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Ciclos de vida sexual

Tipos de ciclos de vida sexual: diplóide-dominante, haplóide-dominante e alternância de gerações.

Introdução

Alguma vez você já desejou fazer um clone de si mesmo (por exemplo, para poder fazer o dobro de coisas em um dia)? Como você é um ser humano, você não pode simplesmente se dividir em dois para gerar um eu extra. Se você fosse outro tipo de organismo, por exemplo uma estrela-do-mar ou um cacto - clonar-se seria mais fácil.
Algumas estrelas-do-mar podem gerar outras estrelas-do-mar geneticamente idênticas simplesmente quebrando uma das pontas, que se regenera até formar um animal completo. Da mesma forma, alguns cactos podem se clonar ao deixar cair pedaços de seus galhos, que então formam raízes e se desenvolvem em um novo cacto, geneticamente idêntico ao primeirostart superscript, 1, end superscript.
Estas estratégias reprodutivas são exemplos de reprodução assexuada, que produz uma descendência geneticamente idêntica aos pais (ou seja, ao cacto ou estrela-do-mar original). Em contraste, muitas plantas, animais e fungos produzem descendentes através da reprodução sexuada.
Na reprodução sexuada, as células sexuais (gametas) do pai e da mãe se combinam através do processo de fertilização, levando a formação de um novo indivíduo, geneticamente distinto. Alguns organismos, incluindo a estrela-do-mar e o cacto do exemplo anterior, podem se reproduzir tanto de forma sexuada como assexuadastart superscript, 1, comma, 2, end superscript.
Todas as espécies que se reproduzem sexualmente têm algumas características fundamentais do ciclo de vida em comum, como a meiose (produção de células haploides a partir de células diploides) e fertilização (a fusão de gametas haploides para formar uma célula diploide chamada zigoto). Entretanto, além desses elementos básicos, pode haver muita variação nos ciclos de vida sexuados. Neste artigo, vamos ver os diversos tipos de ciclos de vida sexuados usados pelos diferentes organismos, de seres humanos a samambaias e mofo de pão.

Tipos de ciclos de vida sexuados

Ciclos de vida sexuados envolvem uma alternância entre meiose e fertilização. A meiose ocorre quando uma célula diploide leva à formação de células haploides, e a fertilização ocorre quando duas células haploides (gametas) se fundem para formar um zigoto diploide. O que acontece entre esses eventos, no entanto, pode variar muito nos diferentes organismos - como por exemplo, você, um cogumelo ou um carvalho!
Existem três categorias principais de ciclos de vida sexuados.
  • Em um ciclo de vida de dominância diploide, a fase diploide multicelular é a fase de vida mais óbvia, e as únicas células haploides são os gametas. Os seres humanos e maioria dos animais têm este tipo de ciclo de vida.
  • Em um ciclo de vida de dominância haploide, a fase haploide multicelular (ou às vezes unicelular) é a fase de vida mais óbvia e é frequentemente multicelular. Neste tipo de ciclo de vida, o zigoto unicelular é a única célula diploide. Fungos e algumas algas têm este tipo de ciclo de vida.
  • Em alternância de gerações, tanto a fase haploide como a diploide são pluricelulares, embora possam ser dominantes em graus diferentes em diferentes espécies. Plantas e algumas algas têm este tipo de ciclo de vida.
Vamos tornar essas ideias mais concretas olhando um exemplo de cada tipo de ciclo de vida.

Ciclo de vida dominância diploide

Quase todos os animais possuem ciclo de vida de dominância diploide em que as únicas células haploides são os gametas. Nos estágios iniciais do desenvolvimento de um embrião animal, células diploides especiais, chamadas células germinativas, são feitos nas gônadas (testículos e ovários). Células germinativas podem se dividir por mitose para produzir mais células germinativas, mas algumas delas sofrem meiose, produzindo gametas haploides (espermatozoides e óvulos). Fertilização envolve a fusão de dois gametas, usualmente originados de diferentes indivíduos, restaurando o estado diploide.
Exemplo de um ciclo de vida de dominância diploide: o ciclo de vida humano. Em um ser humano maduro (2n), os óvulos são produzidos por meiose no ovário de uma mulher, ou os espermatozoides são produzidos por meiose nos testículos de um homem. Os óvulos e espermatozoides são 1n, e eles se combinam na fertilização para formar um zigoto (2n). O zigoto se divide por mitose para produzir um ser humano maduro.
Imagem adaptada de "Sexual reproduction: Figure 1," de OpenStax College, Biology (CC BY 3.0).

Ciclo de vida de dominância haploide

A maioria dos fungos e alguns protistas (eucariontes unicelulares) possuem um ciclo de vida de dominância haploide, no qual o "corpo" do organismo—isto é, a forma madura, ecologicamente importante—é haploide.
Um exemplo de um fungo com um ciclo de vida de dominância haploide é o bolor preto do pão, cujo ciclo de vida sexuado é mostrado no diagrama abaixo. Na reprodução sexuada deste fungo, as hifas (estruturas filamentares pluricelulares haploides) de dois indivíduos compatíveis crescem uma em direção a outra inicialmente.
Quando as hifas se encontram, elas formam uma estrutura chamada de zigosporângio. Um zigosporângio contém vários núcleos haploides provindos dos dois genitores dentro de uma única célula. Os núcleos haploides se fundem para formar núcleos diploides, que são equivalentes aos zigotos. A célula que contém os núcleos é chamada de zigósporo.
Exemplo de um ciclo de vida dominante haploide: mofo-preto-do-pão. Um esporo haploide (1n) realiza mitose para produzir um indivíduo multicelular (1n) com estruturas em forma de filamentos chamadas hifas. Duas hifas de tipos compatíveis correspondentes (+ e -) estendem protrusões uma em direção à outra, e quando as protrusões se encontram, elas formam um zigosporângio que contém múltiplos núcleos haploides (alguns de ambas as hifas progenitoras). Então, ocorre a fusão nuclear, na qual os núcleos haploides se fundem para formar núcleos diploides, e a célula que contém o núcleo diploide é chamada de zigósporo. Os núcleos diploides do zigósporo realizam meiose para produzir núcleos haploides, que são liberados na forma de esporos unicelulares (1n), e o ciclo se repete.
Imagem adaptada de "Sexual reproduction: Figure 2," de OpenStax College, Biology (CC BY 3.0).
O zigósporo pode ficar dormente por longos períodos de tempo, mas sob certas condições, os núcleos diploides sofrem meiose para formar núcleos haploides que são liberados em células únicas chamadas de esporos start superscript, 4, end superscript. Por terem sido formados por meiose, cada esporo tem uma combinação única de material genético. Os esporos germinam e dividem-se por mitose para formar novos fungos haploides multicelulares.

Alternância de gerações

O terceiro tipo de ciclo de vida, a alternância de gerações, é uma mistura dos extremos de dominância haploide e dominância diploide. Este ciclo de vida é encontrado em todas as plantas e em algumas algas. Espécies com alternância de gerações têm estágios multicelulares haploides e diploides.
As plantas multicelulares haploides (ou algas) são chamadas gametófitos , porque elas fazem gametas usando células especializadas. A meiose não está diretamente envolvida em fazer os gametas neste caso, porque o organismo já é haploide. A fertilização entre os gametas haploides forma um zigoto diploide.
O zigoto será submetido a muitas rodadas de mitose e dará origem a uma planta multicelular diploide chamada esporófito. Células especializadas do esporófito irão sofrer meiose e produzirão esporos haploides. Os esporos então se desenvolverão em gametófitos multicelulares.
Exemplo de alternância de gerações: ciclo de vida de uma samambaia. Esporos haploides (1n) germinam e realizam mitose para produzir um gametófito multicelular (1n). Células especializadas do gametófito realizam mitose para produzir células de espermatozoides e óvulos (1n), que se combinam na fertilização para formar um zigoto (2n). O zigoto realiza mitose para formar um esporófito multicelular diploide, a estrutura frondosa que normalmente chamamos de samambaia. No esporófito, estruturas especializadas chamadas esporângios se formam, e dentro delas se formam células haploides (esporos, 1n) por meiose. Os esporos são liberados e podem germinar, iniciando o ciclo novamente.
Imagem modificada de "Sexual reproduction: Figure 3," de OpenStax College, Biology (CC BY 3.0).
Embora todas as plantas que se reproduzem sexuadamente passem por alguma versão de alternância de gerações, os tamanhos relativos do esporófito e o gametófito e a relação entre eles variam entre as espécies.
Em plantas como os musgos, o gametófito é uma planta de vida livre, relativamente grande, enquanto o esporófito é pequeno e dependente do gametófito. Em outras plantas, como samambaias, o gametófito e o esporófito são de vida livre; no entanto, o esporófito é muito maior e é o que normalmente pensamos como uma samambaia.
Em plantas que produzem sementes, como as magnólias e margaridas, o esporófito é muito maior do que o gametófito: o que nós consideramos a "planta" é quase inteiramente tecido de esporófito. O gametófito é composto apenas de algumas células e, no caso do gametófito feminino, está completamente contido dentro do esporófito (dentro de uma flor).

Por que a reprodução sexuada é comum?

De certa forma, a reprodução assexuada, que produz uma prole em que os indivíduos são clones dos pais, aparenta ser um sistema mais simples e mais eficiente que a reprodução sexuada. Afinal de contas, se o organismo progenitor é bem sucedido em determinado habitat, os descendentes com o mesmo gene também não seriam bem sucedidos da mesma forma? Além disso, a reprodução assexuada necessita apenas de um indivíduo, eliminando-se o problema de se encontrar um parceiro e possibilitando que um organismo isolado se reproduza.
Apesar disso, poucos organismos multicelulares são completamente assexuados. Por que, então, a reprodução sexuada é tão comum? Esta questão tem sido motivo de acalorados debates, e ainda há desacordo sobre a resposta exata. Em geral, porém, acredita-se que a reprodução sexuada oferece uma vantagem evolutiva – e portanto, é muito comum entre os organismos vivos hoje – porque aumenta a variabilidade genética, reorganizando as variantes do gene para fazer novas combinações. Os processos que geram variação genética em todos os ciclos de vida sexuais são: o crossing-over na meiose, a distribuição aleatória dos cromossomos homólogos e a fertilização.
Por que essa variação genética é uma coisa boa? Como exemplo, vamos considerar o caso onde o ambiente onde se localiza uma determinada população muda, talvez através da introdução de um novo patógeno ou predador. A reprodução sexuada faz continuamente novas combinações aleatórias de variantes do gene. Isto torna mais provável que um ou mais membros de uma população que se reproduz sexuadamente apresentem uma combinação que permite a sobrevivência sob as novas condições (por exemplo, uma que fornece resistência ao patógeno ou permite escapar do predador).
Ao longo de gerações, as variantes benéficas do gene podem se espalhar através da população, permitindo-lhe sobreviver como um grupo sob as novas condições.

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    Por que a reprodução sexuada é comum?
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