmáticas as células da granulosa podem passar nutrientes e informação ao ovócito primário. O volume e o diâmetro do ovócito primário aumentam ao mesmo tempo que as células da granulosa proliferam-se, para incrementar as capas ao redor do ovócito. De maneira gradual o citoplasma do ovócito primário aumenta até 50 vezes seu volume e a proliferação das células continua. Esses folículos que possuem cada vez mais células e portanto mais capas de células da granulosa se denominam folículos secundários. Para evitar confusões, há a necessidade de nomen-clatura ao qual o folículo vá mudando de nome de primordial a primário e logo, de secun-dário, a terciário, por sua vez, o ovócito que encontra-se em seu interior, a todo momento, segue sendo um ovócito primário. Durante a etapa dependente de gonadotropinas, os folículos secundários começam a formar um espaço cheio de líquido, o antro folicular, desse modo se convertem em folí-culos terciários. Com a utilização de outra nomenclatura, a formação do antro marca a transição entre folículos pré-antrais (sem antro) e folículos antrais (com antro). Em algum momento dessa transição entre folículo secundário e terciário, também aparece a depen-dência de folículos em direção as gonadotropinas, pelo qual somente podem seguir crescendo na presença do hormônio luteinizante (LH) e do hormônio folículo estimulante (FSH). Nos bovinos e em outras espécies (para seu estudo), os folículos antrais são dividi-dos em pequenos, médios e grandes. Embora todos eles possuam um antro folicular, dependendo do seu grau de desenvolvimento requerem diferentes concentrações de gona-dotropinas para continuar o crescimento. Os folículos antrais mais pequenos somente re-querem concentrações baixas de LH e FSH, pelo qual podem continuar crescendo em qualquer momento do ciclo estral inclusive em animais que não estão ciclando (fêmeas em anestro pré-puberal, gestacional, lactacional, estacional). Nas etapas posteriores os folículos antrais requerem primeiro concentrações elevadas de FSH, e nas etapas finais somente podem continuar crescendo na presença de pulsos frequentes de LH, pelo qual somente os folículos que encontram-se sob concentrações apropriadas desses hormônios podem seguir crescendo. Por essa razão, nos animais que se encontram em anestro de qualquer tipo somente é possível encontrar folículos antrais pequenos ou médios, segundo a espécie, e nos animais que se encontram ciclando (estro) o maior tamanho folicular encontrado em um determinado dia do ciclo dependerá das concentrações de FSH e LH presentes nesse momento e nos dias anteriores. Um folículo que chega ao estado máximo de desenvolvimento, conhecido como folículo pré-ovulatório, ao final, somente chegará a ovular se for exposto a um pico pré-ovulatório de LH. Como supracitado, cada dia na vida de uma fêmea inicia seu desenvolvimento um certo número de folículos; a grande maioria sofrem atresia, mas depois da puberdade em cada dia do ciclo estral um ou vários folículos vão encontrando ao longo do seu desenvol-vimento concentrações hormonais que lhes permite chegar na etapa de folículo pré-ovula-tório. Somente nestes folículos, e como consequência de um pico pré-ovulatório de LH, se reinicia e completa-se a primeira divisão meiótica do ovócito primário, produzindo duas células distintas. Uma delas é o ovócito secundário, que retém praticamente todo o citoplasma. Contém, assim mesmo, em seu núcleo um par de cromossomos duplos, a outra é o primeiro corpo polar, que é exclusivamente um núcleo com uma quantidade mínima de citoplasma. Na maioria das espécies ovula-se um ovócito secundário que se encontra, então, suspendido na segunda divisão meiótica. Esta segunda divisão meiótica somente reinicia-rá e completarar-se uma vez que o espermatozoide começa a penetrar sob o ovócito secundário. Ao concluir-se a divisão se forma o segundo corpo polar e completa-se a ovogênese com o qual se obtém o óvulo, célula 1n que constitui o gameta feminino. No entanto, o óvulo existe pouco tempo como tal, já que em poucos minutos/horas (depen-dendo da espécie) se produzirá a fusão do núcleo do mesmo (pró-núcleo feminino) com o do espermatozoide (pró-núcleo masculino), com o qual se completa a fertilização e se forma um novo indivíduo (o ovo ou zigoto). -/- Ondas foliculares -/- Como mencionado supra, todos os dias um determinado número de folículos pri-mordiais se ativam e começam a crescer, os quais crescem em um ritmo característico em cada espécie. Isso provoca que em qualquer momento existam nos ovários folículos pri-mordiais (que começam a crescer em alguns dias ou semanas), assim como folículos secundários em diversas etapas do desenvolvimento, os quais iniciaram seu desenvolvi-mento em semanas ou inclusive meses (segundo o grau de desenvolvimento atual). Também em qualquer momento poderá haver folículos antrais nas etapas iniciais de seu desenvolvimento (com antros que já se podem detectar em cortes histológicos mas não são visíveis macroscopicamente). Todos esses folículos chegaram até seu estado de de-senvolvimento atual (primário, secundário ou antral pequeno), independente da etapa do ciclo estral em que sejam observados ou encontrados. Nos bovinos, os folículos que chegam ao início da etapa antral iniciaram seu desenvolvimento cinco meses antes, e todavia requerem ao redor de 42 dias para chegar ao estado pré-ovulatório. Para continuar seu desenvolvimento, os folículos antrais pequenos devem encon-trar concentrações altas de FSH, que os estimulam para prosseguir o crescimento. Cada vez que se produz uma elevação nas concentrações de FSH, esse hormônio estimula o desenvolvimento de um grupo de folículos antrais pequenos, que começaram a crescer muito tempo antes e que o dia da elevação de FSH tenha alcançado o grau de desenvolvi-mento preciso para responder com eficiência a este hormônio, o qual atuará através de seus receptores nas células da granulosa para estimular a produção de estradiol, a secreção de inibina, a produção de líquido folicular e a proliferação das células da granulosa. Um grupo de folículos antrais pequenos é assim recrutado pelo FSH para acelerar seu cresci-mento e aumentar sua produção de estradiol e inibina (figura 12). Mediante um seguimento ultrassonográfico dos ovários é possível identificar pou-cos dias depois um certo número de folículos, que por haver sido recrutados começam um período de crescimento acelerado. Durante alguns dias vários folículos crescem juntos, porém depois um deles é selecionado para continuar crescendo, enquanto que o restante do grupo deixam de fazê-lo e terminam sofrendo atresia. Através da ultrassom é possível identificar o folículo selecionado, agora chamado folículo domi-nante, já que sua trajetória de crescimento sofre um desvio com respeito a seguida pelo restante do grupo. Os folículos que não foram selecionados deixam de crescer e sofrem atresia já que deixam de possuir o suporte gonadotrópico de FSH, uma vez que as concentrações desse hormônio são suprimidos pela inibina e o estradiol produzidos pelo conjunto de folículos que conformam a onda folicular (figura 12), porém o folículo mais desenvolvido do grupo se converterá em dominante. A inibina atua diretamente a nível hipofisário para reduzir a secreção de FSH. Figura 12: onda folicular e relação dos níveis de FSH, estradiol e LH. Fonte: ZARCO, 2018. -/- Figura 13: Recrutamento, seleção e dominação folicular na espécie ovina e influência do FSH e LH nas fases. Fonte: SILVA, E. I. C. da, 2019. -/- A razão pela qual o folículo dominante é capaz de continuar seu desenvolvimento apesar da baixa nas concentrações de FSH é que o folículo é o único que alcançou o grau de progresso necessário para que apareçam os receptores para LH em suas células da granulosa. Esse processo permite ao folículo dominante ser estimulado pela LH, e que requeira baixas concentrações de FSH para manter seu desenvolvimento. A secreção de LH em forma de pulsos de baixa frequência (um pulso a cada quatro a seis horas), característica da fase lútea do ciclo estral; é suficiente para permitir que um folículo dominante continue crescendo por mais dias depois da sua seleção e que mais tarde mantenha-se viável durante alguns dias embora não aumentem de tamanho. Contu-do, se durante o período viável desse folículo não seja finalizada a fase lútea e não diminuam as concentrações de progesterona, o folículo terminará sofrendo atresia devido a exigência de um padrão de secreção acelerada de LH (aproximadamente um pulso por hora) durante o desenvolvimento pré-ovulatório, que somente pode ser produzido com a ausência da progesterona. Uma vez que um folículo dominante sofre atresia deixa de produzir inibina, pelo qual as concentrações de FSH podem elevar-se novamente para iniciar o recrutamento de outro grupo de folículos a partir da qual se origina uma nova onda folicular. Durante o ciclo estral de uma vaca podem gerar-se dois ou três ondas foliculares; somente em raros casos quatro. A etapa de dominância folicular da primeira onda na grande maioria dos casos não coincide com a regressão do corpo lúteo, pelo qual o primei-ro folículo dominante quase invariavelmente termina em atresia. Em algumas vacas o fo-lículo dominante da segunda onda ainda está viável quando se produz a regressão do corpo lúteo e acelera-se a secreção de LH, pelo qual esse segundo folículo dominante se converte em folículo pré-ovulatório e, ao final ovula. Em outros animais o segundo folícu-lo dominante também perde a sua viabilidade antes da regressão do corpo lúteo, por onde nesses animais se inicia uma terceira onda folicular, da qual surge o folículo que finalmen-te ovulará depois de produzir-se a regressão do corpo lúteo. Sem importar a onda em que se origine, uma vez que um folículo dominante é ex-posto a alta frequência de secreção de LH que se produz depois da regressão do corpo lúteo, aumenta ainda mais sua secreção de estradiol até que as altas concentrações desse hormônio comecem a exercer um feedback positivo para a secreção do LH. Isso provoca-rá a aceleração da frequência de secreção do LH até que os pulsos são tão frequentes que começam a ficar por cima e produzir-se o pico pré-ovulatório de LH, que é responsável pela realização da ovulação e a maturação final do ovócito. -/- •___DIFERENÇAS ENTRE ESPERMATOGÊNESE E OVOGÊNESE -/- Enquanto que na fêmea a ovogênese inicia-se durante a vida fetal, no macho a es-permatogênese começa na puberdade. Na fêmea, a partir de um ovócito primário se origi-na um óvulo; no macho, de um espermatócito primário se produzem, teoricamente, quatro espermatozoides. Outra característica interessante é que enquanto a fêmea já conta desde o nasci-mento com todos os ovócitos que necessitará na vida adulta, o macho necessitará chegar a puberdade para iniciar o desenvolvimento das células sexuais, já que ao nascer somente possui gonócitos precursores das células germinais, células de Sertoli e intersticiais. Na vida adulta de uma fêmea, o número de células germinais desaparece paulati-namente. Uma vez iniciada a espermatogênese no macho, a cada ciclo do epitélio seminí-fero as células germinais são renovadas mantendo a provisão para toda a vida reprodutiva. Na fêmea, a meiose sofre duas interrupções em seu transcurso, e no macho é ininterrupta. Figura 14: representação em diagramação comparativa do desenvolvimento da gametogênese. -/- Principais pontos abordados sobre as diferenças entre a gametogênese masculina e feminina: ❙ Na ovogênese a meiose contêm-se em duas ocasiões esperando acontecimentos externos para prosseguir. Já na espermatogênese não existe a suspensão da meiose. ❙ A espermatogênese é um processo contínuo, enquanto que a ovogênese pode completar exclusivamente um óvulo em cada ciclo estral; já que só pode ser completada por mais de um nas espécies que ovulam vários ovócitos no caso das porcas, cadelas, gatas etc. ❙ Na espermatogênese existem células de reserva que permitem a continuação du-rante toda a vida, enquanto que na ovogênese o número de ovócitos primários é limitado. A fêmea somente conta com os que nasceu, e eles não se dividem. ❙ Na espermatogênese obtém-se até 256 espermatozoides para cada espermatogo-nia que inicia o processo, enquanto que na ovogênese somente se obtém um óvulo a partir de cada ovócito primário. ❙ Durante a espermatogênese se produz uma metamorfose que transforma as es-permátides em espermatozoides. Na ovogênese não ocorre um processo análogo. ❙ Na espermatogênese, durante a meiose produzem-se quatro espermátides a partir de cada espermatócito primário. Na ovogênese se produz somente um óvulo a partir de cada ovócito primário; produz, ademais, dois corpos polares. ❙ Todos os óvulos que se produzem durante a ovogênese contém um cromossomo X, enquanto que a metade dos espermatozoides possuem um cromossomo Y e a outra metade um cromossomo X. ❙ Na espermatogênese produzem-se centenas ou dezenas de milhões de esperma-tozoides por dia, enquanto que na ovogênese se produz um ou alguns óvulos a cada ciclo estral. ❙ A espermatogênese produz gametas macroscópicos e com motilidade própria, enquanto que a ovogênese produz gametas grandes e imóveis. -/- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS -/- ABDEL-RAOUF, Mohammed et al. The postnatal development of the reproductive organs in bullswith special reference to puberty.(Including growth of the hypophysis and the adrenals). Acta endocrinologica, n. Suppl No. 49, 1960. ADONA, Paulo Roberto et al. Ovogênese e foliculogênese em mamíferos. Journal of Health Sciences, v. 15, n. 3, 2013. AERTS, J. M. J.; BOLS, P. E. 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RESUMO A alimentação é o fator que mais onera um sistema de produção animal. Assim, a utilização de diferentes estratégias de alimentação dos animais ainda é o grande desafio da nutrição animal, principalmente, levando em consideração as exigências nutricionais de diferentes categorias de ruminantes, em especial bovinos em regiões tropicais, haja vista que a sazonalidade na produção de forragens afeta diretamente a produção bovina, promovendo inadequação no atendimento das exigências nutricionais dos animais principalmente em minerais e vitaminas. Uma alimentação que (...) não atenda as exigências nutricionais dos ruminantes gera prejuízos no sistema de produção, além de, em casos mais graves, ocasionar a perda do animal. Estudos que abordam o efeito e a importância de vitaminas e minerais na nutrição bovina são escassos e necessários. Recentemente a National Research Council (NRC) apresentou novos registros das exigências nutricionais das vitaminas e minerais. Essas alterações proporcionam um impacto econômico significativo em relação à nutrição animal. Nesse sentido, objetivou-se com esta revisão trazer informações acerca de vitaminas e minerais na nutrição de bovinos em pastejo. -/- Palavras-chave: Alimentação animal; forragem; pastagem; requerimentos nutricionais; ruminantes; vitaminas lipossolúveis (Source: AGROVOC). -/- ABSTRACT Animal feed is the factor that most burdens a production system. Thus, the use of different animal feeding strategies is still the great challenge of animal nutrition, taking into account the nutritional requirements of different categories of ruminants, especially cattle in tropical regions, given that seasonality in forage production directly affects cattle production, promoting inadequacy in meeting the nutritional requirements of animals, mainly in minerals and vitamins. A diet that does not meet the nutritional requirements of ruminants generates losses in the production system, in addition to, in more serious cases, causing the loss of the animal. Studies that address the effect and importance of vitamins and minerals in bovine nutrition are scarce and necessary. Recently the National Research Council (NRC) presented new records of the nutritional requirements of vitamins and minerals. These changes provide a significant economic impact on animal nutrition. In this sense, the objective of this review was to bring information about vitamins and minerals in the nutrition of grazing cattle. -/- Keywords: Animal feeding; fat soluble vitamins; forage; nutritional requirements; pasture feeding; ruminants (Source: AGROVOC). -/- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS -/- 1. Cavalcanti CPL, Silva e Macedo TJ, Gois GC, Menezes VG, Monte APO, Silva AD, Silva DJM, Silva EO, Araújo GGL, Rodrigues RTS, Wischral A, Matos MHT, Queiroz MAA. 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Nutrição Sobre a Reprodução e Fertilidade dos Bovinos. Emanuel Isaque Cordeiro da Silva, 2021. 56. DA SILVA, Emanuel Isaque Cordeiro. Suplementação e formulação de sal mineral e mistura múltipla para bovinos. Revista Universitária Brasileira, v. 2, n. 1, 2024. (shrink)

The mathematical universe hypothesis is a theory that the physical universe is not merely described by mathematics, but is mathematics, specifically a mathematical structure. Our research provides evidence that the mathematical structure of the universe is biological in nature and all systems, processes, and objects within the universe function in harmony with biological patterns. Living organisms are the result of the universe’s biological pattern and are embedded within their physiology the patterns of this biological universe. Therefore physiological patterns (...) in living organisms can be used as models to structurally map analogies from the biological domain to any target domain to reveal and understand the biological nature of the target domain. Our paper explores various analogies, structurally mapping a red blood cell to a cup; proteins produced from ribosomes to music produced from instruments; a beating heart to the melting and freezing of Antartica; cells, tissue, organs and blood, to people, organizations, industries, and money, and; bio-economic concepts in cellular society to socioeconomic concepts in human society. It also discusses how phenomena in cellular mitosis can help explain phenomena in the universe, such as black holes, dark matter, dark energy, and the structure of the universe. Building upon the concept of perennial wisdom, our research has provided evidence that the ideas of a biological universe were expressed across many past cultures and historical periods. The implications of this theory are vast, encompassing fields such as physics, science, philosophy, religion, law, economics, politics, and engineering, thus serving as a unifying theory for all knowledge. Our theory is supported by meta-analysis of scientific, historic, and religious literature, observations and first principles logic. (shrink)

Current knowledge of the RNA world indicates 2 different genetic codes being present throughout the living world. In contrast to non-coding RNAs that are built of repetitive nucleotide syntax, the sequences that serve as templates for proteins share—as main characteristics—a non-repetitive syntax. Whereas non-coding RNAs build groups that serve as regulatory tools in nearly all genetic processes, the coding sections represent the evolutionarily successful function of the genetic information storage medium. This indicates that the differences in their syntax structure (...) are coherent with the differences of the functions they represent. Interestingly, these 2 genetic codes resemble the function of all natural languages, i.e., the repetitive non-coding sequences serve as appropriate tool for organization, coordination and regulation of group behavior, and the nonrepetitive coding sequences are for conservation of instrumental constructions, plans, blueprints for complex protein-body architecture. This differentiation may help to better understand RNA group behavioral motifs. (shrink)

The essay questions the role of neurons in the concept of mind. The mind is considered as an emerging but physical property of the brain: a mental brain configuration does exist. This configuration is relatively resistant to brain damage, coma, hypoxia and normal (electro)physiological brain states and is envisioned as a relatively stable (nearly anatomical) structure. Consistent with this idea is that, despite the lifetime turnover of their constituents (e.g. proteins and nucleotides) and morphological changes, brain neurons do not (...) divide. Brain neurons are continuously modified, for example by lifetime experiences: genetic and epigenetic support for this thesis is provided. The presumed mental brain configuration guarantees lifetime storage of information, but does not imply that this information and memories remain unmodified during aging. In principle, neurons permanently affected by mental processes can be identified in vitro or in vivo, despite anticipated practical problems. This essay may help to scientifically legitimate complementary neurobiological ad psychotherapeutic approaches in psychiatry. (shrink)

The Protein Ontology (PRO) web resource provides an integrative framework for protein-centric exploration and enables specific and precise annotation of proteins and protein complexes based on PRO. Functionalities include: browsing, searching and retrieving, terms, displaying selected terms in OBO or OWL format, and supporting URIs. In addition, the PRO website offers multiple ways for the user to request, submit, or modify terms and/or annotation. We will demonstrate the use of these tools for protein research and annotation.

We are immersed within an odorous sea of chemical currents that we parse into individual odors with complex structures. Odors have been posited as determined by the structural relation between the molecules that compose the chemical compounds and their interactions with the receptor site. But, naturally occurring smells are parsed from gaseous odor plumes. To give a comprehensive account of the nature of odors the chemosciences must account for these large distributed entities as well. We offer a focused review of (...) what is known about the perception of odor plumes for olfactory navigation and tracking, which we then connect to what is known about the role odorants play as properties of the plume in determining odor identity with respect to odor quality. We end by motivating our central claim that more research needs to be conducted on the role that odorants play within the odor plume in determining odor identity. (shrink)

This article provides a comprehensive conceptual analysis of information. It begins with a folk notion that information is a tripartite phenomenon: information is something carried by signals about something for some use. This suggests that information has three main aspects: structural, referential, and normative. I analyze the individually necessary and jointly sufficient conditions for defining these aspects of information and consider formal theories relating to each aspect as well. The analysis reveals that structural, referential, and normative aspects of information are (...) hierarchically nested and that the normative depends on the referential, which in turn depends on the structural. (shrink)

This article proposes a way of understanding Kantianism, act-utilitarianism and some other important ethical theories according to which they are all versions of the same kind of theory, sharing a common structure. I argue that this is a profitable way to understand the theories discussed. It is charitable to the theories concerned; it emphasizes the common ground between them; it gives us insights into the differences between them; and it provides a method for generating new ethical theories worth studying. (...) The article briefly discusses the relationship between these ideas and some other recent proposals that emphasize the common ground between Kantianism and versions of consequentialism. (shrink)

The Protein Ontology (PRO; http://purl.obolibrary.org/obo/pr) formally defines and describes taxon-specific and taxon-neutral protein-related entities in three major areas: proteins related by evolution; proteins produced from a given gene; and protein-containing complexes. PRO thus serves as a tool for referencing protein entities at any level of specificity. To enhance this ability, and to facilitate the comparison of such entities described in different resources, we developed a standardized representation of proteoforms using UniProtKB as a sequence reference and PSI-MOD (...) as a post-translational modification reference. We illustrate its use in facilitating an alignment between PRO and Reactome protein entities. We also address issues of scalability, describing our first steps into the use of text mining to identify protein-related entities, the large-scale import of proteoform information from expert curated resources, and our ability to dynamically generate PRO terms. Web views for individual terms are now more informative about closely-related terms, including for example an interactive multiple sequence alignment. Finally, we describe recent improvement in semantic utility, with PRO now represented in OWL and as a SPARQL endpoint. These developments will further support the anticipated growth of PRO and facilitate discoverability of and allow aggregation of data relating to protein entities. (shrink)

Biomedical ontologies are emerging as critical tools in genomic and proteomic research where complex data in disparate resources need to be integrated. A number of ontologies exist that describe the properties that can be attributed to proteins; for example, protein functions are described by Gene Ontology, while human diseases are described by Disease Ontology. There is, however, a gap in the current set of ontologies—one that describes the protein entities themselves and their relationships. We have designed a (...) class='Hi'>PRotein Ontology (PRO) to facilitate protein annotation and to guide new experiments. The components of PRO extend from the classification of proteins on the basis of evolutionary relationships to the representation of the multiple protein forms of a gene (products generated by genetic variation, alternative splicing, proteolytic cleavage, and other post-translational modification). PRO will allow the specification of relationships between PRO, GO and other OBO Foundry ontologies. Here we describe the initial development of PRO, illustrated using human proteins from the TGF-beta signaling pathway. (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)

An increasing number of epistemologists defend the notion that some perceptual experiences can immediately justify some beliefs and do so in virtue of (some of) their phenomenal properties. But this view, which we may call phenomenal dogmatism, is also the target of various objections. Here I want to consider an objection that may be put as follows: what is so special about perceptual phenomenology that only it can immediately justify beliefs, while other kinds of phenomenology—including quite similar ones—remain ‘epistemically inert’? (...) I will argue that, to overcome this objection, the phenomenal dogmatist should incorporate into her view a general principle—I call it the ‘experiential attitude/doxastic content link’ principle—that essentially extends the view from the perceptual case to other phenomenal states. (shrink)

Fine, Lowe and Hale accept the view that necessity is to be explained by essences: Necessarily p iff, and because, there is some x whose essence ensures that p. Hale, however, believes that this strategy is not universally applicable; he argues that the necessity of essentialist truths cannot itself be explained by once again appealing to essentialist truths. As a consequence, Hale holds that there are basic necessities that cannot be explained. Thus, Hale style essentialism falls short of what Wilsch (...) calls the explanation-challenge (EC) for the metaphysics of necessity. Without endorsing the EC, I argue that Hale’s argument for basic, unexplained necessities fails due to a misunderstanding of the structure of essentialist explanations. Getting clear about the structure of essentialist explanations of necessity leads to a re-evaluation of crucial circularity- and regress-arguments that have been discussed in the debate about essentialism. (shrink)

Biochemical kinds such as proteins pose interesting problems for philosophers of science, as they can be studied from the points of view of both biology and chemistry. The relationship between the biological functions of biochemical kinds and the microstructures that they are related to is the key question. This leads us to a more general discussion about ontological reductionism, microstructuralism, and multiple realization at the biology-chemistry interface. On the face of it, biochemical kinds seem to pose a challenge for ontological (...) reductionism and hence motivate a dual theory of chemical and biological kinds, a type of pluralism about natural kinds. But it will be argued that the challenge, which is based on multiple realization, can be addressed. The upshot is that there are reasonable prospects for ontological reductionism about biochemical kinds, which corroborates natural kind monism. (shrink)

Direct neurological and especially imaging-driven investigations into the structures essential to naturally occurring cognitive systems in their development and operation have motivated broadening interest in the potential for artificial consciousness modeled on these systems. This first paper in a series of three begins with a brief review of Boltuc’s (2009) “brain-based” thesis on the prospect of artificial consciousness, focusing on his formulation of h-consciousness. We then explore some of the implications of brain research on the structure of consciousness, finding (...) limitations in biological approaches to the study of consciousness. Looking past these limitations, we introduce research in artificial consciousness designed to test for the emergence of consciousness, a phenomenon beyond the purview of the study of existing biological systems. (shrink)