19 março, 2022

Conceito de espécie e barreiras reprodutivas.

 Escrito por Gladis Franck da Cunha

(fonte: Vanessa Cardui – borboleta, foto gratuita no pixabay)

O Conceito Biológico de Espécie 

Este conceito surgiu em meados do século XVIII, mas foi reconhecido apenas na segunda metade do século XIX, quando a “Origem das Espécies” de Darwin foi publicada (em 1859). [1] 

K. Jordan foi o primeiro a formular esse conceito em 1905. Mais tarde, em 1940, Mayr apoiou esse conceito: uma espécie é formada por uma ou mais populações naturais com fecundação cruzada e a capacidade de produzir descendentes férteis, ao mesmo tempo em que é reprodutivamente isolada de outros grupos semelhantes [1]. Mayr descreveu que os membros de uma espécie exibem esses atributos:

1- Comunidade reprodutiva: Para fins de reprodução, os indivíduos de uma espécie se reconhecem como parceiros em potencial.

2- Unidade Ecológica: Os membros da espécie diferem uns dos outros devido a muitos atributos, mas todos os membros formam uma unidade cooperativamente. Eles interagem com outras espécies como uma unidade em qualquer ambiente.

3- Unidade genética: A espécie compreende um grande pool de genes intercomunicantes, embora cada indivíduo abarque uma pequena parte do conteúdo desse pool de genes pelo período de sua existência.

Ou seja, uma característica essencial de uma espécie biológica é ter barreiras reprodutivas com outras espécies. Existem diferentes tipos de barreiras reprodutivas.

Barreiras reprodutivas

O que é uma barreira reprodutiva?

Uma barreira reprodutiva é qualquer mecanismo que impeça duas espécies de produzir descendentes férteis. 

Há dois tipos de barreiras reprodutivas: as pré-zigóticas (antes da fecundação) e as pós-zigóticas (após a fecundação)

A) Barreiras pré-zigóticas:

A.I- Isolamento temporal: a reprodução das espécies ocorre em diferentes épocas. Exemplo: espécies vegetais cuja polinização dependa de fatores abióticos como vento, não podem produzir flores na mesma época, assim algumas espécies florescem após um período de dias longos, enquanto outras plantas florescem após um período de dias curtos.


A.II- Isolamento de habitat: as espécies se reproduzem em diferentes habitats. Este tipo de isolamento é considerado fraco, porque, quando colocadas juntas algumas espécies podem produzir híbridos. Este é o caso de Leões, cujo habitat natural são as savanas africanas e os Tigres, cujo habitat é a Ásia. Em cativeiro é comum acontecer o cruzamento destas espécies produzindo os Ligres e Tiões.


A.III - Isolamento comportamental: as espécies desenvolvem rituais de acasalamento que permite o reconhecimento e atração sexual entre indivíduos da mesma espécie e rejeição ou ausência de atração sexual em relação aos rituais de acasalamento de outras espécies. Este tipo de barreira é bastante comum em aves que possuem elaborados rituais para atração e acasalamento.

A.IV- Isolamento mecânico: neste tipo de barreira as diferenças estruturais previnem a troca de gametas. Em alguns casos, estas diferenças podem impedir o cruzamento de indivíduos de raças muito diferentes, como ocorre entre algumas raças de cães.



A.V- Isolamento gamético: gametas morrem antes da união ou falham na tentativa de unir-se.


B) Barreiras pós-zigóticas

B. I - Inviabilidade do híbrido: zigotos híbridos falham ao desenvolver-se ou não atingem maturidade sexual.

B.II - Esterilidade do híbrido: híbrido, apesar de ser um indivíduo viável, é incapaz de produzir gametas funcionais. Exemplo clássico é a Mula, que nasce do cruzamento de burro ou asno com uma égua.


B.III - Improdutividade do híbrido: descendentes dos híbridos são fracos ou estéreis. Exemplos mais comuns são os híbridos de plantas.


Fontes de pesquisa e links:

[1] - fonte BYJU'S.com – link: https://byjus.com/biology/concept-of-species/




 

02 julho, 2019

Histórico da genética em 25 tópicos

Escrito por

Francis Crick e James Watson com Maclyn McCarty

Em 2019 a Genética está completando 114 anos e é um dos campos mais profícuos das pesquisas científicas, que subsidia, não apenas as diversas subáreas das Ciências Biológicas, como a área da Saúde, o Direito, a Agronomia, a Veterinária, entre outros. Nesta postagem vamos retomar um pouco dessa história e destacar os personagens que estruturaram as bases deste campo da Ciência, desde o início do século XX até a publicação do modelo de molécula do DNA.

De forma resumida, podemos dizer que a genética é uma espécie de ciência da informação, que permite a compreensão das leis da hereditariedade e seus conhecimentos nos auxiliam a interpretar a vida desde o nível celular até as populações e suas gerações ao longo do tempo.

Um pouco da pré-história da Genética

Reconhecer que semelhantes geram semelhantes foi um pensamento que antecedeu todas as pesquisas, pois redundou numa pergunta: Como os progenitores transmitem suas características aos descendentes?

Antes do surgimento da Genética, muitas foram as teorias criadas para responder a esta questão.

1- Os gregos (Hipócrates, entre outros) – conceberam a teoria da Pangênese – segundo a qual a atividade sexual implicava a transferência de miniaturas dos órgãos do corpo (pelos, unhas, ossos) que iam crescendo e pouco a pouco se separando umas das outras.

2- Charles Darwin [1809 – 1882] na segunda metade do século XIX retomou a teoria da Pangênese, explicando que cada órgão (olhos, rins, etc.) produziria gêmulas que se acumulariam nos órgãos sexuais e seriam transmitidas durante a relação sexual se desenvolvendo no embrião.

3- Alternativamente, havia a teoria do preformismo, segundo a qual o espermatozoide ou o óvulo continha um indivíduo completo em miniatura chamado homúnculo. O desenvolvimento embrionário seria apenas o crescimento desse homúnculo e o útero era o ambiente onde este crescimento ocorria.

4- Com o surgimento de microscópios mais aperfeiçoados a teoria do preformismo foi abandonada, pois ninguém conseguia observar homúnculos em gametas. Já a teoria da Pangênese ainda permaneceria viva por mais tempo, uma vez que era fácil justificar que as gêmulas eram muito pequenas para serem observadas. Porém foi descartada por August Weismann, quando demonstrou que ratos com caudas cortadas continuavam produzindo prole com cauda normal e, segundo esta teoria, as gêmulas formadas pelas caudas cortadas deveriam produzir caudas curtas.

5- Nos anos 1800 outra teoria, sem base experimental, surgiu para tentar responder a esta questão:  a teoria da mistura. Segundo esta teoria os descendentes deveriam ser intermediários aos pais, pois seriam o resultado da mistura do sangue e os descendentes eram híbridos. Ou seja: cachorros marrom-escuros cruzados com fêmeas amarelas deveriam ter filhotes marrom claro, o que não ocorre. Diante dos fatos, desde que foi proposta esta teoria não teve muita credibilidade.

O nascimento da genética: 

6-Ainda nos anos de 1800, de forma anônima, Gregor Mendel [1822-1884], um monge austríaco, elaborou um experimento com ervilhas para desvendar as leis da hereditariedade. Seus experimentos foram realizados no período de 1856 a 1863 e seu laboratório era o jardim do mosteiro, onde vivia. Seus experimentos envolviam a fecundação cruzada da geração parental (P), seguida da autofecundação da geração de descendentes híbridos (F1).

A partir dos seus experimentos Mendel descartou a teoria da mistura e sugeriu que os fatores que controlavam a herança eram como ‘partículas” e não como líquidos que se misturavam. Além do conceito de partículas Mendel cunhou o termo “alelos”, sugerindo que, para cada característica, um indivíduo receberia duas partículas de origem diferentes: uma paterna e outra materna.
Gregor Mendel

Em 1866, Mendel publicou seu estudo sobre a hereditariedade das ervilhas no periódico de História Natural de Viena. Ele abordou o problema da hereditariedade do ponto de vista matemático e, além de observar os tipos de descendentes formados, contava a quantidade de cada tipo de descendente, identificando que a proporção de cada descendente era muito importante. Porém, por várias questões biológicas, seus experimentos não podiam ser repetidos com qualquer tipo de vegetal, por isso ao tentar realizá-los com uma variedade de chicória, não obteve sucesso. Seus trabalhos permaneceram esquecidos por 34 anos, assim, ao morrer em 1884, Mendel era relativamente desconhecido no mundo da ciência.

7- A redescoberta independente dos trabalhos de Mendel por três botânicos interessados nos mesmos problemas ocorreu em 1900. Foram eles: Hugo De Vries (holandês); Karl Correns (alemão); Erich Tschermak (suíço). A divulgação destes trabalhos se deve, principalmente, a William Bateson, que leu sua publicação em 1900 durante uma viagem de trem em direção a Londres, onde participaria de uma conferência.

Foi Bateson que, em 1905, cunhou o termo genética, que significa - o estudo da herança. Com a criação do termo genética, as partículas de Mendel passaram a ser conhecidas como “genes” e Mendel foi homenageado, postumamente, ao ser considerado o “Pai da Genética”.

William Bateson

8- Foram várias as contribuições de Mendel para genética: ele percebeu que existem fatores específicos que são transmitidos pelos pais à prole. Constatou que estes fatores ocorrem aos pares e que os descendentes recebem um de cada genitor. Também descobriu que a prevalência destes fatores era diferente e alguns somente se manifestavam quando em dupla dose, enquanto outros mesmo em dose simples determinavam sua característica. Assim, chamou de dominantes os fatores que se manifestavam mesmo que em dose única e de recessivos os que somente se manifestavam em dose dupla. A partir de seus experimentos, ele elaborou duas leis sobre a hereditariedade, que passaram a ser chamadas 1ª e 2ª Leis de Mendel.

Os trabalhos de Mendel deixaram uma pergunta em aberto: O que eram os fatores específicos, que podiam ser transmitidos de pais para filhos?

Desse modo, a genética não se limitou às descobertas de Mendel e envolveu outros importantes descobertas e a primeira metade do século XX se caracterizou por um bum de pesquisas e informações relevantes sobre as leis que regem a hereditariedade.

9- Por volta de 1884, com a utilização de microscópios cada vez melhores, o estudo das células permitiu a identificação de corpos finos e compridos, que eram identificados durante a divisão celular e ficavam armazenados no núcleo da célula. Por se corarem intensamente estas estruturas foram denominadas: cromossomos.

Porém, somente em 1902, as descobertas de Mendel seriam associadas aos cromossomos. Isso foi feito pelos pesquisadores Walter Sutton e Theodor Boveri, que perceberam que os cromossomos tinham muito em comum com os fatores de Mendel, pois todos formavam pares nas células dos organismos, mas, nos gametas, apenas um dos componentes de cada par estava presente. Com experimentos independentes, eles chegaram às mesmas conclusões e a teoria de Sutton-Boveri afirmava que os fatores de Mendel estavam nos cromossomos.

Walter Sutton e Theodor Boveri
 Porém, restava ainda descobrir em que parte dos cromossomos estavam os genes!

10- Morgan, a partir de 1907, estudando Drosophila melanogaster, conseguiu comprovar a relação entre genes e cromossomos proposta por Sutton e Boveri. Também descobriu que durante a formação dos gametas os cromossomos homólogos se recombinam, trocando segmentos entre si. Em 1910 as pesquisas de Morgan e seus orientados também revelaram que os genes ocupam locais específicos (“endereço”) nos cromossomos, tais locais foram chamados então de loci gênico. Assim cada gene tem um endereço específico nos cromossomos, este endereço é chamado locus ou loco e é ocupado por todos os alelos de um mesmo gene.

Thomas Morgan; Alfred Sturtevant e Ronald Fischer

11- Em 1913 – Sturtevant criou o primeiro mapa genético, relacionando alguns genes a locos de cromossomos específicos.

Na primeira metade do século vinte, a relação entre genes e cromossomos gerou uma nova questão: Se os cromossomos eucarióticos são formados por uma combinação de DNA e proteínas, qual dessas moléculas porta os genes? 

12- Antes de ser descoberta a molécula da vida, ainda temos que destacar as pesquisas de Hardy e Weinberg, quem em 1908 de forma independente, formularam as bases da genética de populações e de Ronald Fisher, que, em 1918, fundou o campo da genética quantitativa, ao identificar que algumas características eram determinadas por 2 ou mais genes, cujos alelos tinham efeito aditivo.
G. H. Hardy e Wilhelm Weinberg
 
Somente a partir de 1928 as pesquisas com bactérias trouxeram novas perspectivas para desvendar qual era a molécula da vida.


13- Em 1928, Fred Griffith descobriu que estrato de bactérias patogênicas podia transformar linhagens inócuas em patogênicas.

14- Em1931, as pesquisadoras Harriet Creighton e Barbara McClintock demonstraram que a permuta cromossômica durante a meiose era a causa da recombinação e, em 1941, Tatun e Beadle propuseram a hipótese “um gene – um polipeptídeo”.

Barbara McClintock e Harriet Craighton
Edward Tatum e George Beadle

15- Em 1944, Avery, MacLeod e McCarty buscaram identificar qual era a substância capaz de realizar as transformações das bactérias descritas por Griffith. A partir dos experimentos de transformação de bactérias, pesquisaram o elemento transformante e, mesmo sem ter certeza absoluta, eles sugeriram que seria o DNA.

Oswald Avery, Colin MacLeod e Maclyn McCarty

16- Em 1950, Erwin Chargaff descobriu a proporcionalidade das bases adenina e timina (A-T), e entre citosina e guanina (C-G) do DNA.

17- Alguns anos mais tarde, em 1952, com a utilização de métodos de pesquisa mais refinados, Martha Chase e Alfred Hershey comprovaram que era o DNA que portava a informação genética.

Erwin Chargaff; Martha Chase e Alfred Hershey

18- Em 25 de abril de 1953, James Watson e Francis Crick, publicaram na revista Nature o modelo da molécula de DNA. Pelo qual receberam o Prêmio Nobel em 1962.

19- Em 1954, Gamow idealizou o modelo no qual uma trinca de Nucleotídeos do DNA serve para codificar um aminoácido de uma cadeia polipeptídica. Ou seja, é necessária uma trinca de nucleotídeos para codificar um AA.

20- Em 1959, Arthur Kornberg recebeu o Prêmio Nobel pela descoberta da enzima e do processo de duplicação semiconservativa do DNA.

21- Em 1960 foi descoberto o RNA mensageiro.

22- Em 1961 foi comprovado que o código genético era formado por trincas de nucleotídios.  Através da soma de trabalhos de vários pesquisadores, a partir da molécula de RNA mensageiro, o código genético foi totalmente decifrado em 1966, sendo elaborada uma tabela utilizada desde então.

23- Por volta de 1970-1973 iniciaram as pesquisas sobre tecnologia de DNA recombinante (engenharia genética).

24- Em 1988 iniciou o projeto Genoma Humano, que foi concluído em 2003, identificando que maior parte da molécula de DNA não estava envolvida na codificação de proteínas, sendo, portanto designada como DNA lixo. Mas, em 2005, a revista ciência hoje publicou um artigo sobre os achados do biólogo Peter Andolfatto, da Universidade da Califórnia em San Diego (EUA), os quais levam a crer que a contribuição do DNA ‘lixo’ é muito significativa, especialmente para a evolução. “Segundo o autor, ele é responsável por tantas diferenças adaptativas entre espécies quanto as alterações nas proteínas, consideradas a principal força por trás desse fenômeno. Ele acrescenta que, na totalidade, as regiões não-codificantes podem ser cinco vezes mais importantes para o processo.

25- Atualmente se reconhece a necessidade dos Projetos Proteoma e Ranômico, para compreensão mais completa da hereditariedade humana.

A sequência de fatos resumida até aqui mostra que os conhecimentos básicos da genética levaram mais de 100 anos para serem estruturados e que a ciência é o resultado do trabalho investigativo de homens e mulheres ao longo do tempo.

Referências:
Experimentos Clássicos: DNA como material genético - https://pt.khanacademy.org/science/biology/dna-as-the-genetic-material/dna-discovery-and-structure/a/classic-experiments-dna-as-the-genetic-material/ 

FURTADO, Fred. DO LIXO AO LUXO: DNA tido como irrelevante pode ser mais importante para a evolução do que se pensava. Ciência Hoje On-line, 31/10/05, disponível em: http://cienciahoje.uol.com.br/3564

MARTHO, Gilberto Rodrigues ; AMABIS, José Mariano. Curso Básico de Biologia: genética, evolução e ecologia. V.3 São Paulo : Ed. Moderna, 1985.

WATSON, James D. ; BERRY, Andrew. DNA: O segredo da Vida. (Tradução de Carlos Afonso Malferrari) São Paulo : Companhia das Letras, 2005.

POZZANA, Marco (diretor de conteúdo) Mario Moscatelli; Heitor Scalambrini Costa; Fernando Tatagiba; Carlos Reif; Branca Medina (colaboradores). Um breve histórico da Genética  - Biólogo - https://biologo.com.br/bio/historia-da-genetica/ 

Fontes das imagens:

1- Mendel - Fonte da ilustração – Wikipedia : https://en.wikipedia.org/wiki/Gregor_Mendel#/media/File:Gregor_Mendel_2.jpg

2- Bateson - Fonte da ilustração: History Genetics Society: http://www.genetics.org.uk/mission-and-priorities/history/

3- Sutton e Boveri - Fonte da imagem de Sutton - Dux college - https://dc.edu.au/hsc-biology-blueprint-of-life/ e fonte da imagem de Boveri – Wikipedia - https://pt.wikipedia.org/wiki/Theodor_Boveri

4- Fontes da imagem de Hardy e Weinber - Wikipedia - https://nn.wikipedia.org/wiki/G.H._Hardy e  Genetics July 1, 1999 vol. 152 no. 3 821-825 http://www.genetics.org/content/152/3/821

5- Morgan, Sturtevan e Fisher – fontes: Nobel Prizes & Laureates https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1933/morgan/biographical/  Caltech-  http://archives-dc.library.caltech.edu/islandora/object/ct1%3A4179 e Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Ronald_Fisher
 
6- McClintock e Creighton -  DNA Learnig Center  https://www.dnalc.org/view/16672-Gallery-32-Barbara-McClintock-and-Harriet-Creighton-1956.html

7- Tatum e  Beadle - Nobel Prize - https://www.nobelprize.org/search/?s=Edward+Tatum e MIT- https://compton.mit.edu/george-w-beadle
 
8- Avery, MacLeod e McCarty – Fonte: U.S. National Library of Medicine (NLM) e National Academy of Sciences (NAS)  https://profiles.nlm.nih.gov/ps/retrieve/Narrative/CC/p-visuals/true ; https://en.wikipedia.org/wiki/Colin_Munro_MacLeodhttp://www.nasonline.org/publications/biographical-memoirs/memoir-pdfs/mccarty-maclyn.pdf
 
9- Chargaff, Chase e Hershey: fontes https://www.brainpickings.org/2016/07/27/erwin-chargaff-heraclitean-fire-misfit/ e https://www.dnalc.org/view/16406-Gallery-18-Alfred-Hershey-and-Martha-Chase-1953.html

10 –Watson e Crick - Fonte: Giants in genomics - https://www.yourgenome.org/stories/giants-in-genomics-francis-crick
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