Reprodução sexual: características, tipos, plantas, animais - Ciência - 2023

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o reprodução sexual é a multiplicação de indivíduos de dois pais de sexos diferentes: masculino e feminino - exceto quando nos referimos à reprodução sexuada em bactérias ou protozoários, onde não há distinção entre os sexos. É um processo amplamente distribuído em organismos eucarióticos.

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

O processo começa com a união de dois gametas que dão origem a um zigoto. Mais tarde, o zigoto dá origem a um novo indivíduo com características de ambos os pais e com certas características únicas.

Devido à onipresença do processo, inferimos que a reprodução sexuada apresenta uma série de vantagens sobre a assexuada. Porém, as possíveis desvantagens da reprodução sexuada são mais perceptíveis: o tempo e a energia investidos na busca por parceiros, a competição pelas fêmeas, o custo de produção de gametas não fertilizados, entre outros.

Os custos parecem ser muito altos, então eles devem ter vantagens substanciais para ajudar a compensá-los. Os benefícios da reprodução sexual têm sido objeto de controvérsia e debate entre os biólogos evolucionistas.

Uma hipótese sugere que a reprodução sexuada é benéfica, pois produz variedades que, em tempos de mudanças ambientais, podem ser benéficas para a espécie. Na verdade, 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, tenha sido selecionada como mecanismo de reparo do DNA. No entanto, a prevalência do sexo ainda é desconhecida, apesar de seus custos.

Características gerais

Sexo é um fenômeno complexo que varia amplamente entre 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.

Desse ponto de vista, o sexo em eucariotos depende de um ciclo de vida, no qual as células diplóides devem se dividir por meiose. O referido processo de divisão meiótica é responsável pela distribuição do material genético dos futuros gametas.

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

Gametas

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

Os gametas variam em plantas e 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 em que os gametas que se fundem para dar origem ao novo indivíduo são idênticos em tamanho, mobilidade e estrutura. A isogamia é representada principalmente nas plantas.

Em contraste, a anisogamia consiste na união de dois gametas que diferem em tamanho e estrutura. Um tipo particular de anisogamia é oogamia, em que os gametas masculinos são relativamente pequenos em tamanho e abundantes em número. As fêmeas são muito mais conspícuas e 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 um indivíduo macho e uma fêmea em uma espécie. Esta condição é chamada dióica, um termo derivado das raízes gregas "duas casas"

Em contraste, existem certas espécies menos numerosas cujos sexos estão presentes no mesmo indivíduo denominado monóico: “uma casa”. Esses animais também são conhecidos como hermafroditas.

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

As fêmeas produzem os óvulos, caracterizados pelo seu grande tamanho e pela sua imobilidade. Os espermatozoides, por outro lado, são produzidos pelos machos em maior quantidade, são muito menores e possuem estruturas especiais para movimentar e fertilizar o óvulo.

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

Estruturas associadas à reprodução

As células especializadas para a reprodução sexual - óvulos e esperma - são produzidas em tecidos específicos chamados gônadas.

Nos machos, os testículos são responsáveis pela produção de esperma, enquanto os gametas femininos são formados nos ovários.

As gônadas são consideradas os órgãos sexuais primários. Os órgãos sexuais acessórios estão presentes em um importante grupo de metazoários que são responsáveis por receber e transferir óvulos e espermatozoides. Nas mulheres encontramos a vagina, as trompas uterinas ou as trompas de Falópio e o útero, enquanto nos homens encontramos o pênis.

Porífero

Poríferos são comumente conhecidos como esponjas e podem se reproduzir sexualmente e assexuadamente. Na maioria das espécies, a produção dos gametas masculinos e femininos ocorre em um único indivíduo.

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

Muitas espécies são vivíparas, o que indica que após o fenômeno de fertilização, o zigoto é retido pelo organismo parental até que ocorra a liberação de uma larva. Nessas espécies, o esperma é liberado na água e absorvido por outra esponja.

Cnidários

Cnidários são organismos marinhos que incluem águas-vivas e semelhantes. Esses animais apresentam duas morfologias: a primeira é o pólipo e se caracteriza por um estilo de vida séssil, enquanto a segunda é a água-viva que é capaz de se mover e flutuar.

Os pólipos geralmente 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 altamente variável.

Acelomorfos e platelmintos

Flatworms, como planarians, são conhecidos principalmente por sua capacidade de regenerar e produzir múltiplos clones assexuadamente de um único indivíduo.

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

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

Moluscos e anelídeos

A maioria dos moluscos é dióica e sua reprodução dá origem a uma larva de natação livre chamada trocófera (muito semelhante às larvas presentes nos anelídeos) e varia de acordo com as espécies de moluscos.

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

Artrópodes

Os artrópodes são um grupo animal altamente diverso, caracterizado por um exoesqueleto composto de quitina e apêndices articulados. Esta linhagem inclui os miriápodes, queliceratos, crustáceos e hexápodes.

Os sexos são geralmente separados, os órgãos especializados na reprodução aparecem aos pares. A maioria das espécies tem fertilização interna. Eles podem ser ovíparos, ovovivíparos ou vivíparos.

Equinodermos

Os equinodermos incluem estrelas do mar, pepinos do mar, ouriços do mar e semelhantes. Embora existam algumas espécies hermafroditas, a maioria é caracterizada por ter sexos separados. As gônadas são estruturas grandes, os dutos são simples e não há órgãos copulatórios elaborados.

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

Cordados

A maioria dos sexos são separados. Neste grupo encontramos órgãos mais complexos para reprodução. Cada sexo possui gônadas com dutos que direcionam os produtos destas para uma cloaca ou para alguma abertura especial localizada perto do ânus. Dependendo do grupo, a fertilização pode ser externa ou interna.

Partenogênese em animais

A partenogênese é um fenômeno amplamente representado no reino animal, principalmente em invertebrados e alguns vertebrados, que permite a geração de um novo indivíduo com apenas um dos pais. Embora seja uma forma de reprodução assexuada, certos tipos de partenogênese são considerados tipos de reprodução sexuada.

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

Em alguns casos, os óvulos devem ser ativados pelo gameta masculino. Nesse caso, não há fusão dos dois 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

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

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

A flor

O órgão encarregado dos processos de reprodução sexuada são as flores. Essas estruturas especializadas apresentam regiões que não participam diretamente da reprodução: o cálice e a corola, e as estruturas sexualmente ativas: o androceu e o gineceu.

O androceu é o órgão reprodutor masculino constituído por um estame, que por sua vez é dividido em um filamento e uma antera. Esta última região é responsável pela produção de grãos de pólen.

O gineceu é o órgão feminino da flor e é composto por unidades chamadas carpelos. A estrutura assemelha-se a uma “queda” alongada e divide-se em estigma, estilete e por último o ovário.

Polinização

O processo de reprodução sexuada nas plantas ocorre principalmente por polinização, que consiste no transporte de grãos de pólen da antera para o 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, a intervenção de um animal é necessária para realizar a polinização. Estes podem ser invertebrados, como abelhas ou outros insetos, ou vertebrados, como pássaros e morcegos. A planta oferece ao polinizador o néctar como recompensa e eles são os responsáveis pela dispersão do pólen.

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

Da mesma forma, algumas plantas não requerem polinizadores animais e usam o vento ou a água para dispersar o pólen.

Fertilização, sementes e frutas

O processo começa com a chegada dos grãos de pólen ao estigma da flor. Estes viajam por estilo até encontrarem o ovário.

A fertilização dupla é típica das plantas com flores e única entre todos os organismos. O fenômeno ocorre da seguinte maneira: um núcleo de um espermatozóide se une a um óvulo e outro núcleo de espermatozoide 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 ocorre a maturação bem-sucedida dos óvulos, eles se transformam em sementes. O fruto, por outro lado, é formado pelos ovários maduros.

O fruto pode ser classificado como simples se vier de um ovário maduro e adicionado se se desenvolver a partir de vários ovários, como o morango, por exemplo.

Reprodução sexual em bactérias

As bactérias são conhecidas principalmente por sua capacidade de reprodução assexuada.

Nesta linhagem procariótica, um indivíduo é capaz de se dividir em dois por um processo denominado fissão binária. No entanto, há uma série de mecanismos nas bactérias que lembram a reprodução sexuada, uma vez que existe uma troca de material genético.

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

O experimento consistiu em uma cepa A crescendo em meio mínimo com metionina e biotina, e uma cepa B que só cresceu em ambientes com treonina, leucina e tiamina. Ou seja, cada cepa carregava uma mutação que a impedia de sintetizar esses compostos, portanto, precisavam ser sintetizados no meio de cultura.

Quando as colônias ficaram em contato por algumas horas, os indivíduos adquiriram a capacidade de sintetizar nutrientes que antes não conseguiam. Assim, Lederberg e Tatum mostraram que existia um processo de troca de DNA semelhante à reprodução sexual e o chamaram de conjugação.

Conjugação

O processo de conjugação ocorre por meio de uma estrutura semelhante a uma ponte chamada pili sexual, que fisicamente une duas bactérias e permite que elas troquem DNA.

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

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

Transformação

Além da conjugação, existem outros processos onde a bactéria pode obter DNA extra e se caracterizam por serem mais simples do que a conjugação. Um deles é a transformação, que consiste em retirar 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 a bactéria tenha retirado 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 em bactérias para obter DNA estranho é a transdução. Isso implica a participação de um vírus que infecta bactérias: os bacteriófagos.

Na transdução, um vírus pega uma porção do DNA bacteriano e quando infecta outra bactéria, esse fragmento pode transmiti-lo. Alguns autores usam o termo "eventos parassexuais" para se referir a esses três mecanismos.

Perspectiva evolucionária

A onipresença da reprodução sexual nos organismos é um fato notável. Portanto, uma das maiores questões na biologia evolutiva é por que o sexo está espalhado por tantas linhagens se é uma atividade energeticamente cara - e em alguns casos até perigosa.

Suspeita-se que as forças seletivas que deram origem à reprodução sexuada em eucariotos são as mesmas que mantêm os processos para-sexuais descritos para bactérias.

Custos sexuais

À luz da evolução, o termo "sucesso" se refere à habilidade de um indivíduo de transmitir seus genes para a próxima geração. Paradoxalmente, o sexo é um processo que não atende plenamente a essa definição, visto que uma série de custos associados à reprodução.

A reprodução sexual envolve encontrar um parceiro e na maioria dos casos esta tarefa não é trivial. Uma enorme quantidade de tempo e energia deve ser investida neste esforço que determinará o sucesso da prole - em termos de encontrar "o parceiro ideal".

Os animais exibem uma série de rituais para cortejar seus parceiros em potencial e, em alguns casos, devem lutar expondo sua própria vida para conseguir a cópula.

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

Existem duas teorias fundamentais. Uma está relacionada à fusão celular como mecanismo de transmissão horizontal de um elemento genético "egoísta", enquanto a segunda teoria propõe a recombinação como mecanismo de reparo do DNA. Descreveremos os prós e contras de cada teoria abaixo:

Benefícios sexuais

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

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

Em humanos, por exemplo, herdamos uma cópia de cada pai. Se herdarmos um gene defeituoso de nossa mãe, o gene normal de nosso pai pode compensá-lo (em um caso em que a patologia ou doença apenas se apresenta como homozigoto recessivo).

Uma segunda teoria - não tão intuitiva quanto a primeira - propõe que a meiose atua como um mecanismo de reparo no DNA. Danos ao material genético é um problema que todos os organismos devem enfrentar. No entanto, existem organismos que só se reproduzem 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 haja explicações possíveis, a evolução do sexo é um assunto de acalorado debate entre os biólogos evolucionistas.

Seleção sexual

A seleção sexual é um conceito introduzido por Charles Darwin que só é aplicável a populações que se reproduzem sexualmente. 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 colorida e um tanto “exagerada” dos pavões não traz benefícios diretos ao indivíduo, pois a torna mais visível a potenciais predadores. Além disso, está presente apenas no sexo masculino.

Referências

Colegrave, N. (2012). O sucesso evolucionário do sexo: Science & Society Series on Sex and Science. Relatórios EMBO, 13(9), 774–778.
Crow, J. F. (1994). Vantagens da reprodução sexual. Genética do desenvolvimento, 15(3), 205-213.
Freeman, S., & Herron, J. C. (2002). Análise evolutiva. Prentice Hall.
Goodenough, U., & Heitman, J. (2014). Origins of Eucaryotic Sexual Reproduction. Perspectivas de Cold Spring Harbor em Biologia, 6(3), a016154.
Hickman, C. P., Roberts, L. S., Larson, A., Ober, W. C., & Garrison, C. (2001). Princípios integrados de zoologia. Nova York: McGraw-Hill.
Leonard, J., & Córdoba-Aguilar, A. (Eds.). (2010). A evolução dos caracteres sexuais primários em animais. Imprensa da Universidade de Oxford.
Sawada, H., Inoue, N., & Iwano, M. (2014). Reprodução sexual em animais e plantas. Springer-Verlag GmbH.