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Ciclos biológicos

Ciclo biológico e reprodução
Denomina-se ciclo biológico ou ciclo vital de um organismo o conjunto de processos que um organimo experimenta entre uma geração e a seguinte. Para se falar de ciclo biológico é necessário que exista um processo de reprodução entre gerações.
A reprodução é uma das funções características de todos os seres vivos. Por meio dela originam-se novos indivíduos que perpetuam a espécie ao longo do tempo.
Enquanto nos organismos unicelulares a reprodução se dá por divisão celular, nos pluricelulares esta função é realizada por células ou grupos de células especiais, chamadas germinais. Existem dois tipos de células germinais: as que são capazes de produzir um novo indivíduo por si mesmas (esporos e propágulos), que intervêm na reprodução assexuada, e aquelas que se devem relacionar previamente com outras células da mesma natureza, mas sexualmente diferentes (gametas), para dar lugar a um novo indivíduo, e que intervêm na reprodução sexual.
Reprodução assexuada
A reprodução assexuada produz linhagens de indivíduos idênticos, assegurando ao mesmo tempo uma propagação eficiente da espécie. Os esporos são as células germinais deste tipo de reprodução. Estes geralmente são unicelulares, formam-se em esporângios e podem ser móveis ou imóveis. Os esporos que se formam por um processo de meiose são denominados meiósporos, enquanto os que se formam por uma divisão por mitose são chamados mitósporos. São próprios dos protistas, dos fungos e das plantas superiores. Os propágulos são grupos de células de um organismo que, por divisão, são capazes de dar origem a um novo indivíduo. São frequentes entre as algas, os liquens, os musgos e as plantas superiores, assim como entre os fungos. Nos animais, surgem na gemação dos pólipos e das esponjas ou, por exemplo, na divisão das amebas.
Ciclo reprodutor dos cnidários escifozoários. Estes cnidários alternam a reprodução sexuada com a assexuada.

Reprodução sexuada
A maioria dos organismos eucariontes reproduz-se sexuadamente, processo que consiste em duas etapas fundamentais: a fecundação e a meiose. Neste tipo de reprodução, duas células germinais (gametas) unem-se no processo de fecundação para formar uma célula-ovo, ou zigoto. A fecundação é, portanto, o meio pelo qual as características dos genitores se unem para formar a identidade genética (genoma) de uma nova geração. Os gametas formam-se nas gônadas animais e nos gametângios vegetais, recebendo, respectivamente, o nome de espermatozoides e óvulos, ou anterozoides e oosferas. Unindo-se os gametas, cada um deles dá a sua contribuição genética para manter constante o número de cromossomos da espécie. As células germinais sofrem um processo de divisão celular especial, denominado meiose, pelo qual as suas características são reduzidas à metade (grupo haploide). Deste modo, ao unirem-se dois gametas, o zigoto resultante terá um número de cromossomos completo ou duplo (grupo diploide). Esta recombinação cromossômica aumenta a variabilidade genética e constitui uma vantagem para as espécies, já que é uma fonte de plasticidade evolutiva. Ao ser cada indivíduo o resultado da reprodução sexuada (uma combinação de genes única e nova), as espécies que se reproduzem sexualmente gozam de mais variedade genética e dispõem de mais estratégias para sobreviver às mudanças ambientais.
Muitas espécies combinam os dois tipos de reprodução, sexuada e assexuada, com as vantagens de ambas: asseguram um grande número de descendentes por meio da reprodução assexuada e conseguem uma grande diversidade graças à reprodução sexuada.
Tipos de ciclos biológicos
O conceito de ciclo biológico só se aplica aos organismos com reprodução sexuada, o que implica uma alternância de fases haploides, com apenas um grupo de cromossomos,n, e diploides, com com um número duplo de cromossomos, 2n.
Classificação dos ciclos biológicos. Os ciclos biológicos – e, por conseguinte, os organismos – classificam-se segundo o momento em que ocorre a meiose, o que determina a duração relativa das fases haploide e diploide.

Em função do momento do ciclo em que se produz a redução em número de cromossomos (meiose) e a fecundação, assim como do tempo que separa ambos os processos, diferenciam-se três tipos de ciclos biológicos:
  • Ciclo diplobionte: a fecundação ocorre imediatamente depois da meiose. A maior parte do ciclo é, portanto, diploide e a fase haploide reduz-se aos gametas. Este ciclo é observado geralmente nos animais.
  • Ciclo haplobionte: a fecundação é posterior à meiose do zigoto. O ciclo é quase totalmente haploide e a fase diploide reduz-se ao zigoto. É frequente nas algas, nos protozoários e nos fungos.
  • Ciclo haplodiplobionte: a meiose e a fecundação estão distanciadas no tempo e entre elas produz-se o desenvolvimento de um organismo pluricelular. Alternam-se duas gerações, com formas morfológicas diferentes, o gametófito e o esporófito. É o tipo de ciclo dos vegetais.
Ciclo diplobionte
Este tipo de ciclo é característico da maioria dos animais, entre eles o ser humano. A meiose produz gametas haploides que, após a fecundação, dão origem a um zigoto diploide. Este zigoto irá desenvolver-se e dará lugar a um organismo diploide adulto. As únicas células haploides são, então, os gametas. Existem diversas variantes deste ciclo. Descrevem-se, a seguir, algumas delas.
O ciclo do ser humano
Na espécie humana, assim como na maioria dos animais, durante a espermatogênese e a ovogênese originam-se, por meiose, espermatozoides e óvulos, respectivamente. Ambos os processos, embora sigam um esquema geral comum, apresentam particularidades próprias. A espermatogênese é contínua a partir da adolescência, enquanto a ovogênese é cíclica: o número de ovócitos já está determinado no embrião e estes amadurecem ciclicamente ao longo de um determinado período de vida do indivíduo. O número de espermatozoides produzidos é infinitamente superior ao de óvulos. Cada espermatogônia (célula precursora de espermatozoides) que amadurece produz, por meiose, quatro espermatozoides, enquanto cada ovogônia (célula precursora de óvulos), por atrofia de três células-filhas denominadas corpusculos polares, origina apenas um ovócito.
Uma vez que a produção de óvulos é cíclica, o processo de meiose que os óvulos geram interrompe-se até que, por processos hormonais, indica-se o reinício da divisão. No ser humano, os ovócitos começam a sofrer a primeira divisão meiótica por volta da décima terceira semana do desenvolvimento fetal e, a partir de então, mantêm-se em prófase I durante um período que oscila entre 20 e 30 anos. A divisão meiótica completa-se durante a ovulação.
A fecundação ocorre nas tubas uterinas. O embrião resultante aloja-se no endométrio do útero, dando dá origem a um feto.
O fato de este ciclo vital se manter ao longo de toda a escala evolutiva animal confirma as suas vantagens: a que cada característica presente dos alelos, devido à contribuição diploide das células, confere maior potencial de diversidade à descendência.
O ciclo da Codium
Um ciclo semelhante ao descrito encontra-se em alguns grupos de protistas, como é o caso de algumas algas. Na Codium, uma alga verde (clorófita), os gametângios do adulto produzem gametas masculinos e femininos flagelados e diferentes (anisogametas). A sua fusão (singamia) produz um zigoto diploide, um planizigoto, que mais tarde perde os flagelos e inicia o seu desenvolvimento até se converter em uma alga adulta diploide.
O ciclo dos cnidários
Em alguns grupos de animais que possuem o grupo diploide não só se dá uma alternância cromossômica, com fases diploides e haploides, como também se alternam tipos de reprodução sexuada e assexuada, que produzirão tipos morfologicamente diferentes e manterão quase todo o ciclo em um estado diploide. É o caso dos cnidários. Neste grupo, após a fusão dos gametas que as medusas adultas produzem, origina-se uma larva diploide que se afasta até encontrar um suporte para se fixar. A partir deste momento, o desenvolvimento da larva produz um pólipo de formato diferente da medusa que se pode manter como indivíduo ou dar origem, por brotamento (um tipo de reprodução assexuada), a uma colônia. Quando se produz alguma mudança ambiental, um indivíduo em forma de medusa pode-se desprender desse pólipo, separando-se da colônia e encerrando o ciclo.
Outras variantes
Outras variantes de ciclos diploides são as que apresentam alguns vermes parasitas que possuem dois ou mais hospedeiros diferentes. A fase adulta do parasita aloja-se no hospedeiro definitivo, que costuma ser um vertebrado, enquanto as fases larvares costumam parasitar hospedeiros intermediários, geralmente moluscos. O objetivo do parasita no hospedeiro intermediário é produzir um número elevado de larvas, que se originam assexuadamente e serão transportadas por meio de diferentes vetores para o hospedeiro definitivo. Aí as larvas desenvolvem-se e reproduzem-se por reprodução sexuada, produzindo ovos que sairão do hospedeiro e voltarão a ser ingeridos pelos novos vetores intermediários.
Ciclo diploide. A mosca-do-vinagre (Drosophila melanogaster) tem um ciclo biológico diploide.

Ciclo haplobionte
Este tipo de ciclo pode ser considerado o inverso do anterior, já que o estado diploide só corresponde à fase de zigoto. As demais fases do ciclo são todas haploides. Portanto, é o zigoto que se divide por meiose e que dá lugar ao indivíduo adulto. Os protistas e os fungos apresentam ciclos deste tipo.
Protistas
No caso das algas clorofíceas unicelulares flageladas, como a Chlamydomonas, a célula-mãe, haploide, divide-se periodicamente em 4, 8 ou 16 células-filhas de aspecto semelhante ao da genitora e com o mesmo número de cromossomos (reprodução assexuada). Em alguns casos de estresse ambiental, a célula-mãe gera quatro células nadadoras (gametas haploides) que realizam a fecundação, gerando um zigoto que perde os flagelos, cobre-se de celulose e entra em repouso. A germinação do zigoto produz-se por meiose, de forma que os indivíduos resultantes são haploides. Os gametas são isogametas (pois tem a mesma aparência), e o zigoto atua como forma de resistência, de modo que, quando as condições do ambiente começam a ser desfavoráveis, ele se converte em um cisto de resistência.
Ciclo haploide. As algas do gênero Ulothrix apresentam, como a maioria dos protistas e fungos, um ciclo haploide, em que a meiose ocorre depois da fecundação. A única célula diploide é o zigoto.
No caso dos esporozoários, como o Plasmodium vivax, protozoário parasita do homem responsável pela malária, a meiose também é zigótica. O ciclo inicia-se quando um mosquito infectado, do gênero Anopheles, pica uma pessoa e as células do protozoário, inoculadas pela saliva do mosquito (esporozoítos), passam para o sangue da pessoa. As células são haploides e penetram no fígado, na qual crescem e sofrem divisão múltipla (várias mitoses sucessivas), produzindo uma grande quantidade de merozoítos que invadem os glóbulos vermelhos. Algumas destas células invasoras podem-se desenvolver em forma de gametas que encistam e só se desenvolvem no interior de um novo mosquito quando este suga o sangue de uma pessoa infectada. No trato digestório do mosquito, os gametas unem-se e formam um zigoto. A meiose dos zigotos dá lugar aos esporozoítos, que migram para as glândulas salivares do mosquito. Aí começará novamente o ciclo.
Fungos
Os fungos têm ciclos haplobiontes, e neles ocorre uma fase dicariótica em que as células contêm dois núcleos. O micélio primário de um fungo origina-se por germinação de um esporo haploide e é constituído pelo mesmo tipo de células, que formam filamentos chamados hifas. Hifas+ e hifas- de dois micélios primários fundem-se e geram hifas com células binucleadas, dicarióticas, mas sem cariogamia (união de núcleos). As células dicarióticas dividem-se até darem lugar a um micélio secundário, que é o fungo propriamente dito. Quando as condições são propícias, este fungo desenvolve um corpo de frutificação (cogumelo), dentro do qual irá ocorrer a cariogamia. Formam-se, assim, zigotos diploides, que se dividirão meioticamente para gerar quatro esporos haploides. Os esporos são liberados do corpo de frutificação, disseminando a espécie. Onde eles se desenvolverem, irá surgir um micélio primário.
Ciclo haplodiplobionte
Este modelo de ciclo biológico, típico dos musgos, samambaias e fanerógamas, (gimnospermas e angiospermas), alterna fases assexuadas com esporos e fases sexuadas com gametas. Em ambos os casos desenvolvem-se indivíduos adultos muito diferentes entre si. Geralmente, este tipo de ciclo é conhecido por ciclos de alternância de geração.
Um ciclo deste tipo consiste, basicamente, na alternância da geração gametófito com com a geração esporófito. O gametófito, que é haploide, produz gametas (também haploides) por mitose que se fundem para gerar um zigoto diploide. Esse zigoto dará origem ao esporófito, diploide, outra forma adulta da mesma espécie mas de aspecto diferente. O esporófito produz esporos por meiose (meiósporos) que, ao germinarem, darão origem a um novo gametófito adulto. Os esporos diferem dos gametas porque ao germinarem originam um organismo novo, enquanto os gametas devem se unir primeiro a outro gameta para que o processo de desenvolvimento continue.
A maior ou menor importância de cada uma das fases depende do grupo vegetal a que pertence a espécie. Deste modo, entre os musgos, muito dependentes da água, a fase mais desenvolvida é a do gametófito, enquanto nas plantas espermatófitas predomina o esporófito.
Briófitas
As briófitas, como por exemplo o musgo, são plantas pouco desenvolvidas que cobrem os solos dos bosques úmidos e são formadas por um cauloide, filoide e rizóide, que são tecidos rudimentares, uma vez que briófitas não têm tecidos verdadeiros. Esta pequena planta corresponde à fase de gametófito. Em certas épocas do ano, o gametófito desenvolve órgãos, anterídios e arquegônios, que contêm anterozoides e oosferas (gametas), respectivamente. Em condições de umidade, os anterozoides de uma planta, que são flagelados, podem-se deslocar até os arquegônios de outra planta e fecundar as oosferas. A partir desse momento, forma-se o zigoto, que começa a se dividir para formar um longo filamento com uma cápsula na extremidade. O conjunto do filamento e da cápsula constitui o esporófito, diploide, que vive sobre o gametófito. No interior da cápsula desenvolvem-se os meiósporos que, uma vez dispersos pelo vento, germinarão e voltarão a formar gametófitos haploides.
Esporângios do musgo Polytrichum formosum. Os musgos que cobrem os solos úmidos dos bosques desenvolvem longos filamentos com uma cápsula na sua extermidade.
Pteriófitas
No caso das pteridófitas, como a samambaia, ocorre exatamente o contrário. A fase visível é a do esporófito, enquanto a do gametófito é praticamente invisível. As samambaias costumam ter o caule subterrâneo e folhas grandes e muito divididas. Na parte de trás dessas folhas aparecem os grupos de esporângios, denominados soros, nos quais ocorrem as meioses, que dão origem a esporos (meiósporos). Os esporos são lançados para o meio e, onde um esporo germinar, será produzida uma plântula laminar muito pequena denominada prótalo. Esta constitui o gametófito, na qual se desenvolvem os gametas. Em épocas úmidas dá-se a fecundação e o zigoto diploide resultante desenvolve o novo esporófito, a samambaia.
Ciclo haplodiploide com esporófito e gametófito. O esporófito, visível e diploide, forma esporos haploides que, ao germinar, formam uma planta haploide, o gametófito, que desenvolve órgãos sexuais masculinos e femininos produtores de gametas.

Fanerógamas
Os espermatófitos ou fanerógamas (plantas com aparelho reprodutor aparente) também têm um ciclo haplodiploide, embora neste caso seja difícil observar as estruturas que fazem parte das diferentes fases do ciclo. O gametófito, reduzido a poucas células, é praticamente invisível. O esporófito é a própria planta, e o seu esporângio tanto pode ser masculino como feminina. O esporângio masculino é o saco polínico, enquanto o feminino corresponde ao óvulo, ou seja, a célula que se encontra no interior do ovário. No estame e no interior dos sacos polínicos formam-se, por meiose, os grãos de pólen que correspondem aos esporos masculinos, enquanto no interior do ovário se encontram as nucelas que, por meiose, geram quatro células haploides que se tornarão os esporos femininos.
Durante a germinação do grão do pólen formam-se dois núcleos, um dos quais constitui o gameta masculino, haploide. De fato, as células do tubo polínico representam o gametófito masculino e os seus núcleos representam os gametas.
Ciclo haplodiploide das plantas com flor. Neste ciclo, o gametófito é quase invisível. A planta visível é o esporófito, que produz esporos haploides por meiose, os quais dão origem aos gametas masculinos e femininos, cuja fecundação formará um novo esporófito.

O esporo feminino, o óvulo, divide-se e germina, dando lugar a um gametófito feminino de oito células, o saco embrionário. Uma delas, a oosfera, é o gameta feminino.
Quando o núcleo espermático do grão de pólen, ou seja, o gameta masculino, chega ao saco embrionário por meio do tubo polínico, fecunda a oosfera.
O zigoto assim formado, diploide, começa o seu desenvolvimento, formando um embrião que se rodeia de camadas protetoras e nutritivas e permanece em um estado latente até que as condições sejam favoráveis. Este embrião protegido é a semente da planta que, quando germinar, dará lugar ao novo esporófito.
O relógio biológico
Um ritmo inalterável regular em qualquer função animal ou vegetal indica uma determinada capacidade do organismo para medir o tempo. Os organismos possuem centros de regulação dos ritmos biológicos, mais ou menos diferenciados nos diferentes grupos e que respondem a estímulos externos, como a luz, a temperatura, a umidade e a concentração de nutrientes no meio.
A cópula ocorre numa determinada época do ano, o que assegura o nascimento na estação mais favorável, quando dispõem de alimento em abundância e não têm de lutar contra condições meteorológicas adversas. Casal de libélulas no ato da cópula.
Animais
Recentemente estudou-se o papel desempenhado pela glândula pineal, ou epífise, na regulação de processos como os ciclos vitais dos organismos. Esta glândula produz melatonina, hormônio intimamente relacionado com a exposição à luz, e que nos vertebrados não mamíferos é responsável por manter os ritmos circadianos.
Nos mamíferos, a epífise e o seu hormônio perdem a capacidade de regular ritmos circadianos, mas continuam a ser importantes como reguladores da atividade das glândulas reprodutoras. Durante os dias curtos do outono, a escassa estimulação pela falta de luz provoca um aumento da secreção de melatonina. Este hormônio inibe a síntese e a secreção de outro hormônio, a gonadotropina, de maneira que interrompe as atividades de reprodução durante o inverno. Os dias longos da primavera provocam o efeito contrário.
Plantas
Nas plantas, o fotoperíodo é um dos fatores ambientais mais importantes no controle do desenvolvimento e na formação dos órgãos reprodutores. Existem plantas de dia curto e de dia longo, cujos órgãos reprodutores se formam de acordo com a duração da noite, sendo ela maior ou menor. O estímulo exterior da quantidade e qualidade da luz provoca a liberação ou inibição de hormônios como as giberelinas, as auxinas e as citocinas, que regulam o crescimento e o desenvolvimento dos órgãos reprodutores.
A epífise e o seu hormônio perdem nos mamíferos a capacidade de regular ritmos circadianos, mas mantêm a regulação da atividade das glândulas reprodutoras.
Nos últimos anos, o estudo da variação natural, resposta própria de muitas espécies às condições ambientais, assim como a caracterização dos mutantes afetados no amadurecimento da flor, dirige-se a uma reinterpretação dos resultados fisiológicos. Já se identificaram alguns genes implicados nos processos de evolução da flor e do desenvolvimento dos tecidos reprodutores. O modelo que parece mais adequado para a regulação dos ciclos biológicos das plantas superiores propõe a ação de grupos de genes cuja expressão fenotípica seria influenciada por estímulos ambientais.

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