A organogênese , biologia do desenvolvimento, é um momento de mudança, onde as três camadas que constituem o embrião se tornar o número de corpos encontrados em indivíduos totalmente desenvolvidos.
Localizado temporariamente no desenvolvimento do embrião, o processo de organogênese começa no final da gastrulação e continua até o nascimento do organismo. Cada camada germinativa do embrião difere em órgãos e sistemas específicos.
Nos mamíferos , o ectoderma dá origem a estruturas epiteliais externas e órgãos nervosos. O mesoderma do notocórdio, cavidades, órgãos do sistema circulatório, músculo, parte do esqueleto e sistema urogenital. Finalmente, o endoderme produz o epitélio do trato respiratório, a faringe, o fígado, o pâncreas, o revestimento da bexiga e o músculo liso.
Como podemos inferir, é um processo finamente regulado em que as células iniciais sofrem uma diferenciação específica na qual genes específicos são expressos. Esse processo é acompanhado por cascatas de sinalização celular, onde os estímulos que modulam a identidade celular consistem em moléculas externas e internas.
Nas plantas, o processo de organogênese ocorre até a morte do organismo. Os vegetais geralmente produzem órgãos ao longo da vida – como folhas, caules e flores. O fenômeno é orquestrado por hormônios vegetais, sua concentração e a relação entre eles.
O que é organogênese?
Um dos eventos mais extraordinários da biologia dos organismos é a rápida transformação de uma pequena célula fertilizada em um indivíduo composto de estruturas múltiplas e complexas.
Essa célula começa a se dividir e chega um ponto em que podemos distinguir as camadas germinativas. A formação de órgãos ocorre durante um processo chamado organogênese e ocorre após a segmentação e gastrulação (outras etapas do desenvolvimento embrionário).
Cada tecido primário que se formou durante a gastrulação difere em estruturas específicas durante a organogênese. Nos vertebrados, esse processo é muito homogêneo.
A organogênese é útil para determinar a idade dos embriões, usando a identificação do estágio de desenvolvimento de cada estrutura.
Organogênese em animais
Camadas embrionárias
Durante o desenvolvimento dos organismos, são geradas as camadas embrionárias ou germinais (que não devem ser confundidas com as células germinativas, são os óvulos e os espermatozóides), estruturas que darão origem aos órgãos. Um grupo de animais multicelulares possui duas camadas germinativas – endoderme e ectoderme – e são chamados diploblásticos.
A esse grupo pertencem as anêmonas do mar e outros animais. Outro grupo possui três camadas, as mencionadas acima, e uma terceira localizada entre elas: o mesoderma. Este grupo é conhecido como triploblástico. Observe que não há termo biológico para se referir a animais com uma única camada germinativa.
Uma vez estabelecidas as três camadas no embrião, o processo de organogênese é iniciado. Alguns órgãos e estruturas muito específicos são derivados de uma camada específica, embora não seja estranho que um seja formado a partir de duas camadas germinativas. De fato, não existem sistemas orgânicos provenientes de uma única camada germinativa.
É importante destacar que não é a camada que decide o destino da estrutura e o processo de diferenciação. Por outro lado, o fator determinante é a posição de cada célula em relação às outras.
Como ocorre a formação dos órgãos?
Como mencionado, os órgãos são derivados de regiões específicas das camadas embrionárias que compõem seus embriões. A formação pode ocorrer pela formação de dobras, divisões e condensações.
As camadas podem começar a formar dobras que mais tarde dão origem a estruturas que se assemelham a um tubo – mais tarde veremos que esse processo dá origem ao tubo neural nos vertebrados. A camada germinativa também pode se dividir e levar a vesículas ou prolongamentos.
A seguir, descreveremos o plano básico de formação de órgãos a partir das três camadas germinativas. Esses padrões foram descritos para organismos modelo de vertebrados. Outros animais podem ter variações substanciais do processo.
Ectoderm
A maioria dos tecidos epiteliais e nervosos provém do ectoderma e são os primeiros órgãos a aparecer.
O notocorda é uma das cinco características de diagnóstico das cordas – e daí vem o nome do grupo. Abaixo disso, aparece um espessamento do ectoderma que dará origem à placa neural. As bordas da placa sofrem uma elevação, depois dobram e criam um tubo interior alongado e oco, chamado tubo dorsal neural oco, ou simplesmente um tubo neural.
A maioria dos órgãos e estruturas que compõem o sistema nervoso são gerados a partir do tubo neural. A região anterior aumenta, formando o cérebro e os nervos cranianos. À medida que o desenvolvimento avança, a medula espinhal e os nervos motores espinhais se formam.
As estruturas correspondentes ao sistema nervoso periférico são derivadas das células da crista neural. No entanto, a crista não apenas dá origem aos órgãos nervosos, mas também participa da formação de células pigmentares, cartilagens e ossos que formam o crânio, os gânglios do sistema nervoso autônomo, algumas glândulas endócrinas, entre outras.
Endoderm
Órgãos derivados
Na maioria dos vertebrados, o canal de alimentação é formado a partir de um intestino primitivo, onde a região final do tubo se abre para o exterior e se alinha com o ectoderma, enquanto o restante do tubo está alinhado com o endoderme. Da região anterior do intestino surgem os pulmões, fígado e pâncreas.
Trato respiratório
Um dos derivados do trato digestivo inclui o divertículo faríngeo, que aparece no início do desenvolvimento embrionário de todos os vertebrados. Nos peixes , os arcos branquiais dão origem a brânquias e outras estruturas de apoio que persistem nos adultos e permitem a extração de oxigênio nos corpos d’água.
Na evolução evolutiva, quando os ancestrais anfíbios começam a desenvolver uma vida fora da água, as brânquias não são mais necessárias ou úteis como órgãos respiratórios do ar e são funcionalmente substituídas pelos pulmões.
Então, por que os embriões de vertebrados terrestres possuem arcos branquiais? Embora não estejam relacionados às funções respiratórias dos animais, são necessários para a geração de outras estruturas, como a mandíbula, as estruturas do ouvido interno, amígdalas, glândulas paratireóides e timo.
Mesoderm
O mesoderma é a terceira camada germinativa e a camada adicional que aparece em animais triploblásticos. Está relacionado à formação de músculo esquelético e outros tecidos musculares, sistema circulatório e órgãos envolvidos na excreção e reprodução.
A maioria das estruturas musculares deriva do mesoderma. Essa camada germinativa dá origem a um dos primeiros órgãos funcionais do embrião: o coração, que começa a bater no estágio inicial de desenvolvimento.
Por exemplo, um dos modelos mais utilizados para o estudo do desenvolvimento embrionário é o frango. Nesse modelo experimental, o coração começa a bater no segundo dia de incubação – todo o processo leva três semanas.
O mesoderma também contribui para o desenvolvimento da pele. Podemos pensar que a epiderme é uma espécie de “quimera” de desenvolvimento, uma vez que mais de uma camada germinativa está envolvida em sua formação. A camada externa vem do ectoderma e chamamos de epiderme, enquanto a derme é formada a partir do mesoderma.
Migração celular durante a organogênese
Um fenômeno proeminente na biologia da organogênese é a migração celular pela qual algumas células passam para chegar ao seu destino final. Ou seja, as células se originam em um local do embrião e são capazes de se mover longas distâncias.
Entre as células capazes de migrar estão as células precursoras do sangue, células do sistema linfático, células pigmentares e gametas. De fato, a maioria das células relacionadas à origem óssea do crânio migra ventralmente da região dorsal da cabeça.
Organogênese em plantas
Como nos animais, a organogênese nas plantas consiste no processo de formação dos órgãos que compõem as plantas. Há uma diferença fundamental em ambas as linhagens: enquanto a organogênese nos animais ocorre nos estágios embrionários e termina quando o indivíduo nasce, nas plantas a organogênese para apenas quando a planta morre.
As plantas mostram crescimento em todas as fases de sua vida, graças a regiões localizadas em regiões específicas da planta chamadas meristemas. Essas áreas de crescimento contínuo produzem regularmente galhos, folhas, flores e outras estruturas laterais.
Papel dos fitohormônios
No laboratório, a formação de uma estrutura chamada calo foi alcançada. É induzida pela aplicação de um coquetel de fitohormônios (principalmente auxinas e citocininas). O calo é uma estrutura que não é diferenciada e é totipotencial – ou seja, pode produzir qualquer tipo de órgão, como células-tronco conhecidas em animais.
Embora os hormônios sejam um elemento chave, não é a concentração total do hormônio que impulsiona o processo de organogênese, mas a relação entre citocininas e auxinas.
Referências
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- Gilbert, SF, & Epel, D. (2009). Biologia do desenvolvimento ecológico: integrando epigenética, medicina e evolução.
- Hall, BK (2012).Biologia evolutiva do desenvolvimento . Springer Science & Business Media.
- Hickman, CP, Roberts, LS, & Larson, A. (2007). Princípios integrados de zoologia. McGraw-Hill
- Raghavan, V. (2012).Biologia do desenvolvimento de plantas com flores . Springer Science & Business Media.
- Rodríguez, FC (2005).Bases de produção animal . Universidade de Sevilha