Reprodução sexual: características, tipos, plantas, animais

A reprodução sexual é a multiplicação de indivíduos de dois pais de sexos diferentes: masculino e feminino – exceto quando se refere a reprodução sexual em bactérias ou protozoários, onde não é sem distinção de sexo. É um processo amplamente distribuído em organismos eucarióticos .

Cada indivíduo que participa da reprodução sexual produz um tipo de células germinativas especializadas: esperma e óvulos. Estes são causados ​​por um tipo de divisão celular especializada, chamada meiose . Este evento é a diferença crucial entre reprodução assexuada e sexual.

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Fonte: Por Manojiritty [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], do Wikimedia Commons

O processo começa com a união de dois gametas que dão origem a um zigoto. Posteriormente, o zigoto dá origem a um novo indivíduo com características de ambos os pais e com certos caracteres únicos.

Devido à onipresença do processo, inferimos que a reprodução sexual representa uma série de vantagens sobre o assexual.No entanto, as possíveis desvantagens da reprodução sexual são mais evidentes: o tempo e a energia investidos na busca de parceiros, a competição por mulheres, o custo de produção de gametas não fertilizados, entre outros.

Os custos parecem ser muito altos, portanto, eles devem ter vantagens substanciais que ajudam a compensá-lo. Os benefícios da reprodução sexual têm sido objeto de controvérsia e debate entre biólogos evolucionistas.

Uma hipótese sugere que a reprodução sexual é benéfica, pois produz variedades que, em tempos de mudanças ambientais, podem ser benéficas para a espécie. De fato, a produção de variabilidade genética é uma das vantagens atribuídas ao sexo.

Por outro lado, alguns pesquisadores propõem que a reprodução sexual, especificamente a recombinação, foi selecionada como um mecanismo de reparo do DNA . No entanto, a prevalência do sexo ainda é desconhecida, apesar de seus custos.

Características gerais

O sexo é um fenômeno complexo que varia amplamente entre os táxons eucarióticos. Em geral, podemos entendê-lo como um processo que envolve três etapas: a fusão de dois núcleos haplóides, o fenômeno de recombinação que produz novos genótipos e a divisão de células diplóides para formar núcleos haplóides.

Deste ponto de vista, o sexo nos eucariotos depende de um ciclo de vida, no qual as células diplóides devem ser divididas pela meiose. Esse processo de divisão meiótica é responsável pela distribuição do material genético dos futuros gametas.

A meiose visa separar os cromossomos homólogos, de modo que cada gameta possua metade dos cromossomos somáticos. Além de reduzir a carga genética, na meiose há também a troca de material entre cromátides não irmãs, produzindo combinações totalmente novas.

Gametes

Os gametas são as células sexuais de organismos que são gerados pela meiose e contêm metade da carga genética, ou seja, são haplóides.

Os gametas variam tanto em plantas quanto em animais e são classificados em três categorias fundamentais, dependendo de seu tamanho e mobilidade relativa: isogamia, anisogamia e oogamia.

A isogamia é uma forma de reprodução sexual, onde os gametas que se fundem para dar origem ao novo indivíduo são idênticos em tamanho, mobilidade e estrutura. A isogamia é representada principalmente em plantas.

Em contraste, a anisogamia consiste na união de dois gametas que diferem em tamanho e estrutura. Um tipo particular de anisogamia é a oogamia, onde os gametas masculinos são relativamente pequenos em tamanho e abundantes em número. As mulheres são muito mais conspícuas e são produzidas em menor número.

Reprodução sexual em animais

No reino animal, a reprodução sexual é um fenômeno amplamente distribuído entre os membros do grupo.

Quase todos os invertebrados e vertebrados possuem os sexos em organismos separados – ou seja, podemos distinguir em uma espécie um indivíduo masculino e um feminino. Essa condição é chamada dioica, um termo que deriva das raízes gregas “duas casas”

Por outro lado, existem certas espécies menos numerosas cujos sexos estão presentes no mesmo indivíduo chamado monoicos: “uma casa”. Esses animais também são conhecidos como hermafroditas.

A distinção entre os sexos não é dada por características morfológicas de tamanho ou cor, mas pelo tipo de gameta que cada sexo produz.

As fêmeas produzem os óvulos, caracterizados por seu grande tamanho e imobilidade. Os espermatozóides, por outro lado, são produzidos pelos machos em maiores quantidades, são muito menores e possuem estruturas especiais para mover e fertilizar o óvulo.

A seguir, descreveremos os órgãos sexuais típicos dos animais e, em seguida, detalharemos o processo de reprodução em cada grupo de animais.

Estruturas associadas à reprodução

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Células especializadas para reprodução sexual – óvulos e espermatozóides – são produzidas em tecidos específicos chamados gônadas.

Nos machos, os testículos são responsáveis ​​pela produção de espermatozóides, enquanto os gametas femininos se formam nos ovários.

As gônadas são consideradas os principais órgãos sexuais. Os órgãos sexuais acessórios estão presentes em um importante grupo de metazoários responsáveis ​​por receber e transferir óvulos e espermatozóides. Nas fêmeas, encontramos a vagina, as tubas uterinas ou as trompas de falópio e o útero, enquanto nos homens existe o pênis.

Porífero

Os poríferos são comumente conhecidos como esponjas e podem se reproduzir sexualmente e assexuadamente. Na maioria das espécies, a produção de gametas masculino e feminino ocorre em um único indivíduo.

Os coanócitos são um tipo específico de célula dessa linhagem, que pode ser transformada em esperma. Em outros grupos, os gametas podem ser derivados de arqueócitos.

Muitas espécies são vivíparas, indicando que após o fenômeno da fertilização, o zigoto é retido pelo organismo parental até a liberação de uma larva. Nestas espécies, o esperma é liberado na água e levado por outra esponja.

Cnidarians

Cnidários são organismos marinhos que incluem água-viva e afins. Esses animais têm duas morfologias: a primeira é o pólipo e é caracterizada por um estilo de vida séssil, enquanto a segunda forma é a água-viva capaz de se mover e flutuar.

Geralmente, os pólipos se reproduzem assexuadamente por processos de brotamento ou fissão. A água-viva é dióica e se reproduz sexualmente. O ciclo de vida neste grupo é muito variável.

Acelomorfos e platelmintos

Minhocas planas, como planárias, são conhecidas principalmente por sua capacidade de regenerar e produzir múltiplos clones assexuadamente a partir de um único indivíduo.

A maioria desses animais vermiformes é monóica. No entanto, eles procuram um parceiro para realizar a fertilização cruzada.

O sistema reprodutor masculino inclui vários testículos e uma estrutura semelhante a papila, semelhante ao pênis de vertebrados complexos.

Moluscos e anelídeos

A maioria dos moluscos é dióica e sua reprodução resulta em uma larva capaz de nadar livremente chamada trocfera (muito semelhante às larvas presentes nos anelídeos) e varia de acordo com as espécies de moluscos.

Da mesma forma, os anelídeos têm sexos separados e, em alguns, gônadas que aparecem temporariamente.

Artrópodes

Os artrópodes são um grupo animal extremamente diversificado, caracterizado por um exoesqueleto composto de quitina e apêndices articulados. Esta linhagem inclui miríápodes, queliceratos, crustáceos e hexapods.

Geralmente os sexos são separados, os órgãos especializados em reprodução aparecem em pares. A maioria das espécies possui fertilização interna. Eles podem ser ovíparos, ovovivíparos ou vivíparos.

Equinodermos

Equinodermos incluem estrelas do mar, pepinos do mar, ouriços do mar e afins. Embora existam algumas espécies hermafroditas, a maioria é caracterizada por ter sexos separados. As gônadas são grandes estruturas, os ductos são simples e não existem órgãos copulatórios elaborados.

A fertilização ocorre externamente e se desenvolve uma larva bilateral que pode se mover livremente no corpo de água. Algumas espécies têm desenvolvimento direto.

Cordas

A maioria dos sexos é separada. Neste grupo, encontramos órgãos mais complexos para a reprodução. Cada sexo tem gônadas com dutos que direcionam seus produtos para um esgoto ou para uma abertura especial localizada perto do ânus. Dependendo do grupo, a fertilização pode ser externa ou interna.

Partenogênese em animais

Partenogênese é um fenômeno amplamente representado no reino animal, principalmente em invertebrados e em alguns vertebrados, o que permite a geração de um novo indivíduo com um único pai. Embora seja uma forma de reprodução assexuada, certos tipos de partenogênese são considerados tipos de reprodução sexual.

Na partenogênese meiótica, um óvulo é formado por meiose e pode ou não ser fertilizado por um esperma de um homem.

Em alguns casos, os óvulos devem ser ativados pelo gameta sexual masculino. Nesse caso, não há fusão de ambos os núcleos, pois o material genético do esperma é descartado.

No entanto, em algumas espécies, o óvulo pode se desenvolver espontaneamente, sem a necessidade do processo de ativação.

Reprodução sexual em plantas

Semelhante ao caso dos animais, as plantas podem experimentar a reprodução sexual. Consiste na união de dois gametas haplóides que darão origem a um novo indivíduo com características genéticas únicas.

A planta pode possuir os órgãos masculino e feminino em um único indivíduo ou eles podem ser separados. No pepino e no leite, os sexos são separados, enquanto nas rosas e petúnias, eles são sexos juntos.

A flor

O órgão responsável pelos processos de reprodução sexual são as flores. Essas estruturas especializadas possuem regiões que não participam diretamente da reprodução: o cálice e a corola , e estruturas sexualmente ativas: o androceous e o gnoecium.

Androceo é o órgão reprodutor masculino composto por um estame, que por sua vez é dividido em um filamento e uma antera. A última região é responsável pela produção de grãos de pólen.

O ginecium é o órgão floral feminino e é composto por unidades chamadas carpelos. A estrutura é semelhante a uma “gota” alongada e é dividida em estigma, estilo e, finalmente, o ovário.

Polinização

O processo de reprodução sexual nas plantas ocorre principalmente pela polinização, que envolve o transporte de grãos de pólen da antera ao estigma.

A polinização pode ocorrer na mesma flor (os grãos de pólen vão para o órgão feminino da mesma planta) ou pode ser cruzada, onde os grãos de pólen fertilizam um indivíduo diferente.

Na maioria das plantas é necessária a intervenção de um animal para realizar a polinização. Estes podem ser invertebrados, como abelhas ou outros insetos ou vertebrados, como pássaros e morcegos. A planta oferece como recompensa ao polinizador o néctar e estes são responsáveis ​​pela dispersão do pólen.

As estruturas florais que não participam diretamente da reprodução são a corola e o cálice. Estes constituem folhas modificadas, em muitos casos de cores vivas e vibrantes, responsáveis ​​por atrair visual ou quimicamente o potencial polinizador.

Da mesma forma, algumas plantas não precisam de polinizadores de animais e usam vento ou água para dispersão do pólen.

Fertilização, sementes e frutos

O processo começa com a chegada dos grãos de pólen ao estigma da flor. Eles viajam assim até encontrar o ovário.

A fertilização dupla é típica das plantas com flores e única entre todos os organismos. O fenômeno ocorre da seguinte forma: um núcleo de um espermatozóide se liga a um óvulo e outro núcleo de espermatozóides se funde a um embrião diplóide do esporófito.

O resultado desse evento incomum de fertilização é um endosperma trioplóide que atuará como um tecido nutritivo para o desenvolvimento do organismo.Uma vez que a maturação bem-sucedida dos óvulos ocorre, eles são transformados em sementes. A fruta, por outro lado, é formada por ovários maduros.

A fruta pode ser classificada como simples se vier de um ovário maduro e ser adicionada se se desenvolver a partir de vários ovários, como morango, por exemplo.

Reprodução sexual em bactérias

As bactérias são conhecidas principalmente por sua capacidade de se reproduzir assexuadamente.

Nesta linhagem procariótica, um indivíduo é capaz de se dividir em dois por um processo chamado fissão binária. No entanto, existem vários mecanismos em bactérias que lembram a reprodução sexual, uma vez que existe uma troca de material genético.

Até meados da década de 1940, pensava-se que as bactérias se reproduziam exclusivamente pela via assexual. No entanto, os pesquisadores Joshua Lederberg e Edward Tatum negaram essa crença através de um experimento engenhoso usando E. coli como modelo com diferentes necessidades nutricionais.

O experimento consistiu de uma cepa A que cresce em meio mínimo com metionina e biotina e uma cepa B que só cresceu em ambientes com treonina, leucina e tiamina. Por outras palavras, cada estirpe apresentava uma mutação que o impedia de sintetizar os referidos compostos, pelo que tinham de ser sintetizados no meio de cultura.

Quando as colônias se contataram por algumas horas, os indivíduos adquiriram a capacidade de sintetizar nutrientes que anteriormente não podiam. Assim, Lederberg e Tatum demonstraram que houve um processo de troca de DNA semelhante à reprodução sexual e a denominaram conjugação.

Conjugação

O processo de conjugação ocorre através de uma estrutura em forma de ponte, chamada pili sexual, que une fisicamente duas bactérias e permite a troca de DNA.

Como as bactérias não têm dimorfismo sexual, não podemos falar de machos e fêmeas. No entanto, apenas um tipo pode produzir o pili, e eles têm fragmentos de DNA especiais chamados fator F, para “fertilidade”. O fator F possui os genes para a produção do pili.

O DNA que participa da troca não faz parte do único cromossomo bacteriano. Em vez disso, é uma porção circular isolada chamada plasmídeo, que possui seu próprio sistema de replicação.

Transformação

Além da conjugação, existem outros processos em que as bactérias podem obter DNA extra e são caracterizadas por serem mais simples que a conjugação. Uma delas é a transformação, que consiste em extrair DNA nu do ambiente externo. Este fragmento de DNA exógeno pode ser integrado ao cromossomo bacteriano.

O mecanismo de transformação entra no conceito de reprodução sexual. Embora as bactérias tomem DNA livre, esse material genético teve que vir de outro organismo – por exemplo, uma bactéria que morreu e liberou seu DNA no meio ambiente.

Transdução

O terceiro e último mecanismo conhecido nas bactérias para obter DNA externo é a transdução. Isso envolve a participação de um vírus que infecta bactérias: bacteriófagos.

Na transdução, um vírus pega uma porção do DNA bacteriano e quando infecta uma bactéria diferente, esse fragmento pode passar. Alguns autores usam o termo “eventos parassexuais” para se referir a esses três mecanismos.

Perspectiva evolutiva

A onipresença da reprodução sexual nos organismos é um fato proeminente. Portanto, uma das maiores questões da biologia evolutiva é por que o sexo se espalha em tantas linhagens se for uma atividade energeticamente cara – e, em alguns casos, até perigosa.

Suspeita-se que as forças seletivas que originaram a reprodução sexual nos eucariotos sejam as mesmas que mantêm os processos parassexuais descritos para bactérias.

Custos sexuais

À luz da evolução, o termo “sucesso” refere-se à capacidade de um indivíduo transmitir seus genes para a próxima geração. Paradoxalmente, o sexo é um processo que não atende totalmente a essa definição, pois apresenta uma série de custos associados à reprodução.

A reprodução sexual envolve encontrar um parceiro e, na maioria dos casos, essa tarefa não é trivial. Uma quantidade enorme de tempo e energia deve ser investida neste trabalho que determinará o sucesso da prole – em termos de encontrar “o parceiro ideal”.

Os animais exibem uma série de rituais para atrair seus parceiros em potencial e, em alguns casos, precisam lutar expondo suas próprias vidas para copular.

Mesmo no nível celular, o sexo é caro, uma vez que a divisão por meiose leva muito mais tempo que a mitose . Então, por que a maioria dos eucariotos se reproduzem sexualmente?

Existem duas teorias bem fundamentadas. Um está relacionado à fusão celular como um mecanismo para a transmissão horizontal de um elemento genético “egoísta”, enquanto a segunda teoria propõe a recombinação como um mecanismo para o reparo do DNA. A seguir, descreveremos os prós e os contras de cada teoria:

Benefícios sexuais

Para responder a essa pergunta, devemos nos concentrar nos possíveis benefícios da reprodução sexual nos primeiros eucariotos.

A fusão dos gametas para formar um zigoto leva a uma combinação de dois genomas diferentes que são capazes de compensar os possíveis genes defeituosos de um genoma com uma cópia normal do outro.

Nos seres humanos, por exemplo, herdamos uma cópia de cada pai. Se herdarmos um gene defeituoso de nossa mãe, o gene normal de nosso pai poderá compensá-lo (no caso em que a patologia ou doença é apresentada apenas como um homozigoto recessivo).

Uma segunda teoria – não tão intuitiva quanto a primeira – propõe que a meiose atua como um mecanismo de reparo no DNA. O dano ao material genético é um problema que todos os organismos devem enfrentar. No entanto, existem organismos que se reproduzem apenas assexuadamente e seu DNA não é particularmente danificado.

Outra hipótese afirma que o sexo pode ter evoluído como uma adaptação parasitária entre elementos genéticos egoístas, a fim de ser distribuído para outras linhagens genéticas. Um mecanismo semelhante foi evidenciado em E. coli.

Embora existam explicações possíveis, a evolução do sexo é objeto de árduo debate entre os biólogos da evolução.

Seleção sexual

Seleção sexual é um conceito introduzido por Charles Darwin que é aplicável apenas a populações com reprodução sexual. É usado para explicar a presença de comportamentos, estruturas e outros atributos cuja existência não pode ser concebida pela seleção natural.

Por exemplo, a plumagem tão colorida e até certo ponto “exagerada” do terrível não traz benefícios diretos ao indivíduo, pois a torna mais visível para possíveis predadores. Além disso, está presente apenas nos homens.

Referências

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