Os constituintes químicos do citoplasma (aquela parte da célula fora do núcleo) não são ressintetizados do DNA cada vez que uma célula se divide. Isso ocorre porque cada uma das duas células-filhas formadas durante a divisão celular geralmente herda cerca de metade do material celular da célula mãe, e é importante porque a presença de enzimas essenciais permite que o DNA seja replicado antes fez as enzimas necessárias para o fazer. Células de organismos superiores contêm estruturas complexas e, cada vez que uma célula se divide, as estruturas devem ser duplicadas. O método de duplicação varia para cada estrutura e, em alguns casos, o mecanismo ainda é incerto. Um fenômeno marcante e importante é a formação de um nova membrana. As membranas celulares, embora sejam muito finas e parecem ter uma forma e estrutura simples, contêm muitas enzimas e são locais de grande atividade metabólica. Isso se aplica não somente à membrana que envolve a célula, mas a todas as membranas dentro da célula. Novas membranas, que parecem se formar rapidamente, são indistinguíveis das antigas. Assim, a formação de uma nova célula envolve a síntese adicional de muitos constituintes que estavam presentes na célula-mãe. Isso significa que todas as informações e materiais necessários para uma célula se reproduzir devem ser fornecidos pelos constituintes celulares e pelo DNA herdado da célula-mãe.
A reprodução sexual é o processo no qual novos organismos são criados, combinando a informação genética de dois indivíduos de sexos diferentes. A informação genética é transportada em cromossomos dentro do núcleo de células sexuais especializadas chamadas gametas . Nos machos, esses gametas são chamados de espermatozoides e nas fêmeas os gametas são chamados de óvulos . Durante a reprodução sexual, os dois gametas se unem em um processo de fusão conhecido como fertilização , para criar um zigoto , que é o precursor de uma descendência embrionária., tomando metade de seu DNA de cada um de seus pais. Nos humanos, um zigoto contém 46 cromossomos: 23 de sua mãe e 23 de seu pai. A combinação desses cromossomos produz uma prole semelhante à mãe e ao pai, mas não é idêntica a nenhuma delas.
Fertilização
Traços fenotípicos , como adaptações físicas ao ambiente de um organismo e características genotípicas , como resistência a doenças, são transmitidas de cada genitor durante a reprodução sexual. A seleção natural , por meio da qual indivíduos com adaptações favoráveis ao seu meio são capazes de sobreviver e reproduzir com sucesso, impulsiona o processo de evolução . A reprodução sexual aumenta a diversidade de genótipos e fenótipos dentro de uma população , permitindo seleção natural para selecionar os indivíduos mais adequados a um ambiente.
A reprodução sexual difere da reprodução assexuada , que requer apenas um dos pais. Na reprodução assexuada , ao contrário da reprodução sexuada, não há fusão de gametas, portanto, os descendentes são geneticamente idênticos aos seus pais e, portanto, são clones . A reprodução assexuada ocorre em alguns animais, embora seja rara; a maior parte da reprodução assexuada ocorre em bactérias , fungos , estrelas-do-mar, corais, hidras (medusas) e algumas plantas com flores, como morangos.
Tipos de reprodução sexual
Alogamia
A alogamia ocorre quando os gametas que se juntam durante a fertilização vêm de dois indivíduos diferentes. O gameta feminino é geralmente na forma de um ovo ou óvulo,enquanto o gameta masculino assume a forma de um espermatozóide . O óvulo e o espermatozóide são células especializadas para realizar a tarefa de reprodução; cada célula sexual contém apenas 23 cromossomos (chamados de células haplóides ) em vez dos 46 cromossomos normais presentes em outras células do corpo. As duas células haplóides se fundem para criar uma célula diploide que sofre mitose, para crescer e formar um organismo individual. Mitose é a divisão de uma célula em duas, após o DNA ter sido replicado dentro do núcleo .
Como os genes dos indivíduos são transmitidos através da reprodução sexual e a sobrevivência dos genes é controlada pela seleção natural, os indivíduos são levados a escolher parceiros baseados em sua capacidade de produzir descendentes que provavelmente sobreviverão e viverão para se reproduzir. É, portanto, no melhor interesse de cada indivíduo encontrar um parceiro com qualidades como boa saúde, agressividade, velocidade e agilidade para sobreviver a lutas, e qualidades que ajudarão a prole a atrair futuras companheiras. A diversidade genética e fenotípica produzida pela reprodução sexual permite que os indivíduos escolham parceiros com base na melhor exibição dessas características. As escolhas dadas às espécies sexualmente reprodutivas causam concorrênciaentre indivíduos e significa que geralmente apenas os indivíduos que apresentam características desejadas são capazes de transmitir seus genes. Isso é conhecido como seleção sexual .
A seleção sexual também leva ao dimorfismo sexual , em que machos e fêmeas da mesma espécie diferem muito na aparência. Como as fêmeas são geralmente responsáveis por proteger os filhotes após o nascimento, elas geralmente são camufladas com cores opacas, comparadas aos machos, que geralmente exibem cores brilhantes e partes do corpo exageradas (como chifres grandes ou chifres). Muitas vezes, essas características sexualmente selecionadas podem entrar em conflito com a capacidade de sobrevivência dos animais. Por exemplo, cores brilhantes que atraem as mulheres também podem atrair predadores . No entanto, o desejo de acasalar é forte e, portanto, essas características persistem e aumentam dentro das populações.
Fertilização Interna
A fertilização interna é a fertilização do óvulo pelo espermatozóide dentro do corpo de um dos pais, geralmente por meio de relações sexuais . A fertilização interna geralmente ocorre dentro do corpo feminino, depois que o macho implanta o espermatozóide. No entanto, existem exemplos excepcionalmente raros, como cavalos-marinhos (Sygnathidae), onde a fêmea implanta seus ovos no macho e o zigoto é formado dentro do corpo do macho.
O próximo passo na fertilização interna depende da espécie. Algumas criaturas, como pássaros, insetos e répteis, colocam um ovo contendo as células, que estão sofrendo mitose, e uma reserva de gema para alimentar e apoiar o crescimento do embrião. Após um período de tempo (muitas vezes tendo sido incubado), um indivíduo totalmente formado eclodirá do óvulo. Isso é conhecido como oviparidade .
Os embriões da maioria das espécies de mamíferos crescem e se desenvolvem dentro do corpo de sua mãe, resultando no nascimento vivo de uma prole totalmente formada: isso é chamado de viviparidade . Embriões são suportados pela placenta , que fornece absorção de nutrientes, remoção de resíduos e regulação térmica em organismos placentários (a maioria dos mamíferos ). Alternativamente, os filhotes marsupiais (por exemplo, coalas e cangurus) são removidos de dentro do corpo da mãe após um curto período de gestação e completam seu desenvolvimento dentro de uma bolsa externa na frente do corpo da mãe.
Uma terceira forma de desenvolvimento é a ovoviviparidade , na qual os embriões se desenvolvem em ovos armazenados dentro do corpo do pai até que estejam prontos para eclodir, dando a aparência de um nascimento vivo.
Fertilização Externa
A fertilização externa ocorre quando um espermatozóide e um óvulo se juntam fora do corpo. A maioria dos anfíbios e peixes e muitos invertebrados usam fertilização externa, produzindo de centenas a bilhões de gametas de uma só vez. A liberação rápida de gametas em ambientes aquáticos é chamada de desova . No entanto, às vezes as fêmeas põem ovos em um determinado substrato que são posteriormente fertilizados por machos.
As células sexuais de criaturas que se reproduzem através de fertilização externa freqüentemente têm adaptações especiais para o movimento, como a adição de fortes flagelos para movimentos independentes.
Autogamia
A autogamia , também conhecida como autofecundação ou autopolinização, é a fusão dos gametas masculinos e femininos, que são produzidos por um único indivíduo. Espécies que são capazes de produzir ambos os gametas masculinos e femininos são chamadas de hermafroditas .
Embora a autogamia seja semelhante à reprodução assexuada, na medida em que não há contribuição da diversidade genética de um parceiro, a recombinação dos cromossomos dos gametas masculinos e femininos resulta em descendentes com informações genéticas levemente alteradas, que podem, portanto, parecer fenotipicamente diferentes de seus pais. A maioria das plantas e minhocas se reproduzem por autogamia. Às vezes é possível que os hermafroditas se reproduzam com outros hermafroditas. Neste caso, a diversidade genética aumenta dentro da população.
Vantagens da Reprodução Sexual
Mutações deletérias se acumulam dentro do DNA ao longo do tempo, através da mitose celular. Organismos que produzem assexuadamente simplesmente passam essas mutações para seus descendentes, enquanto organismos que combinam seu DNA através da reprodução sexual permitem que apenas uma parte de suas mutações deletérias passe para seus descendentes, aumentando suas chances de sobrevivência. Este efeito é aumentado através da seleção natural, onde indivíduos com mutações excepcionalmente prejudiciais são incapazes de transmitir seus genes através da reprodução sexual.
O aumento da diversidade de genes dentro de uma população também permite que a seleção natural melhore a capacidade de um organismo de se adaptar às mudanças ambientais. Mutações aleatórias, que são inúteis para uma geração, podem se tornar a chave para a sobrevivência nas gerações futuras, sob uma mudança de pressões ambientais. Essa é a força motriz por trás da especiação .
Dos vários tipos de divisão celular , o modo mais comum é a fissão binária, a divisão de uma célula em duas partes separadas e similares. Em bactérias (procariotas) o cromossomo (o corpo que contém o DNA e as proteínas associadas) se replica e depois se divide em dois, após o qual uma parede celular se forma através da célula parental alongada. Nos organismos superiores (eucariontes ) há primeiro um elaborado duplicação e depois separação dos cromossomas (mitose), após o qual o citoplasma-se divide em dois. Nas células das plantas superiores de parede celular rígida, uma placa mediana forma e divide a célula mãe em dois compartimentos; nas células animais , que não têm uma parede dura, uma membrana delicada aperta a célula em dois, muito parecida com a separação de duas gotas líquidas. Brotando células de levedura fornecem uma exceção interessante. Nestes fungos, a parede celular forma uma bolha que se torna ingurgitada com o citoplasma até que, finalmente, seja o tamanho da célula original. O núcleo então se divide, um dos núcleos filhos passa para o botão e, finalmente, as duas células se separam.
Em alguns casos de fissão binária, pode haver uma divisão citoplasmática desigual com uma divisão igual dos cromossomos. Isso ocorre, de fato, em um grande número de organismos superiores durantemeiose - o processo pelo qual as células sexuais (gametas ) são formados: originalmente cada cromossomo da célula está em um par (diploide ); durante a meiose, esses pares diplóides de cromossomos são separados, de modo que cada célula sexual tem apenas um de cada par de cromossomos (haplóide ). Durante as duas sucessivas divisões meióticas envolvidas na produção deovos , um óvulo diploide primordial é convertido em um ovo haplóide e três pequenos corpos polares haploides (células minúsculas ). Nesse caso, o óvulo recebe muito mais citoplasma do que os corpos polares.
Fissão Múltipla
Algumas algas, algumas protozoários e os verdadeiros fungos lodo (Mixomicetos ) dividem-se regularmente por fissão múltipla. Em tais casos,o núcleo sofre várias divisões mitóticas, produzindo vários núcleos. Depois que as divisões nucleares estão completas, o citoplasma se separa, e cada núcleo fica envolto em sua própria membrana para formar uma célula individual. Nos mixomicetos, a fusão de dois gametas haplóides ou a fusão de dois ou mais zigotos diploides (as estruturas que resultam da união de duas células sexuais) resulta na formação de um plasmódio - uma massa multinucleada e móvel do citoplasma. Os núcleos estão em um sincício , isto é, não há limites de células, e os núcleos fluem livremente no mótil plasmódio. À medida que se alimenta, o plasmódio aumenta e os núcleos se dividem de maneira síncrona uma vez a cada 24 horas. O plasmódio pode se tornar muito grande, com milhões de núcleos, mas, em última instância, quando as condições estão certas, forma uma série de pequenas protuberâncias, cada uma das quais se torna um pequeno corpo frutífero (uma estrutura que contém os esporos). Durante este processo, os núcleos sofrem meiose, e os núcleos haplóides finais são então isolados em esporos uninucleados (corpos reprodutivos).
Muitos algas ( por exemplo, os Siphonales e grupos relacionados) são multinucleados. Na maioria dos casos, os núcleos estão em um citoplasma comum dentro de um organismo grande e elaborado, circundado por uma parede celular dura. À medida que a parede se estende, os núcleos, que vagueiam livremente na cavidade central, sofrem mitoses repetidas. Mais uma vez, seja durante a formação de zoósporos (células reprodutivas assexuadas) ou após a meiose durante a formação de gametas , ocorre uma divisão maciça e progressiva. O mais incomum de tais organismos é a alga marinha Acetabularia ; muitos núcleos permanecem agrupados em umnúcleo composto na base da raiz, que frequentemente fica a até cinco centímetros de distância da ponta da planta . O núcleo composto se quebra logo antes da formação do gameta, e os minúsculos núcleos individuais sofrem meiose e vagueiam até as elaboradas estruturas das pontas, onde são liberados como gametas uninucleados.
Os organismos sinciciais levantam a questão de se as células, no sentido estrito, são ou não necessárias para o desenvolvimento de grandes organismos. Os sincícios também são encontrados em animais - por exemplo, nos estágios iniciais de desenvolvimento de peixes e insetos - e nos músculos voluntários do homem . A proposta do botânico do século XIX Julius von Sachs é geralmente considerado uma resposta satisfatória para essa questão; Ele sugeriu que a questão importante era a existência não de uma membrana celular,mas de uma certa quantidade de citoplasma em torno de um núcleo e atuando como uma unidade do metabolismo , que ele chamou de energético. A reprodução celular, portanto, pode ser considerada um caso especial de reprodução de energia.
As características que um organismo herda são largamente armazenadas nas células como informação genética em moléculas muito longas de ácido desoxirribonucleico (DNA). Em 1953, foi estabelecido que as moléculas de DNA consistem em duas cadeias complementares, cada uma das quais pode fazer cópias da outra.
Os fios são como dois lados de uma escada que foi torcida ao longo de seu comprimento na forma de uma dupla hélice (mola). Os degraus, que unem os dois lados da escada, são compostos por duas bases terminais. Existem quatro bases no DNA: timina, citosina, adenina e guanina. No meio de cada degrau, uma base de um filamento de DNA é ligada por uma ligação de hidrogênio a uma base do outro filamento. Mas eles podem emparelhar apenas de certas maneiras: adenina sempre emparelha com timina e guanina com citosina. É por isso que um fio de DNA é considerado complementar ao outro.
As hélices duplas se duplicam separando-se em um lugar entre os dois filamentos e se tornando progressivamente desapegadas. À medida que um filamento se separa do outro, cada um deles adquire novas bases complementares até que, eventualmente, cada filamento se torne uma nova hélice dupla com uma nova cadeia complementar para substituir a original. Como a adenina sempre se posiciona em oposição à citosina oposta à timina e à guanina, o processo é chamado de replicação de molde - uma fita serve como molde para a outra. Deve-se acrescentar que as etapas que envolvem a duplicação do DNA não ocorrem espontaneamente; eles exigem catalisadores na forma de enzimas que promovem o processo de replicação.
A sequência de bases em uma molécula de DNA serve como um código pelo qual a informação genética é armazenada. Usando este código, o DNA sintetiza uma cadeia de ácido ribonucleico (RNA), uma substância que é tão semelhante estruturalmente ao DNA que também é formada por replicação de modelo de DNA. O RNA serve como um mensageiro para transportar o código genético para aqueles lugares na célula onde
as proteínas são fabricadas. A maneira pela qual o RNA mensageiro é traduzido em proteínas específicas é um processo notável e complexo. (Para informações mais detalhadas sobre DNA, RNA e o código genético, veja os artigos ácido nucleico e hereditariedade: Cromossomos e genes). A capacidade de sintetizar enzimas e outras proteínas permite que o organismo faça qualquer substância que existisse em uma geração anterior. Proteínas são reproduzidas diretamente; entretanto, outras substâncias como carboidratos, gorduras e outras moléculas orgânicas encontradas nas células são produzidas por uma série de reações químicas controladas por enzimas, cada enzima sendo derivada originalmente do DNA através do RNA mensageiro. É porque todos os constituintes orgânicos feitos pelos organismos são derivados, em última análise, do DNA, que as moléculas nos organismos são reproduzidas exatamente por cada geração sucessiva.
Em um sentido geral, a reprodução é um dos conceitos mais importantes biologia : significa fazer uma cópia, uma semelhança e, assim, prover a existência contínua de espécies . Embora a reprodução seja muitas vezes considerada apenas em termos da produção de descendentes em animais e plantas, o significado mais geral tem um significado muito maior para os organismos vivos. Para apreciar este fato, a origem da vida e a evolução dos organismos deve ser considerada. Uma das primeiras características da vida que emergiu nos tempos primitivos deve ter sido a capacidade de algum sistema químico primitivo fazer cópias de si mesmo.
Em seu nível mais baixo, portanto, a reprodução é replicação química. À medida que a evolução progrediu, as células de níveis sucessivamente mais altos de complexidade devem ter surgido, e era absolutamente essencial que elas tivessem a capacidade de fazer imagens de si mesmas. Nos organismos unicelulares, a capacidade de uma célula se reproduzir significa a reprodução de um novo indivíduo; em organismos multicelulares, no entanto, significa crescimento e regeneração . Os organismos multicelulares também se reproduzem no sentido estrito do termo - isto é, fazem cópias de si mesmos na forma de descendentes - mas o fazem de várias maneiras, muitos envolvendo órgãos complexos e elaborando mecanismos hormonais.
