Introdução. Reprodução Assexuada

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1 BIOLOGIA E GEOLOGIA 11º ANO ANO LECTIVO 2009/2010 NOME DO ALUNO PROFESSORA: Isabel Dias Reprodução nos seres vivos N.º Introdução A reprodução é uma característica fundamental dos seres vivos. Permitindo a formação de novos indivíduos, assegura a perpetuação das espécies e, consequentemente, a continuidade da vida no nosso planeta. É através da reprodução que o material genético é transmitido de geração em geração, umas vezes mantendo as características, outras produzindo algumas alterações. A perpetuação das espécies depende da sua adaptação ao meio ambiente. Quando essa adaptação é perfeita, a reprodução deverá manter e perpetuar essas características. Porém, se, por alteração do meio, as condições deixarem de ser favoráveis, a sobrevivência das espécies estará dependente da sua capacidade de adaptação ao novo ambiente. Para ultrapassar as incertezas do meio e assegurar a produção de novas gerações, a Natureza adoptou numerosas, e por vezes fantásticas, estratégias de reprodução, que globalmente se podem agrupar em dois processos básicos: reprodução assexuada e reprodução sexuada. Reprodução Assexuada A reprodução assexuada permite a formação de novos indivíduos a partir de um só progenitor, sem que haja a intervenção de células sexuais os gâmetas. Deste modo, não há fecundação e, consequentemente, não ocorre formação do zigoto. Neste tipo de reprodução, os descendentes desenvolvem-se a partir de uma célula ou de um conjunto de células do progenitor, pelo que todos os indivíduos são geneticamente iguais. Assim, a partir de um só indivíduo podem formar-se numerosos indivíduos geneticamente idênticos, designando-se este agregado por clone. A produção destes indivíduos designa-se por clonagem. Todos os membros de um clone são geneticamente iguais e provêm de um só progenitor. Só excepcionalmente podem surgir diferenças, quando por acaso ocorre uma alteração genética (mutação). A monotonia que se verifica na descendência é consequência do processo de divisão celular que está na base da reprodução assexuada a mitose. Este processo celular permite a formação de duas células-filhas, com uma carga hereditária exactamente igual à da célula-mãe. Nos seres unicelulares, a mitose corresponde à própria reprodução: quando a célula se divide em duas, cada célula-filha será um novo indivíduo. Muitos dos organismos que se reproduzem assexuadamente também o podem fazer sexuadamente, sempre que as condições do meio lhes sejam desfavoráveis. Esta capacidade permite-lhes ultrapassar o risco de extinção uma vez que a reprodução sexuada conduz à variabilidade genética e, consequentemente, a uma maior capacidade para ultrapassar a adversidade do meio ambiente. Os seres vivos em que os dois tipos de reprodução alternam periodicamente possuem alternância de gerações no seu ciclo de vida. É ainda de referir que a mitose desempenha um papel de grande importância biológica no crescimento e desenvolvimento de seres pluricelulares, bem como na renovação tecidular. Nesta última, destaca-se a regeneração de tecidos que, nalguns organismos mais simples, pode significar a reconstrução de uma parte de um organismo ou mesmo o seu todo e, noutros organismos mais complexos, se expressa na cicatrização. Deste modo, a regeneração implica a ocorrência de divisão celular, crescimento e diferenciação. 1

2 Vantagens da reprodução assexuada: Possibilita que organismos isolados originem descendência, sem necessidade de parceiro; Origina uma descendência numerosa, num curto espaço de tempo, o que permite a colonização rápida de um habitat; Perpetua, de forma precisa, organismos bem adaptados a ambientes favoráveis e estáveis; Vantagens económicas, do ponto de vista da produção vegetal, permitindo seleccionar variedades de plantas e reproduzi-las em grande número, de modo rápido e conservando as características seleccionadas. Desvantagens da reprodução assexuada: A reprodução assexuada não assegura a variabilidade genética pelo que pode ser perigosa para a sobrevivência da espécie. Existem vários processos de reprodução assexuada. Os mais comuns são os seguintes: bipartição, divisão múltipla, fragmentação, gemulação, partenogénese, multiplicação vegetativa e esporulação. Bipartição Este tipo de reprodução ocorre em seres vivos unicelulares, como os protozoários, e também em muitos invertebrados, como as anémonas. A bipartição, também denominada cissiparidade, divisão simples ou divisão binária, consiste na separação de um organismo em dois indivíduos de tamanho semelhante, que crescem e atingem as dimensões do progenitor. As figuras 1 e 2 mostram como este processo ocorre numa bactéria e na paramécia, respectivamente. Divisão múltipla Fig. 1 Fig. 2 Este tipo de reprodução assexuada também se denomina de pluripartição ou esquizogonia. Na divisão múltipla o núcleo da célula-mãe divide-se em vários núcleos. Depois cada núcleo rodeia-se de uma porção de citoplasma e de uma membrana, dando origem às células-filhas, que são libertadas, quando a membrana da célula-mãe se rompe, como mostra a figura 3. Fig. 3 2

3 Fragmentação A fragmentação é um tipo de reprodução assexuada em que se obtêm vários indivíduos a partir da regeneração de fragmentos de um indivíduo progenitor. No fundo consiste na divisão do corpo do organismo progenitor em várias partes e cada uma dessas partes é capaz de regenerar as partes em falta. Este tipo de reprodução ocorre em animais como esponjas, estrelas-do-mar (figura 4), anémonas, minhocas e planárias. Gemulação Neste tipo de reprodução assexuada há a formação de expansões, chamadas gomos ou gemas, na superfície da célula ou do indivíduo que, ao separarem-se, dão origem aos novos indivíduos, geralmente de menor tamanho que o progenitor. Também se pode chamar a este tipo de reprodução assexuada de gemiparidade. Ocorre em seres unicelulares, como as leveduras (figura 5), e em seres pluricelulares, como a esponja e a hidra (figura 6). Fig. 4 Partenogénese Fig. 5 Fig. 6 Neste tipo de reprodução assexuada dá-se o desenvolvimento de um indivíduo a partir de um óvulo não fecundado. Este tipo de reprodução assexuada ocorre nas abelhas, pulgões, nalguns peixes, anfíbios, répteis e na dáfnia (figura 7). Fig. 7 3

4 Multiplicação vegetativa Este tipo de reprodução assexuada é exclusivo das plantas. Existem vários processos de multiplicação vegetativa, podendo este agrupar-se em dois grandes grupos: a multiplicação vegetativa natural e a multiplicação vegetativa artificial. Multiplicação vegetativa natural A planta-mãe pode originar novas plantas a partir das várias parte que a constituem como as folhas, os caules aéreos (estolhos), ou os caules subterrâneos (rizomas, tubérculos e bolbos). Folhas: certas plantas desenvolvem pequenas plântulas nas margens das folhas. Estas, ao cair no solo, desenvolvem-se e dão origem a uma planta adulta. Estolhos: certas plantas, como o morangueiro, produzem plantas novas a partir de caules prostrados chamados estolhos. Cada estolho parte do caule principal e origina várias plantas novas, indo o caule principal morrer assim que as novas plântulas desenvolvem as suas próprias raízes e folhas. 4

5 Rizomas: os lírios, o bambu e os fetos, possuem caules subterrâneos alongados e com substâncias de reserva, denominados rizomas. Estes, além de permitirem à planta sobreviver em condições desfavoráveis, podem alongar-se, originando gemas que se vão diferenciar em novas plantas. Tubérculos: Os tubérculos são caules subterrâneos volumosos e ricos em substâncias de reserva, sendo a batata um dos mais conhecidos. Os tubérculos possuem gomos com capacidade germinativa e que originam novas plantas. Bolbos: são caules subterrâneos arredondados, com um gomo terminal rodeado por camadas de folhas carnudas, ricas em substâncias de reserva. Quando as condições do meio são favoráveis, formam-se gomos laterais, que se rodeiam de novas folhas carnudas e originam novas plantas. Alguns dos bolbos mais conhecidos são a cebola e a túlipa. 5

6 Multiplicação vegetativa artificial Este tipo de reprodução assexuada tem sido largamente utilizado no sector agro-florestal para a multiplicação vegetativa de plantas. Os mais comuns são a estaca, a mergulhia e a enxertia. Estaca: este tipo de multiplicação vegetativa consiste na introdução de ramos da planta-mãe no solo indo, a partir destes, surgir raízes e gomos que vão originar uma nova planta. A videira e a roseira reproduzem-se deste modo. Mergulhia: este tipo de multiplicação vegetativa consiste em dobrar um ramo da planta-mãe até o enterrar no solo. A parte enterrada irá ganhar raízes e quando está enraizada pode separar-se da planta-mãe, obtendo-se, assim, uma planta independente. Enxertia: consiste na junção das superfícies cortadas de duas partes de plantas diferentes. As plantas utilizadas são da mesma espécie, ou de espécies muito semelhantes. A parte que recebe o enxerto chama-se cavalo e a parte dadora chama-se garfo. Existem vários tipos de enxertia: a enxertia por garfo, a enxertia por encosto e a enxertia por borbulhia. Na enxertia por garfo, o cavalo é cortado transversalmente. Seguidamente faz-se uma fenda transversal nesse cavalo e introduz-se nele o garfo. A zona de união é envolvida em terra húmida para ajudar à cicatrização da união entre as duas plantas. 6

7 Na enxertia por encosto vão juntar-se os ramos de duas plantas, que foram previamente descascados na zona de contacto, e amarram-se para facilitar a união. Após a cicatrização, corta-se a parte do cavalo que se encontra acima da zona de união e a parte da planta dadora que se encontra abaixo da mesma zona. A nova planta é constituída pelo sistema radicular e tronco da planta receptora do enxerto e pelo ramo, ou ramos, da planta dadora do enxerto. Na enxertia por borbulha efectua-se um corte em forma de T na casca do caule da planta receptora do enxerto. Depois levanta-se a casca e introduz-se no local da fenda o enxerto, constituído por um pedaço de casca contendo um gomo da planta dadora. Seguidamente, a zona de união é atada, para facilitar a cicatrização. 7

8 Esporulação A esporulação consiste na formação de células especiais denominadas esporos, que originam novos seres vivos da mesma espécie. Nas plantas os esporos são formados em estruturas especiais, os esporângios, e possuem uma camada protectora muito espessa, pelo que são muito resistentes, mesmo em ambientes desfavoráveis. A esporulação é um processo de reprodução comum em fetos (figura A) e fungos (figura B). Fig. A Fig. B 8

9 EXERCÍCIOS: 1. Observe a figura, na qual estão representados diferentes processos de reprodução de organismos vivos Identifique os processos de reprodução representados na figura. A - B - C - D Refira se a figura representa processos de reprodução sexuada ou assexuada. Justifique a sua resposta Explique quais as características, do ponto de vista genético, da descendência obtida pelos processos de reprodução representados na figura Refira duas vantagens dos processos de reprodução representados e diga quais as desvantagens associadas a este tipo de reprodução. 9

10 2. A figura seguinte representa um processo de reprodução na Hydra Refira como se designa o processo de reprodução representado Refira quais as características particulares do processo de reprodução representado na figura. 3. Observe a figura abaixo que representa um processo de reprodução em anémonas O processo de reprodução representado designa-se por: (A) Gemulação. (B) Fragmentação. (C) Bipartição. (D) Multiplicação vegetativa. (Assinale com um X a opção correcta) 3.2. Justifique a sua opção na questão anterior A descendência formada pelo processo representado: (A) é geneticamente igual entre si, mas diferente do organismo progenitor. (B) é geneticamente igual entre si e igual ao organismo progenitor. (C) é geneticamente diferente entre si e diferente do organismo progenitor. (D) nenhuma das opções anteriores. (Assinale com um X a opção correcta) 10

11 Reprodução Sexuada A reprodução sexuada envolve a união de duas células especializadas os gâmetas que são formados através de um tipo de divisão celular chamado meiose. Durante a fecundação ocorre a cariogamia com a fusão dos núcleos dos gâmetas. Desta união resulta o ovo ou zigoto que por mitoses sucessivas originará o indivíduo adulto, com características resultantes da combinação dos genes dos dois progenitores. Os gâmetas são células haplóides ou seja com metade do número de cromossomas característico da espécie. O número haplóide de cromossomas abrevia-se por n. A fecundação estabelece o número de cromossomas da espécie ao misturar os cromossomas dos dois gâmetas. O zigoto é uma célula diplóide, 2n, assim como todas as células que dele resultem por mitose. Meiose e Fecundação A meiose é um tipo de divisão celular que reduz para metade o número de cromossomas das células. É através da meiose que uma célula diplóide origina células haplóides. Os gâmetas formam-se por meiose. A meiose, tal como a mitose, é precedida pela replicação do DNA dos cromossomas. A esta replicação seguem-se duas divisões: a Divisão I ou divisão reducional e a Divisão II ou divisão equacional. Estas divisões originam a formação de quatro células diferentes entre si, cada uma delas com metade do número de cromossomas da célula inicial. Na divisão reducional um núcleo 2n origina dois núcleos n, com cromossomas constituídos por dois cromatídeos, havendo uma redução do número de cromossomas. Na divisão equacional, ocorre a separação dos cromatídeos, obtendo-se quatro núcleos haplóides, cujos cromossomas são constituídos por um cromatídeo. 11

12 Interfase Precede a meiose e caracteriza-se pela replicação do DNA. No final desta fase cada cromossoma é constituído por dois cromatídeos, ligados pelo centrómero. Divisão Reducional ou Meiose I ou Divisão I Profase I é a etapa mais longa e complexa da meiose. Os cromossomas condensam e os homólogos emparelham, num processo que se designa sinapse. Durante a sinapse, os cromossomas ficam unidos ao longo de todo o seu comprimento e alinham-se gene por gene, formando um conjunto constituído por quatro cromatídeos, ao qual se chama tétrada cromatídica ou bivalente cromossómico. Cromatídeos pertencentes a cromossomas homólogos cruzam-se nos chamados pontos de quiasma podendo trocar segmentos equivalentes, num processo designado crossing-over. A membrana nuclear e o nucléolo desorganizam-se progressivamente. Metafase I os bivalentes dispõem-se na zona equatorial. A orientação dos cromossomas de cada bivalente é aleatória. Os pontos de quiasma localizam-se no plano equatorial. Anafase I ocorre a segregação independente dos cromossomas homólogos. Os dois cromossomas homólogos de cada bivalente separam-se e migram aleatoriamente para pólos opostos da célula. Telofase I em cada pólo da célula, constitui-se um conjunto haplóide de cromossomas, com dois cromatídeos cada um. Os cromossomas descondensam, o invólucro nuclear e os nucléolos reorganizam-se. Em alguns casos, segue-se a citocinese e formam-se duas células haplóides. Profase I Anafase I Telofase I DIVISÃO II Metafase I 12

13 Divisão Equacional ou Meiose II ou Divisão II Profase II os cromossomas, constituídos por dois cromatídeos, condensam. Forma-se o fuso acromático; o invólucro nuclear e os nucléolos desorganizam-se. Metafase II os cromossomas dispõem-se na zona equatorial. São os centrómeros que se localizam no plano equatorial. Anafase II os dois cromatídeos de cada cromossoma separam-se pelo centrómero e migram para pólos opostos da célula. Telofase II os cromossomas, agora formados por um único cromatídeo, descondensam. O invólucro nuclear reorganiza-se e formam-se dois núcleos, cada um com um conjunto haplóide de cromossomas. Anafase II Profase II Telofase II Metafase II Pela meiose, uma célula diplóide (2n) origina quatro células haplóides (n) Ver vídeos: how_meiosis_works.html unique_features_of_meiosis.html 13

14 Comparação entre a mitose e a meiose É possível estabelecer algumas comparações entre as fases da meiose e da mitose. A divisão II da meiose é a que apresenta mais semelhanças com a mitose. Ver fig. 95 pág. 81 do manual Ver vídeo: comparison_of_meiosis_and_mitosis quiz_1_.html Reprodução sexuada e variabilidade A principal vantagem da reprodução sexuada em relação à assexuada, é o aumento da variabilidade genética da descendência. Os três mecanismos que contribuem para essa variabilidade são: Segregação independente dos cromossomas homólogos na meiose I, a migração dos cromossomas homólogos para os pólos da célula é aleatória. O número de combinações possíveis é de 2 n. Assim, nas células formadas, os cromossomas estão combinados aleatoriamente e há uma enorme variedade de combinações possíveis. Ver vídeo: random_orientation_of_chromosomes_during_meiosis.html Crossing-over durante o crossing-over, na Profase I, os cromossomas homólogos trocam segmentos. Os dois cromatídeos de um mesmo cromossoma deixam de ser idênticos e vão ser, posteriormente, separados de forma aleatória na Anafase II. Fecundação a junção aleatória de um gâmeta feminino e de um gâmeta masculino aumenta a variabilidade genética. Mutações - criam novos genes (mutação génica) ou novos cromossomas (mutação cromossómica). Estas últimas podem ser numéricas ou estruturais. A variabilidade genética dos indivíduos de uma população contribui para o seu sucesso evolutivo, uma vez que, num ambiente em mudança, pelo menos alguns dos membros da população estarão aptos a sobreviver. As fontes de variabilidade genética das populações são as mutações e a reprodução sexuada (meiose e fecundação). 14