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

A discussion of plasticity genes and the genetic architecture of gene-environment interactions.

This paper outlines a critique of the use of the genetic variance–covariance matrix (G), one of the central concepts in the modern study of natural selection and evolution. Specifically, I argue that for both conceptual and empirical reasons, studies of G cannot be used to elucidate so-called constraints on natural selection, nor can they be employed to detect or to measure past selection in natural populations – contrary to what assumed by most practicing biologists. I suggest that the search for (...) a general solution to the difficult problem of identifying causal structures given observed correlation’s has led evolutionary quantitative geneticists to substitute statistical modeling for the more difficult, but much more valuable, job of teasing apart the many possible causes underlying the action of natural selection. Hence, the entire evolutionary quantitative genetics research program may be in need of a fundamental reconsideration of its goals and how they correspond to the array of mathematical and experimental techniques normally employed by its practitioners. (shrink)

This paper challenges the common assumption that some phenotypic traits are quantitative while others are qualitative. The distinction between these two kinds of traits is widely influential in biological and biomedical research as well as in scientific education and communication. This is probably due to both historical and epistemological reasons. However, the quantitative/qualitative distinction involves a variety of simplifications on the genetic causes of phenotypic variability and on the development of complex traits. Here, I examine three cases from (...) the life sciences that show inconsistencies in the distinction: Mendelian traits, Mendelian diseases, and polygenic mental disorders. I show that these traits can be framed both quantitatively and qualitatively depending, for instance, on the methods through which they are investigated and on specific epistemic purposes. This suggests that the received view of quantitative and qualitative traits has a limited heuristic power—limited to some local contexts or to the specific methodologies adopted. Throughout the paper, I provide directions for framing phenotypes beyond the quantitative/qualitative distinction. I conclude by pointing at the necessity of developing a principled characterisation of what phenotypic traits, in general, are. (shrink)

Gamification in education offers an innovative way of learning. However, some studies claim that, while it helps raise students’ motivation, the kind of motivation is extrinsic and, so, intrinsic motivation declines with time. The researchers used the descriptive research design to describe the STEM students’ intrinsic motivation along with the utilization of game elements in teaching genetics through a learning management system. The researchers collected quantitative data using the Intrinsic Motivation Inventory, which were analyzed through descriptive statistics and (...) complemented with qualitative data from the students’ journals and interviews. Overall, the students agreed (M = 5.38, SD = 1.20) that gamification, despite being characterized as extrinsically motivating, had intrinsically motivated them. Its proper implementation helps students adapt to and overcome unfavorable behaviors towards competitiveness and emphasizes the role of teachers in facilitating learning. Time constraints, peer pressure, and distractions were noted; hence, more research is needed to address these challenges and determine the long-term effects of gamification. (shrink)

Research in pharmacogenomics and precision medicine has recently introduced the concept of Polygenic Scores (PGSs), namely, indexes that aggregate the effects that many genetic variants are predicted to have on individual disease risk. The popularity of PGSs is increasing rapidly, but surprisingly little attention has been paid to the idealisations they make about phenotypic development. Indeed, PGSs rely on quantitative genetics models and methods, which involve considerable theoretical assumptions that have been questioned on various grounds. This comes with (...) epistemological and ethical concerns about the use of PGSs in clinical decision-making. In this paper, I investigate to what extent idealisations in genetics models can impact the data gathering and clinical interpretation of genomics findings, particularly the calculation and predictive accuracy of PGSs. Although idealisations are considered ineliminable components of scientific models, they may be legitimate or not depending on the epistemic aims of a model. I thus analyse how various idealisations have been introduced in classical models and progressively readapted throughout the history of genetic theorising. Notably, this process involved important changes in the epistemic purpose of such idealisations, which raises the question of whether they are legitimate in the context of contemporary genomics. (shrink)

The study of phenotypic plasticity has progressed significantly over the past few decades. We have moved from variation for plasticity being considered as a nuisance in evolutionary studies to it being the primary target of investigations that use an array of methods, including quantitative and molecular genetics, as well as of several approaches that model the evolution of plastic responses. Here, I consider some of the major aspects of research on phenotypic plasticity, assessing where progress has been made (...) and where additional effort is required. I suggest that some areas of research, such the study of the quantitative genetic underpinning of plasticity, have been either settled in broad outline or superseded by new approaches and questions. Other issues, such as the costs of plasticity are currently at the forefront of research in this field, and are likely to be areas of major future development. (shrink)

Background: One of the all-time questions in evolutionary biology regards the evolution of organismal shapes, and in particular why certain forms appear repeatedly in the history of life, others only seldom and still others not at all. Recent research in this field has deployed the conceptual framework of constraints and natural selection as measured by quantitative genetic methods. Scope: In this paper I argue that quantitative genetics can by necessity only provide us with useful statistical sum- maries (...) that may lead researchers to formulate testable causal hypotheses, but that any inferential attempt beyond this is unreasonable. Instead, I suggest that thinking in terms of coordinates in phenotypic spaces, and approaching the problem using a variety of empirical methods (seeking a consilience of evidence), is more likely to lead to solid inferences regarding the causal basis of the historical patterns that make up most of the data available on phenotypic evolution. (shrink)

Although epistasis is at the center of the Fisher-Wright debate, biologists not involved in the controversy are often unaware that there are actually two different formal definitions of epistasis. We compare concepts of genetic independence in the two theoretical traditions of evolutionary genetics, population genetics and quantitative genetics, and show how independence of gene action (represented by the multiplicative model of population genetics) can be different from the absence of gene interaction (represented by the linear (...) additive model of quantitative genetics). The two formulations converge with weak selection but not with strong selection or, for multiple loci, when the aggregated interaction terms are not negligible. As a result of the different formulations of gene interaction, the presence or absence of linkage disequilibrium,/D/, does not necessarily indicate the presence or absence of fitness epistasis. Indeed, linkage disequilibrium is generated in ‘additive’ models in quantitative genetics whenever two (or more) loci experience simultaneous selection. As a research strategy, it is often practical, for theoretical or experimental reasons, to minimize gene interaction by assuming independence of gene action in regard to fitness, or by assuming linear additive effects of multiple loci on a phenotype. However, minimizing the role of epistasis in theoretical investigations hinders our understanding of the origins of diversity and the evolution of complex phenotypes. (shrink)

Upon separation of the protein from the nucleic acid component of tobacco mosaic virus by phenol, using a fast and gentle procedure, the nucleic acid is infective in assays on tobacco leaves. A series of qualitative and quantitative control experiments demonstrates that the biological activity cannot depend on residual proteins in the preparation, but is a property of isolated nucleic acid which is thus the genetic material of the virus.

The concept of “life” certainly is of some use to distinguish birds and beavers from water and stones. This pragmatic usefulness has led to its construal as a categorical predicate that can sift out living entities from non-living ones depending on their possessing specific properties—reproduction, metabolism, evolvability etc. In this paper, we argue against this binary construal of life. Using text-mining methods across over 30,000 scientific articles, we defend instead a degrees-of-life view and show how these methods can contribute to (...) experimental philosophy of science and concept explication. We apply topic-modeling algorithms to identify which specific properties are attributed to a target set of entities (bacteria, archaea, viruses, prions, plasmids, phages and the molecule of adenine). Eight major clusters of properties were identified together with their relative relevance for each target entity (two that relate to metabolism and catalysis, one to genetics, one to evolvability, one to structure, and—rather unexpectedly—three that concern interactions with the environment broadly construed). While aligning with intuitions—for instance about viruses being less alive than bacteria—these quantitative results also reveal differential degrees of performance that have so far remained elusive or overlooked. Taken together, these analyses provide a conceptual “lifeness space” that makes it possible to move away from a categorical construal of life by empirically assessing the relative lifeness of more-or-less alive entities. (shrink)

Griffiths et al. (2015) have proposed a quantitative measure of causal specificity and used it to assess various attempts to single out genetic causes as being causally more specific than other cellular mechanisms, for example, alternative splicing. Focusing in particular on developmental processes, they have identified a number of important challenges for this project. In this discussion note, I would like to show how these challenges can be met.

The model of human intelligence that is most widely adopted derives from psychometrics and behavioral genetics. This standard approach conceives intelligence as a general cognitive ability that is genetically highly heritable and describable using quantitative traits analysis. The paper analyzes intelligence within the debate on natural kinds and contends that the general intelligence conceptualization does not carve psychological nature at its joints. Moreover, I argue that this model assumes an essentialist perspective. As an alternative, I consider an HPC (...) theory of intelligence and evaluate how it deals with essentialism and with intuitions coming from cognitive science. Finally, I highlight some concerns about the HPC model as well, and conclude by suggesting that it is unnecessary to treat intelligence as a kind in any sense. (shrink)

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

I argue that Malthus’s Essay on Population is more a treatise in applied ethics than the first treatise in demography. I argue also that, as an ethical work, it is a highly innovative one. The substitution of procreation for sex as the focus makes for a drastic change in the agenda. what had been basically lacking in the discussion up to Malthus’s time was a consideration of human beings’ own responsibility in the decision of procreating. This makes for a remarkable (...) change also in the approach, namely, the discussion becomes an examination of a well-identified issue, taking cause-effect relationships into account in order to assess possible lines of conduct in the light of some, widely shared and comparatively minimal, value judgements. This is more or less the approach of what is now called applied ethics, at least according to one of its accounts, or perhaps to the account shared by a vast majority of its practitioners. In a sense, both the subject matter, sexuality, was substituted with a more restricted issue, namely reproduction, and the traditional approach, moral doctrine, was substituted with a more modest approach, in Malthus’s own words, the “moral and political science”. Such a drastic transformation brought about a viable framework, for a discussion of ethical issues that were still unforeseen by Malthus, namely those having to do first with the technical feasibility of eugenics programs and secondly with the scientific discovery of genetics as a field of study but also of possible intervention. Malthus’s ethics had obviously enough nothing to say on those unforeseen issues in so far as it was meant to treat just the ‘quantitative’ dimension of procreation, that is, ‘how many’. Later discussions and controversies will arise around different dimensions, that is, not just ‘how many’ but also ‘how healthy, how strong, hoe empowered’, but what Malthus’s lesson could have taught and still can teach to partners defending opposite views in these controversies is that such issues may be framed in a way that possibly avoids unending controversy on incompatible ultimate principles once the strategy is turned upside down and a principle of responsibility becomes the overriding rule in the treatment of such ethical issues. -/- . (shrink)

Although there is increasing recognition that theory and practice in science are often inseparably intertwined, discussions of scientific controversies often continue to focus on theory, and not practice or methodologies. As a contribution to constructing a framework towards understanding controversies linked to scientific practices, we introduce the notion of borrowed epistemic credibility, to describe the situation in which scientists exploit fallacious similarities between accepted tenets in other fields to garner support for a given position in their own field. Our proposal (...) is based on the analysis of a recent controversy in phylogeography, a biological subdiscipline concerned with the study of the historical causes of variation in genetic diversity within species in concrete biogeographical locations. Through a review of the arguments that support the two conflicting phylogeographic schools, we show that ‘theory’ plays essentially no role as a foundation of the controversy, whereas both sides borrow epistemic credibility from sources such as formal logic, similarity of results to those in other scientific areas, the authority of prominent scientists, or the presumed superiority of quantitative vs. verbal reasoning. Our case study underscores the indivisibility of theory and practice and provide a means to re-examine important philosophical issues such as the meaning of inference, rationality, justification, and objectivity in scientific practice. (shrink)

I argue that Malthus’s Essay on Population is more a treatise in applied ethics than the first treatise in demography. I argue also that, as an ethical work, it is a highly innovative one. The substitution of procreation for sex as the focus makes for a drastic change in the agenda. What had been basically lacking in the discussion up to Malthus’s time was a consideration of human beings’ own responsibility in the decision of procreating. This makes for a remarkable (...) change also in the approach, namely, the discussion becomes an examination of a well-identified issue, taking cause-effect relationships into account in order to assess possible lines of conduct in the light of some, widely shared and comparatively minimal, value judgements. This is more or less the approach of what is now called applied ethics, at least according to one of its accounts, or perhaps to the account shared by a vast majority of its practitioners. In a sense, both the subject matter, sexuality, was substituted with a more restricted issue, namely reproduction, and the traditional approach, moral doctrine, was substituted with a more modest approach, in Malthus’s own words, the ‘moral and political science’. Such a drastic transformation brought about a viable framework, for a discussion of ethical issues that were still unforeseen by Malthus, namely those having to do first with the technical feasibility of eugenics programs and secondly with the scientific discovery of genetics as a field of study but also of possible intervention. Malthus’s ethics had obviously enough nothing to say on those unforeseen issues in so far as it was meant to treat just the ‘quantitative’ dimension of procreation, that is, ‘how many’. Later discussions and controversies will arise around different dimensions, that is, not just ‘how many’ but also ‘how healthy, how strong, how far empowered’. Yet, what Malthus’s lesson can still teach to proponents of opposite views is that the mentioned questions can be construed in such a way as to avoid unending controversy. (shrink)

Biological evolution and technological innovation, while differing in many respects, also share common features. In particular, implementation of a new technology in the market is analogous to the spreading of a new genetic trait in a population. Technological innovation may occur either through the accumulation of quantitative changes, as in the development of the ocean clipper, or it may be initiated by a new combination of features or subsystems, as in the case of steamships. Other examples of the latter (...) type are electric networks that combine the generation, distribution, and use of electricity, and containerized transportation that combines standardized containers, logistics, and ships. Biological evolution proceeds, phenotypically, in many small steps, but at the genetic level novel features may arise not only through the accumulation of many small, common mutational changes, but also when distinct, relatively rare genetic changes are followed by many further mutations. In particular, capabilities of biologically modern man may have been initiated, perhaps some 150 000 years ago, by one or few accidental but distinct combinations of modules and subroutines of gene regulation which are involved in the generation of the neural network in the cerebral cortex. It is even conceivable that it was one primary genetic event that initiated the evolution of biologically modern man, introducing some novel but subtle feature of connectivity into the cerebral cortex which allowed for meta-levels of abstraction and upgraded modes of information processing. This may have set the stage for the evolution of integrated but diverse higher capabilities such as structured language, symbolic thought, strategic thought, and cognition based empathy. (shrink)

A network of gene regulation organized in a hierarchical and combinatorial manner is crucially involved in the development of the neural network, and has to be considered one of the main substrates of genetic change in its evolution. Though qualitative features may emerge by way of the accumulation of rather unspecific quantitative changes, it is reasonable to assume that at least in some cases specific combinations of regulatory parts of the genome initiated new directions of evolution, leading to novel (...) capabilities of the brain. These notions are applied, in this paper, to the evolution of the capability of cognition-based human empa­thy. It is suggested that it has evolved as a secondary effect of the evolution of strategic thought. Development of strategies depends on abstract representations of one’s own pos­sible future states in one’s own brain to allow assessment of their emotional desirability, but also on the representation and emotional evaluation of possible states of others, allowing anticipation of their behaviour. This is best achieved if representations of others are con­nected to one’s own emotional centres in a manner similar to self-representations. For this reason, the evolution of the human brain is assumed to have established representations with such linkages. No group selection is involved, because the quality of strategic thought affects the fitness of the individual. A secondary effect of this linkage is that both the actual states and the future perspectives of others elicit vicarious emotions, which may contribute to the motivations of altruistic behaviour. (shrink)

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

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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Understanding quantitative research instrumentation is critical for advancing educational research, both theory and practice since it contributes to the accuracy and credibility of research findings (Creswell & Plano Clark, 2017; DeVellis, 2017; Streiner et al., 2014). Using inappropriate or poorly designed instruments can result in inaccurate or unreliable data, compromising the quality of the research findings and limiting the research's usefulness. Understanding the appropriate use of quantitative research instruments is critical from a theoretical standpoint for ensuring that research (...) questions are answered accurately. Researchers (pre-service teachers, in-service teachers, teacher educators, and educational leaders) can get high-quality data that can be used to create and test theories in a particular field by selecting and designing the relevant instrument. Furthermore, using reliable and valid quantitative research instruments can boost the credibility of research findings and aid in developing new research questions and hypotheses. From a practical perspective, understanding quantitative research instrumentation can improve the quality of research practice. Researchers can ensure that the data acquired is accurate and reliable by selecting and creating appropriate instruments, which can help to guide decision-making in a particular subject. Furthermore, reliable and valid instruments can guide policy decisions, program development, and evaluation, resulting in more effective interventions and better outcomes. Where and How to Begin? The choice of research instrument depends on the research question, the nature of the phenomenon being studied, and the available resources (Bryman, 2016; Creswell, 2014; Dörnyei, 2007; Hair et al., 2014). Researchers can acquire accurate and valid data to answer their research questions and contribute to the knowledge base in their field by carefully selecting and building instruments. In education and the social sciences, quantitative research frequently involves using various instruments or tools to collect and analyze data. (shrink)

In this chapter we will argue, firstly, that Bacon’s engages in a pecu-liar form of mathematization of nature that develops a quali-quantitative methodology of measurement. Secondly, we will show that medicine is one of the disciplines where that dual way of measurement is practiced. In the first section of the chapter, we will expose the ontology involved in the Baconian proposal of measurement of nature. The second section will address the place that mixed mathematics occupies in Bacon’s scheme of (...) scientific branches and will suggest that a proper advancement of medicine can generate a new branch of mixed mathematics. The next section will reconstruct Bacon’s approach to measurement and expose its quali-quantitative import. In the last section, we will show some examples of medicine in which this quali-quantitative measurement is applied. (shrink)

Using the two cases of the Icelandic Health Sector Database and Russian initiatives in biobanking, the article criticizes the view of narratives and imaginaries as a sufficient and unproblematic means of shaping public understanding of genetics and justifying population-wide projects. Narrative representations of national biobanking engage particular imaginaries that are not bound by the universal normative framework of human rights, promote affective thinking, distract the public from recognizing and discussing tangible ethical and socioeconomic issues, and harm trust in science (...) and technology. In the Icelandic case, the presentation of the project in association with national imaginaries concealed its market identity and could lead to the commodification of biodata. In the Russian case, framing in terms of "genetic sovereignty" and "civilizational code" offers pretexts for state securitization. Adherence to normative framework of human rights and public discussion of genetics in an argumentative and factual mode can counter these trends. (shrink)

Genetically engineered (GE) insects, such as the GE OX513A Aedes aegypti mosquitoes, have been designed to suppress their wild-type populations so as to reduce the transmission of vector-borne diseases in humans. Apart from the ecological and epidemiological uncertainties associated with this approach, such biotechnological approaches may be used by individual governments or the global community of nations to avoid addressing the underlying structural, systemic causes of those infections... We discuss here key ethical questions raised by the use of GE mosquitoes, (...) with the aim of fostering discussion between the public, researchers, policy makers, healthcare organizations, and regulatory agencies at the local, national, and international levels. We affect that goal by outlining a procedural approach to decision-making about the use of the “biotechnology” that goes beyond “community engagement.” The protocol we advocate for entails informed deliberations and decision-making at the community level. It is designed to ensure that the voices of the marginalized and vulnerable groups that would be disproportionately affected by the decision are heard during the community-wide discussions. Moreover, we make the case that the values embedded in the risk assessment should be identified so that the community can make an informed decision about the use of GE insects. In addition, we advocate for the involvement of a variety of actors whose responsibility would be to ensure that the community has the opportunity to make an informed decision based on deliberations about the use of the “biotechnology.”. (shrink)

In this paper, I motivate the view that quantitative parsimony is a theoretical virtue: that is, we should be concerned not only to minimize the number of kinds of entities postulated by our theories (i. e. maximize qualitative parsimony), but we should also minimize the number of entities postulated which fall under those kinds. In order to motivate this view, I consider two cases from the history of science: the postulation of the neutrino and the proposal of Avogadro's hypothesis. (...) I also consider two issues concerning how a principle of quantitative parsimony should be framed. (shrink)

Two grams mass, three coulombs charge, five inches long – these are examples of quantitative properties. Quantitative properties have certain structural features that other sorts of properties lack. What are the metaphysical underpinnings of quantitative structure? This paper considers several accounts of quantity and assesses the merits of each.

In this paper I present an argument in favour of a parental duty to use preimplantation genetic diagnosis (PGD). I argue that if embryos created in vitro were able to decide for themselves in a rational manner, they would sometimes choose PGD as a method of selection. Couples, therefore, should respect their hypothetical choices on a principle similar to that of patient autonomy. My thesis shows that no matter which moral doctrine couples subscribe to, they ought to conduct the PGD (...) procedure in the situations when it is impossible to implant all of the created embryos and if there is a significant risk for giving birth to a child with a serious condition. (shrink)

There is a standard story told about the rise and fall of ordinary language philosophy: it was a widespread, if not dominant, approach to philosophy in Great Britain in the aftermath of World War II up until the early 1960s, but with the development of systematic approaches to the study of language—formal semantic theories on one hand and Gricean pragmatics on the other—ordinary language philosophy more or less disappeared. In this paper we present quantitative evidence to evaluate the standard (...) story of the rise and fall of ordinary language philosophy, building on the topic model of over 30,000 philosophy articles in Weatherson (2022). Using a combination of qualitative judgment and a topic-model-based measurement of similarity between individual articles, we find evidence that supports the first part of the standard story, according to which ordinary language philosophy arises in the 1940s, peaks between the early 1950s and the late 1960s, and then rapidly declines. But we argue that there is also evidence of a "new wave" of ordinary language philosophy in the early 21st century that defies the second part of the standard story. (shrink)

In this paper I argue that the extent to which a human trait is genetically caused can causally depend upon whether the trait is categorized within human genetics as genetically caused. This makes the kind genetically caused trait an interactive kind. I demonstrate that this thesis is both conceptually coherent and empirically plausible. I outline the core rationale of this thesis and demonstrate its conceptual coherence by drawing upon Waters’ (2007) analysis of genetic causation. I add empirical plausibility to (...) the thesis by describing a hypothetical but empirically plausible mechanism by which the fact that obesity is categorized as genetically caused within human genetics increases the extent to which obesity is in fact genetically caused. (shrink)

How we ought to diagnose, categorise and respond to spectrum disabilities such as autism and Attention Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD) is a topic of lively debate. The heterogeneity associated with ADHD and autism is described as falling on various continua of behavioural, neural, and genetic difference. These continua are varyingly described either as extending into the general population, or as being continua within a given disorder demarcation. Moreover, the interrelationships of these continua are likewise often vague and subject to diverse interpretations. (...) -/- In this paper, I explore geneticists' and self-advocates’ perspectives concerning autism and ADHD as continua. These diagnoses are overwhelmingly analysed as falling on a continuum or continua of underlying traits, which supports the notion of “the neurodiversity spectrum”, i.e., a broader swath of human neural and behavioural diversity on which some concentrations of different functioning are diagnosed. I offer a taxonomy of conceptions of the genetic, phenotypic, and endophenotypic dimensionality within and beyond these diagnostic categories, and suggest that the spectrum of neurodiversity is characteristically endophenotypic. (shrink)

The article proposes to further develop the ideas of the Extended Evolutionary Synthesis by including into evolutionary research an analysis of phenomena that occur above the organismal level. We demonstrate that the current Extended Synthesis is focused more on individual traits (genetically or non-genetically inherited) and less on community system traits (synergetic/organizational traits) that characterize transgenerational biological, ecological, social, and cultural systems. In this regard, we will consider various communities that are made up of interacting populations, and for which the (...) individual members can belong to the same or to different species. Examples of communities include biofilms, ant colonies, symbiotic associations resulting in holobiont formation, and human societies. The proposed model of evolution at the level of communities revises classic theorizing on the major transitions in evolution by analyzing the interplay between community/social traits and individual traits, and how this brings forth ideas of top-down regulations of bottom-up evolutionary processes (collaboration of downward and upward causation). The work demonstrates that such interplay also includes reticulate interactions and reticulate causation. In this regard, we exemplify how community systems provide various non-genetic ‘scaffoldings’, ‘constraints’, and ‘affordances’ for individual and sociocultural evolutionary development. Such research complements prevailing models that focus on the vertical transmission of heritable information, from parent to offspring, with research that instead focusses on horizontal, oblique and even reverse information transmission, going from offspring to parent. We call this reversed information transfer the ‘offspring effect’ to contrast it from the ‘parental effect’. We argue that the proposed approach to inheritance is effective for modelling cumulative and distributed developmental process and for explaining the biological origins and evolution of language. (shrink)

Genetic engineering technologies are a subclass of the biotechnology family, and are concerned with the use of laboratory-based technologies to intervene with a given organism at the genetic level, i.e., the level of its DNA. This class of technologies could feasibly be used to treat diseases and disabilities, create disease-resistant crops, or even be used to enhance humans to make them more resistant to certain environmental conditions. However, both therapeutic and enhancement applications of genetic engineering raise serious ethical concerns. This (...) paper examines various objections to genetic engineering (as applied to humans) which have been raised in the literature, and presents a new way to frame these issues, and to look for solutions. Specifically, this paper frames genetic engineering technologies within the ‘design turn in applied ethics’ lens and thus situates these technologies as covarying with societal forces. The value sensitive design (VSD) approach to technology design is then appropriated as the conceptual framework in which genetic engineering technologies can be considered so that they can be designed for important human values. By doing so, this paper brings further nuance to the scholarship on genetic engineering technologies by discussing the sociotechnicity of genetic engineering systems rather than framing them as value-neutral tools that either support or constrain values based on how they are used. (shrink)

The biomedical literature makes extensive use of the concept of a genetic program. So far, however, the nature of genetic programs has received no satisfactory elucidation from the standpoint of computer science. This unsettling omission has led to doubts about the very existence of genetic programs, on the grounds that gene regulatory networks lack a predetermined schedule of execution, which may seem to contradict the very idea of a program. I show, however, that we can make perfect sense of genetic (...) programs, if only we abandon the preconception that all computers have a von Neumann architecture. Instead, genetic programs instantiate the computational architecture of Post–Newell Production Systems. That is, genetic programs are unordered sets of conditional instructions, instructions that fire independently when their conditions are matched. For illustration I present a paradigm Production System that regulates the functioning of the well-known lac operon of E. coli. On close reflection it turns out that not only genes, but also proteins encode instructions. I propose, therefore, to rename genetic programs to biomolecular programs. Biomolecular and/or genetic programs, and the cellular computers than run them, are to be understood not as von Neumann computers, but as Post–Newell production systems. (shrink)

In recent years, humans’ ability to selectively modify genes has increased dramatically as a result of the development of new, more efficient, and easier genetic modification technology. In this paper, we argue in favor of using this technology to improve the welfare of agricultural animals. We first argue that using animals genetically modified for improved welfare is preferable to the current status quo. Nevertheless, the strongest argument against pursuing gene editing for welfare is that there are alternative approaches to addressing (...) some of the challenges of modern agriculture that may offer ethical advantages over genetic modification; namely, a dramatic shift towards plant-based diets or the development of in vitro meat. Nevertheless, we provide reasons for thinking that despite these possible comparative disadvantages there are important reasons for continuing the pursuit of welfare improvements via genetic modification. (shrink)

This article illustrates in which sense genetic determinism is still part of the contemporary interactionist consensus in medicine. Three dimensions of this consensus are discussed: kinds of causes, a continuum of traits ranging from monogenetic diseases to car accidents, and different kinds of determination due to different norms of reaction. On this basis, this article explicates in which sense the interactionist consensus presupposes the innate?acquired distinction. After a descriptive Part 1, Part 2 reviews why the innate?acquired distinction is under attack (...) in contemporary philosophy of biology. Three arguments are then presented to provide a limited and pragmatic defense of the distinction: an epistemic, a conceptual, and a historical argument. If interpreted in a certain manner, and if the pragmatic goals of prevention and treatment are taken into account, then the innate?acquired distinction can be a useful epistemic tool. It can help, first, to understand that genetic determination does not mean fatalism, and, second, to maintain a system of checks and balances in the continuing nature?nurture debates. (shrink)

The cumulative impact of enhancement technologies may alter the human species in the very long-term future. In this article, I will start showing how radical genetic enhancements may accelerate the conversion into a novel species. I will also clarify the concepts of ‘biological species’, ‘transhuman’ and ‘posthuman’. Then, I will summarize some ethical arguments for creating a transhuman or posthuman species with a substantially higher level of well-being than the human one. In particular, I will present what I shall call (...) the Principle of the Best Interests of Posthumanity, which states that the enhancement of the human and transhuman species must be directed towards the creation of a posthuman existence that is substantially more valuable than its predecessors. I suggest that human extinction may be considered, within that principle, as one of the best interests of posthumanity. Finally, I will develop three objections that make that principle unattractive and that show that pursuing a full-blown programme of posthuman evolution is ethically flawed. (shrink)

This article illustrates in which sense genetic determinism is still part of the contemporary interactionist consensus in medicine. Three dimensions of this consensus are discussed: kinds of causes, a continuum of traits ranging from monogenetic diseases to car accidents, and different kinds of determination due to different norms of reaction. On this basis, this article explicates in which sense the interactionist consensus presupposes the innate?acquired distinction. After a descriptive Part 1, Part 2 reviews why the innate?acquired distinction is under attack (...) in contemporary philosophy of biology. Three arguments are then presented to provide a limited and pragmatic defense of the distinction: an epistemic, a conceptual, and a historical argument. If interpreted in a certain manner, and if the pragmatic goals of prevention and treatment (ideally specifying what medicine and health care is all about) are taken into account, then the innate?acquired distinction can be a useful epistemic tool. It can help, first, to understand that genetic determination does not mean fatalism, and, second, to maintain a system of checks and balances in the continuing nature?nurture debates. (shrink)

With the recent report of a live birth after use of Mitochondrial replacement therapy, sometimes called ‘Three-parent IVF’, the clinical application of the technique is fast becoming a reality. While the United Kingdom allows the procedure under regulatory scrutiny, it remains effectively outlawed in many other countries. We argue that such prohibitions may violate individuals’ procreative rights, grounded in individuals’ interest in genetic affinity. The interest in genetic affinity was recently endorsed by Singapore’s highest court, reflecting an emphasis on the (...) importance of biological ties found across the globe. We apply that reasoning to make the case for a right to ‘Three-parent IVF’. (shrink)

The idea that development is the expression of information accumulated during evolution and that heredity is the transmission of this information is surprisingly hard to cash out in strict, scientific terms. This paper seeks to do so using the sense of information introduced by Francis Crick in his sequence hypothesis and central dogma of molecular biology. It focuses on Crick's idea of precise determination. This is analysed using an information-theoretic measure of causal specificity. This allows us to reconstruct some of (...) Crick's claims about information in transcription and translation. Crick's approach to information has natural extensions to non-coding regions of DNA, to epigenetic marks, and to the genetic or environmental upstream causes of those epigenetic marks. Epigenetic information cannot be reduced to genetic information. The existence of biological information in epigenetic and exogenetic factors is relevant to evolution as well as to development. (shrink)

The idea of genetic assimilation, that environmentally induced phenotypes may become genetically fixed and no longer require the original environmental stimulus, has had varied success through time in evolutionary biology research. Proposed by Waddington in the 1940s, it became an area of active empirical research mostly thanks to the efforts of its inventor and his collaborators. It was then attacked as of minor importance during the ‘‘hardening’’ of the neo-Darwinian synthesis and was relegated to a secondary role for decades. Recently, (...) several papers have appeared, mostly independently of each other, to explore the likelihood of genetic assimilation as a biological phenomenon and its potential importance to our understanding of evolution. In this article we briefly trace the history of the concept and then discuss theoretical models that have newly employed genetic assimilation in a variety of contexts. We propose a typical scenario of evolution of genetic assimilation via an intermediate stage of phenotypic plasticity and present potential examples of the same. We also discuss a conceptual map of current and future lines of research aimed at exploring the actual relevance of genetic assimilation for evolutionary biology. (shrink)

This study is intended to provide in-depth insights into how design thinking and creativity issues are understood and possibly evolve in the course of design discussions in a company context. For that purpose, we use the seminar transcripts of the Design Thinking Research Symposium 12 (DTRS12) dataset “Tech-centred Design Thinking: Perspectives from a Rising Asia,” which are primarily concerned with how Korean companies implement design thinking and what role designers currently play. We employed a novel method of information processing based (...) on constructed dynamic semantic networks to investigate the seminar discussions according to company representatives and company size. We compared the quantitative dynamics in two seminars: the first involved managerial representatives of four companies, and the second involved specialized designers and management of a design center of single company. On the basis of dynamic semantic networks, we quantified the changes in four semantic measures—abstraction, polysemy, information content, and pairwise word similarity—in chronologically reconstructed individual design-thinking processes. Statistical analyses show that design thinking in the seminar with four companies, exhibits significant differences in the dynamics of abstraction, polysemy, and information content, compared to the seminar with the design center of single company. Both the decrease in polysemy and abstraction and the increase in information content in the individual design-thinking processes in the seminar with four companies indicate that design managers are focused on more concrete design issues, with more information and less ambiguous content to the final design product. By contrast, specialized designers manifest more abstract thinking and appear to exhibit a slightly higher level of divergence in their design processes. The results suggest that design thinking and creativity issues are articulated differently depending on designer roles and the company size. (shrink)

In a recent publication Tom Douglas and Katrien Devolder have proposed a new account of genetic parenthood, building on the work of Heidi Mertes. Douglas and Devolder’s account aims to solve, among other things, the question of who are the genetic parents of an individual created through somatic cell nuclear transfer (i.e. cloning): (a) the nuclear DNA provider or (b) the progenitors of the nuclear DNA provider. Such a question cannot be answered by simply appealing to the folk account of (...) genetic parenthood, according to which the genetic parents of an individual are those individuals who produced the egg and sperm, respectively, which fused to create the embryo. It cannot be so as in cloning there is no fertilization as such. In this article I critically examine Douglas and Devolder’s new account of genetic parenthood and demonstrate that it is vulnerable to counterexamples that exploit the lack of a condition specifying that genetic parents should cause a child’s coming into existence. (shrink)

I use a contrastive theory of causal explanation to analyze the notion of a genetic trait. The resulting definition is relational, an implication of which is that no trait is genetic always and everywhere. Rather, every trait may be either genetic or non-genetic, depending on explanatory context. I also outline some other advantages of connecting the debate to the wider causation literature, including how that yields us an account of the distinction between genetic traits and genetic dispositions.

Two families of mathematical methods lie at the heart of investigating the hierarchical structure of genetic variation in Homo sapiens: /diversity partitioning/, which assesses genetic variation within and among pre-determined groups, and /clustering analysis/, which simultaneously produces clusters and assigns individuals to these “unsupervised” cluster classifications. While mathematically consistent, these two methodologies are understood by many to ground diametrically opposed claims about the reality of human races. Moreover, modeling results are sensitive to assumptions such as preexisting theoretical commitments to certain (...) linguistic, anthropological, and geographic human groups. Thus, models can be perniciously reified. That is, they can be conflated and confused with the world. This fact belies standard realist and antirealist interpretations of “race,” and supports a pluralist conventionalist interpretation. (shrink)

Imagine a world where everyone is healthy, intelligent, long living and happy. Intuitively this seems wonderful albeit unrealistic. However, recent scienti c breakthroughs in genetic engineering, namely CRISPR/Cas bring the question into public discourse, how the genetic enhancement of humans should be evaluated morally. In 2001, when preimplantation genetic diagnosis (PGD) and in vitro fertilisation (IVF), enabled parents to select between multiple embryos, Julian Savulescu introduced the principle of procreative bene cence (PPB), stating that parents have the obligations to choose (...) the child that is expected to have the best life. In this paper I argue that accepting the PPB and the consequentialist principle (CP) that two acts with the same consequences are morally on par, commits one to accepting the parental obligation of genetically enhancing one's children. (shrink)

In my essay I consider the imaginary case of a future mother who refuses to undergo genetic alteration on her germline although she knows that her, as yet unconceived, child will have a serious genetic disorder. I analyze the good and bad points of two branches of arguments directed against her decision, consequentialist and rights-based. Then I discuss whether accepting one line of these arguments or the other makes a difference in moral assessment. I conclude that, although from the preanalytical (...) perspective we strongly oppose the refusal of genetic treatment in my imaginary case, it is probably impossible to construct one coherent theory which embraces all possible moral dilemmas triggered by our actions which affect the number and the identity of future people. (shrink)

In this paper, I analyze the ethical implications of genetic enhancement within the specific framework of the “child’s right to an open future” argument (CROF). Whilst there is a broad ethical consensus that genetic modifications for eradicating diseases or disabilities are in line with – or do not violate – CROF, there is huge disagreement about how to ethically understand genetic enhancement. Here, I analyze this disagreement and I provide a revised formulation of the argument in the specific field of (...) genetic enhancement. First, I argue that CROF is not in contrast with every kind of enhancement. I subsequently discuss whether CROF requires some moral obligations to enhance progeny. My argument is that parents do not have the moral obligation to open as many options as possible for their children. Rather, they should provide them with a reasonable range of opportunities. Finally, I contend that the moral obligations required by CROF are directly dependent on what Allen Buchanan calls the ‘dominant cooperative framework’ in a given society. I conclude by claiming that, at present, parents are not morally obliged to genetically enhance their children since a non-enhanced person already might have access to a reasonable range of opportunities. However, the moral obligation to enhance progeny might arise if a structural modification of the dominant cooperative framework occurs. (shrink)

Current debate and policy surrounding the use of genetic editing in humans often relies on a binary distinction between therapy and human enhancement. In this paper, we argue that this dichotomy fails to take into account perhaps the most significant potential uses of CRISPR-Cas9 gene editing in humans. We argue that genetic treatment of sporadic Alzheimer’s disease, breast- and ovarian-cancer causing BRCA1/2 mutations and the introduction of HIV resistance in humans should be considered within a new category of genetic protection (...) treatments. We find that if this category is not introduced, life-altering research might be unnecessarily limited by current or future policy. Otherwise ad hoc decisions might be made, which introduce a risk of unforeseen moral costs, and might overlook or fail to address some important opportunities. (shrink)