História Embriologia

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História e conceitos básicos 1
As origens da biologia do desenvolvimento ■
Um conjunto conceitual de ferramentas ■
A fi nalidade deste capítulo é fornecer uma estrutura conceitual para o estudo do desenvolvimen-
to. Começamos com uma breve história do estudo do desenvolvimento embrionário, que ilustra 
como algumas das questões-chave na biologia do desenvolvimento foram formuladas ao princí-
pio, e continuamos com alguns dos princípios essenciais do desenvolvimento. A grande questão é 
como uma única célula – o ovo* fecundado – origina um organismo multicelular, no qual a multi-
plicidade dos diferentes tipos celulares são organizados em tecidos e órgãos para formar um corpo 
tridimensional. Essa questão pode ser estudada sob muitos pontos de vista diferentes, mas todos 
têm de se encaixar para obtenção de uma imagem completa do desenvolvimento: quais genes são 
expressos, quando e onde; como as células se comunicam entre si; como é determinado o destino 
do desenvolvimento de uma célula; como as células proliferam e se diferenciam em tipos celulares 
especializados e como as principais mudanças na forma do corpo são produzidas. Veremos que o 
desenvolvimento de um organismo é dirigido, em última análise, pela expressão regulada de seus 
genes, determinando quais proteínas estão presentes, em quais células e quando. Por sua vez, pro-
teínas determinam amplamente como uma célula se comporta. Os genes fornecem um programa 
gerador para o desenvolvimento, não um projeto arquitetônico, na medida em que suas ações são 
traduzidas em resultados de desenvolvimento por meio do comportamento celular, na forma de 
sinalização intercelular, proliferação celular, diferenciação celular e movimento celular.
O desenvolvimento de organismos multicelulares a partir de uma única célula – o ovo 
fecundado – é um triunfo brilhante da evolução. Durante o desenvolvimento embrioná-
rio, o ovo divide-se para originar muitos milhões de células, que formam estruturas tão 
complexas e variadas como olhos, braços, coração e cérebro. Essa admirável realiza-
ção suscita inúmeras questões. Como as células surgidas da divisão do ovo fecundado 
tornam-se diferentes entre si? Como elas se tornam organizadas em estruturas tais 
como membros e cérebros? O que controla o comportamento das células individuais 
de modo a surgirem padrões tão altamente organizados? Como os princípios organi-
zadores do desenvolvimento estão embutidos no interior do ovo e, em particular, no 
material genético, o DNA? Muito do estimulante na biologia do desenvolvimento vem, 
hoje, da nossa crescente compreensão de como os genes dirigem esses processos do 
desenvolvimento, e o controle genético é um dos principais temas deste livro. Milhares 
de genes estão envolvidos no controle do desenvolvimento, mas focalizaremos somen-
te aqueles que têm funções-chave e ilustram princípios gerais.
O desenvolvimento de um embrião a partir de um ovo fecundado é conhecido como 
embriogênese. Uma das suas primeiras tarefas é estabelecer a totalidade do plano cor-
poral de um organismo e veremos que organismos diferentes solucionam esse problema 
fundamental de vários modos. O foco deste livro é, principalmente, o desenvolvimento 
animal – aquele dos vertebrados, como rãs, aves, peixes e mamíferos, e de uma seleção 
 * N. de T. O autor Wolpert usa o termo egg (ovo) em um sentido genérico, sem querer especifi car o momento 
intrínseco do estágio do futuro gameta. Optou-se pela tradução “ovo”, pois, quando se faz necessária uma 
especifi cação, o autor a faz, denominando-o “oócito” ou “óvulo”, conforme o seu estágio.
28 • LEWIS WOLPERT & COLABORADORES
de invertebrados, como o ouriço-do-mar, ascídias e, sobretudo, a mosca-da-fruta, Droso-
phila melanogaster (Fig. 1.1), e o verme nematódeo, Caenorhabditis elegans. É nestes dois 
últimos organismos que nossa compreensão do controle genético do desenvolvimento 
é a mais avançada, e as principais características de seus desenvolvimentos iniciais são 
consideradas nos Capítulos 2 e 5, respectivamente. No Capítulo 6, trataremos breve-
mente de alguns aspectos do desenvolvimento de plantas, que difere, em alguns aspec-
tos, daquele dos animais, embora envolva princípios similares.
O desenvolvimento dos órgãos de um indivíduo, como o membro do vertebrado, o 
olho do inseto e o sistema nervoso, ilustra a organização multicelular e a diferenciação 
de tecidos em estágios embrionários mais avançados e consideramos alguns desses 
sistemas em detalhe nos Capítulos 8 a 10. Também tratamos do desenvolvimento das 
características sexuais (Capítulo 11). O estudo da biologia do desenvolvimento, porém, 
vai bem além do desenvolvimento do embrião. Necessitamos entender também como 
alguns animais podem regenerar órgãos perdidos (Fig. 1.2 e Capítulo 13) e como o 
crescimento pós-embrionário de um organismo é controlado, um processo que inclui 
metamorfose e envelhecimento (Capítulo 12). Considerando sob um ponto de vista 
mais abrangente, tratamos, no Capítulo 14, de como os mecanismos do desenvolvi-
mento têm evoluído e como eles restringem o próprio processo de evolução.
Pode-se perguntar se é necessário abranger diferentes organismos e sistemas de de-
senvolvimento para entender as características desenvolvimentistas básicas. A resposta 
no momento presente é sim. Os biólogos do desenvolvimento acreditam, de fato, que 
existem princípios gerais do desenvolvimento que se aplicam a todos os animais, mas 
que a vida é tão admiravelmente diversa que não se pode encontrar todas as respostas 
em um único organismo. Assim, os biólogos do desenvolvimento tendem a focalizar 
seus esforços em um número relativamente pequeno de animais, escolhidos original-
mente por serem convenientes para o estudo e acessíveis à manipulação experimental 
ou à análise genética. É por isso que alguns organismos, como a rã Xenopus laevis (Fig. 
1.3), o nematódeo Caenorahbditis e a mosca-da-fruta Drosophila têm um lugar predomi-
nante na biologia do desenvolvimento e são encontrados reiteradas vezes neste livro. 
De fato, é muito encorajador que tão poucos sistemas necessitem ser estudados para 
que se entenda o desenvolvimento animal. De um modo semelhante, a planta herbácea 
da família das Brassicaceae*, Arabidopsis thaliana, pode ser usada como uma planta-mo-
delo para estudar as características básicas do desenvolvimento das plantas.
Um dos mais excitantes e satisfatórios aspectos da biologia do desenvolvimento 
é que a compreensão de um processo do desenvolvimento em um organismo pode 
ajudar a elucidar processos similares em outros, como, por exemplo, em organismos 
muito parecidos com os seres humanos. Nada ilustra isso mais dramaticamente do 
que a infl uência que teve nossa compreensão do desenvolvimento de Drosophila e, em 
especial, da sua base genética, na biologia do desenvolvimento como um todo. Em 
particular, a identifi cação dos genes que controlam a embriogênese inicial em Droso-
phila levou à descoberta de genes relacionados que são usados de modos similares no 
desenvolvimento de mamíferos e outros vertebrados. Tais descobertas encorajam-nos 
a acreditar na emergência de princípios gerais do desenvolvimento.
A rã tem sido, há muitos anos, um dos organismos preferidos para o estudo do 
desenvolvimento, porque seus ovos são grandes e seus embriões são robustos, não 
apresentam problemas para crescer em um meio de cultura simples e são de utilização 
relativamente fácil em experimentação.
A rã sul-africana Xenopus é o organismo-modelo para muitos aspectos do desenvol-
vimento de vertebrados, e as principais características do seu desenvolvimento (Qua-
dro 1A, pp. 30 e 31) servem para ilustrar alguns dos estágios básicos do desenvolvi-
mento em todos os animais. O desenvolvimento inicial de Xenopus e outros modelos de 
vertebrados são discutidos nos Capítulos 3 e 4.
 * N. de R.T. Como não há uma tradução em português para o nome vulgarde Arabidobsis thaliana (em inglês, 
thale cress), ele foi aqui substituído pela descrição genérica da planta e citação da família à qual ela pertence.
Figura 1.1 Micrografi a eletrônica de varre-
dura da cabeça de um adulto de Drosophila 
melanogaster. Barra de escala = 0,1 mm.
Fotografi a de D. Scharfe, da Science Photo Library.
Figura 1.2 Fotografi a de um lagarto, o Eu-
meces fasciatus*, depois de ter liberado a sua 
cauda como defesa. Esta espécie pode soltar 
a sua cauda como uma técnica para evitar a 
captura por predadores e depois regenerá-la. 
O pedaço de cauda descartado pode ser visto 
abaixo do lagarto.
Fotografi a da Oxford Scientifi c Films. 
 * N. de R.T. O nome científi co da espécie substitui 
aqui o seu nome vulgar em inglês (south eastern 
fi ve-lined skink), que consta no original.
PRINCÍPIOS DE BIOLOGIA DO DESENVOLVIMENTO • 29
No restante deste capítulo, primeiramente focalizaremos a história da embriologia 
– como foi chamado o estudo da biologia do desenvolvimento ao longo da maior parte 
da sua existência. O termo biologia do desenvolvimento é de origem mais recente. 
Introduziremos, em seguida, alguns conceitos-chave que são usados repetidamente no 
estudo e na compreensão do desenvolvimento.
As origens da biologia do desenvolvimento
Muitas questões em embriologia foram formuladas e, em alguns casos, milhares de 
anos atrás. Uma apreciação da história dessas idéias ajuda-nos a entender por que 
abordamos problemas do desenvolvimento da forma que o fazemos atualmente.
1.1 Aristóteles defi niu pela primeira vez o problema da epigenêse 
e da pré-formação
Uma abordagem científi ca para explicar o desenvolvimento começou com Hipócrates, na 
Grécia, no século V a.C. Usando as idéias correntes daquele tempo, ele tratou de explicar 
o desenvolvimento em termos de princípios de calor, umidade e solidifi cação. Aproxima-
damente um século mais tarde, o estudo de embriologia avançou quando o fi lósofo grego 
Aristóteles formulou a questão que iria dominar a maior parte do pensamento a respeito 
do desenvolvimento até o fi nal do século XIX. Aristóteles formulou o problema de como 
as diferentes partes do embrião eram formadas. Ele considerou duas possibilidades: uma 
foi a de que tudo no embrião estaria pré-formado desde o início e apenas tornava-se 
maior durante o desenvolvimento; a outra possibilidade era a de que novas estruturas 
surgiam progressivamente, em um processo que ele denominou epigênese (que quer di-
zer “no curso da formação”) e que ele comparou metaforicamente à “confecção de uma 
rede”. Aristóteles inclinava-se pela epigênese, e sua conjetura estava correta.
A infl uência aristotélica no pensamento europeu foi enorme, e suas idéias perma-
neceram infl uentes até boa parte do século XVII. A visão contrária à epigênese, isto é, 
aquela de que o embrião estaria pré-formado desde o início, foi defendida novamente 
no fi nal do século XVII. Muitos não podiam crer que forças físicas ou químicas pode-
riam moldar uma entidade viva como o embrião. Juntamente com a crença contempo-
rânea subjacente da criação divina do mundo e de todos os seres vivos, estava a crença 
de que os embriões existiam desde o início do mundo e que o primeiro embrião da 
espécie deveria conter todos os embriões futuros. Mesmo o brilhante embriologista 
italiano do século XVII, Marcelo Malpighi, não pôde libertar-se das idéias do prefor-
mismo. Ao mesmo tempo em que ele forneceu uma descrição extraordinariamente 
acurada do desenvolvimento do embrião de pinto, ele permaneceu convicto, contra as 
evidências de suas próprias observações, de que o embrião estava já presente desde o 
início (Fig. 1.4). Ele argumentava que, nos estágios mais iniciais, as partes eram tão pe-
quenas que não podiam ser observadas, mesmo com o seu melhor microscópio. Outros 
preformistas acreditavam, ainda, que o espermatozóide continha o embrião, e alguns 
ainda reivindicavam ser possível ver um pequeno ser humano – um homúnculo – na 
cabeça de cada espermatozóide humano (Fig. 1.5).
O assunto pré-formação/epigênese foi o tema de acalorados debates ao longo do 
século XVIII. O problema, porém, não pôde ser resolvido até o advento de um dos 
grandes avanços da biologia – o reconhecimento de que seres vivos, inclusive embri-
ões, eram compostos por células.
Figura 1.3 Fotografi a da rã sul-africana* 
Xenopus laevis. Barra de escala = 1 cm.
Fotografi a cortesia de J. Smith.
Figura 1.4 Descrição do embrião de galinha feita por Malpighi. A fi gura mostra desenhos de 
Malpighi, realizados em 1673, representando o embrião no estágio inicial (acima) e depois de dois 
dias de incubação (abaixo). Os seus desenhos ilustram acuradamente a forma e o suprimento de 
sangue do embrião.
Reproduzido com permissão do presidente e do Conselho da Royal Society.
 * N. de R.T. No original, consta o nome vulgar em 
inglês desta espécie (South African claw-toed 
frog).
30 • LEWIS WOLPERT & COLABORADORES
Quadro 1A Estágios básicos do desenvolvimento de Xenopus laevis
Anterior
Clivagem
Fecundação
Gastrulação
NeurulaçãoOrganogênese
Metamorfose
Pólo animal
Pólo vegetal
Anterior
Posterior
Embrião em estágio de
botão caudal
(vista lateral)
Embrião em estágio de
botão caudal (vista dorsal
com a superfície removida)
Posterior
Dorsal
Dorsal
Ventral
Ventral
Blástula
Espermatozóide
Ovo
Gástrula (corte)
(corte)
(vista dorsal)
(superfície removida 
para revelar a notocorda)
Nêurula
blastocele
blastóporo
futura
notocorda
mesoderme
ectoderme futuro 
intestino
endoderme
notocorda
pregas
neurais
Girino 
livre-nadador
Adulto
notocorda
somitos
medula espinal
massa de vitelo
cérebro
Estágio 1
Estágio 2
Estágio 6
Estágio 8
Estágio 10
Estágio 13
Estágio 12
Estágio 15
Estágio 26
Estágio 45
Estágio 66
PRINCÍPIOS DE BIOLOGIA DO DESENVOLVIMENTO • 31
1.2 A teoria celular mudou a concepção do desenvolvimento embrionário 
e da hereditariedade
A teoria celular, desenvolvida entre 1820 e 1880 pelo botânico alemão Mathias Sch-
leiden e pelo fi siologista Theodor Schwann (entre outros), foi um dos avanços mais 
elucidadores na biologia e teve um enorme impacto. Foi fi nalmente reconhecido que 
todos os organismos vivos são constituídos de células, que são as unidades básicas da 
vida e surgem somente por divisão de outras células. Organismos multicelulares, como 
animais e plantas, podiam agora ser vistos como comunidades de células. O desenvol-
vimento não podia, assim, ser baseado na pré-formação, devendo ser, portanto, epige-
nético, pois, durante o desenvolvimento, muitas células novas são geradas por divisão 
do ovo e novos tipos celulares são formados. Uma etapa crucial na compreensão do 
desenvolvimento foi o reconhecimento, na década de 1840, de que o próprio ovo não 
é nada mais que uma única célula, embora especializada.
Um importante avanço foi a sugestão do biólogo alemão do século XIX August 
Weismann de que os descendentes não herdam as características provenientes do cor-
po (o soma) dos pais, mas somente as provenientes das células germinativas – ovo e 
espermatozóide – e de que as células germinativas não são infl uenciadas pelo corpo 
Quadro 1A Estágios básicos do desenvolvimento de Xenopus laevis (continuação)
Embora o desenvolvimento dos vertebrados seja muito variado, exis-
tem alguns estágios básicos que podem ser ilustrados seguindo o de-
senvolvimento da rã Xenopus laevis, que é um dos organismos favo-
ritos para a embriologia experimental. O ovo não-fecundado é uma 
célula grande. Sua superfície superior é pigmentada (pólo animal) e 
a região inferior (pólo vegetal) é caracterizada por um acúmulo de 
grânulos de vitelo. Assim, mesmo no início, o ovo não é uniforme; no 
desenvolvimento subseqüente, as células da metade animal tornam-
sea extremidade anterior (cabeça) do embrião.
Após a fecundação do ovo pelo espermatozóide e a fusão dos 
núcleos masculino e feminino, começa a clivagem. Clivagens são di-
visões mitóticas nas quais as células não crescem entre cada divisão, 
de modo que, com sucessivas clivagens, as células tornam-se meno-
res. Depois de aproximadamente 12 ciclos de divisões, o embrião, 
conhecido agora como blástula, consiste em muitas células peque-
nas rodeando uma cavidade cheia de líquido (blastocele) acima das 
células maiores vitelínicas. Nesse momento, mudanças já ocorreram 
dentro das células, e elas interagem entre si, de modo que alguns 
dos futuros tipos tissulares – os folhetos germinativos – tornaram-se 
parcialmente especifi cados. O mesoderme, por exemplo, que origina 
músculos, cartilagens, ossos e outros órgãos internos, como coração, 
sangue e rins, está presente na blástula como uma banda equatorial. 
Adjacente a ele está o futuro endoderme, que origina o intestino, os 
pulmões e o fígado. A região animal origina o ectoderme, que forma 
tanto a epiderme como o sistema nervoso. Os futuros endoderme 
e mesoderme, que estão destinados a formar órgãos internos, estão 
ainda na superfície do embrião. Durante o próximo estágio – gastru-
lação – existe um rearranjo dramático das células; o endoderme e 
o mesoderme movem-se para o interior, e o plano básico do corpo 
do girino é estabelecido. Internamente, o mesoderme origina uma 
estrutura em forma de cilindro (notocorda) que se estende da cabeça 
para a cauda e situa-se centralmente sob o futuro sistema nervoso. 
Em ambos os lados da notocorda estão blocos segmentados de me-
soderme chamados somitos, os quais originarão os músculos e a co-
luna vertebral, assim como a derme da pele. Logo depois da gastrula-
ção, o ectoderme acima da notocorda dobra-se para formar um tubo 
(tubo neural) que origina o cérebro e a medula espinal – um processo 
conhecido como neurulação. A essa altura, outros órgãos, tais como 
membros, olhos e guelras, são especifi cados nas suas futuras localiza-
ções, mas somente irão desenvolver-se um pouco mais tarde, duran-
te a organogênese. Durante a organogênese, células especializadas, 
como as de músculos, cartilagens e neurônios, se diferenciam. No 
espaço de 48 horas, o embrião tornou-se um girino que se alimenta, 
com características típicas de vertebrados. Devido ao fato de que o 
tempo para atingir cada estágio pode variar de acordo com as con-
dições ambientais, os estágios de desenvolvimento no Xenopus e de 
outros embriões são freqüentemente indicados por números de es-
tágio, em vez de por horas de desenvolvimento.
Figura 1.5 Alguns preformistas acreditavam que um homúnculo estava enrolado na cabeça de 
cada espermatozóide.
Um desenho imaginado de acordo com Nicholas Hartsoeker (1694).
32 • LEWIS WOLPERT & COLABORADORES
que as carrega. Assim, Weismann traçou uma distinção fundamental entre células ger-
minativas e células corporais ou células somáticas (Fig. 1.6). Características adquiridas 
pelo corpo durante a vida de um animal não podem ser transmitidas à linhagem ger-
minativa. No que diz respeito à hereditariedade, o corpo é simplesmente um veículo 
das células germinativas. Como expressou o novelista e ensaísta inglês Samuel Butler: 
“uma galinha é apenas o modo de um ovo fazer um outro ovo”.
Trabalhos com ovos de ouriço-do-mar mostraram que, após a fecundação, o ovo 
contém dois núcleos, que acabam por se fusionar; um desses núcleos pertence ao ovo, 
enquanto o outro provém do espermatozóide. A fecundação, portanto, resulta em um 
ovo carregando um núcleo com contribuições de ambos os pais. Foi concluído que o 
núcleo da célula deve conter as bases físicas da hereditariedade. O clímax dessa linha 
de pesquisa foi a demonstração defi nitiva, no fi nal do século XIX, de que os cromos-
somos dentro do núcleo do ovo fecundado – zigoto – provêm em igual número dos 
dois núcleos parentais e o reconhecimento de que isso fornecia uma base física para a 
transmissão dos caracteres genéticos de acordo com as leis desenvolvidas pelo botâni-
co e monge austríaco Gregor Mendel. Foi descoberto que a constância do número cro-
mossômico de geração à geração nas células somáticas é mantida devido a uma divisão 
reducional (meiose), que reduz à metade o número de cromossomos nas células ger-
minativas, enquanto células somáticas dividem-se pelo processo de mitose, que man-
tém o número cromossômico. Os precursores das células germinativas possuem duas 
cópias de cada cromossomo, uma materna e outra paterna, e são chamados diplóides. 
Esse número é diminuído à metade pela meiose durante a formação dos gametas, de 
modo que cada célula germinativa contém somente uma cópia de cada cromossomo e 
é chamada haplóide. O número diplóide é restabelecido na fecundação.
1.3 Dois tipos de desenvolvimento foram originalmente propostos
Uma vez que foi reconhecido que as células do embrião surgiam por divisão celular a 
partir do zigoto, surgiu a questão de como as células se tornavam diferentes umas das 
outras. Com a crescente ênfase na função do núcleo na década de 1880, Weismann 
lançou um modelo de desenvolvimento no qual o núcleo do zigoto continha uma certa 
quantidade de fatores especiais ou determinantes (Fig. 1.7). Ele propôs que, enquanto 
o ovo fecundado sofria rápidos ciclos de divisão celular, conhecidos como clivagens, 
esses determinantes seriam distribuídos desigualmente para as células-fi lhas e, assim, 
controlariam o futuro desenvolvimento celular. O destino de cada célula estava, assim, 
predeterminado no ovo por fatores que ele receberia durante as clivagens. Esse tipo 
de modelo foi denominado “em mosaico” já que o ovo poderia ser considerado um 
Figura 1.6 A distinção entre células germi-
nativas e células somáticas. A cada geração, 
células germinativas dão origem tanto a célu-
las somáticas quanto a células germinativas, 
mas a herança depende apenas das células 
germinativas. Mudanças que ocorrem devido 
a mutações em células somáticas podem ser 
passadas para as suas células-fi lhas, mas não 
afetam a linhagem germinativa.
Primeira geração Terceira geraçãoSegunda geração
células germinativas células germinativas células germinativas
zigoto zigoto zigoto
cé
lu
las
 so
m
át
ica
s
cé
lu
las
 so
m
át
ica
s
cé
lu
las
 so
m
át
ica
s
Mutações em células 
somáticas não afetam
a linhagem
germinativa
Mutações em células 
germinativas
afetam a linhagem 
germinativa
PRINCÍPIOS DE BIOLOGIA DO DESENVOLVIMENTO • 33
mosaico de diferentes determinantes localizados. Central para a teoria de Weismann 
era a suposição de que as divisões celulares iniciais deveriam produzir células-fi lhas 
inteiramente diferentes entre si, como resultado da distribuição desigual dos compo-
nentes nucleares. Ao fi nal da década de 1880, uma sustentação inicial para as idéias 
de Weismann veio de experimentos realizados independentemente pelo embriologista 
alemão Wilhelm Roux, que trabalhou com embriões de rã. Após ter permitido a primei-
ra clivagem de um ovo de rã fecundado, Roux destruiu uma das duas células com uma 
agulha incandescente e descobriu que a célula remanescente desenvolveu-se como 
uma metade de larva bem-formada (Fig. 1.8). Ele concluiu que o “desenvolvimento da 
rã é baseado em um mecanismo em mosaico, tendo as células seu caráter e destino 
determinados a cada clivagem”.
Mas quando Hans Driesch, um compatriota de Roux, repetiu o experimento com 
ovos de ouriço-do-mar, foi obtido um resultado completamente diferente (Fig. 1.9). 
Ele escreveu mais tarde: “Mas as coisas aconteceram como elas tinham de acontecer, e 
não como eu esperava; havia tipicamente uma gastrulação completa na minha placa na 
manhã seguinte, diferenciando-se somente no tamanho de uma outra gástrula normal; 
essa gástrula pequena mas completa desenvolveu-se em umalarva completa e típica”.
Driesch separou completamente as células no estágio de duas células e obteve 
uma larva normal, apesar de pequena. Isso foi exatamente o oposto do resultado de 
Roux e foi a primeira demonstração clara do processo do desenvolvimento conhecido 
como regulação. A regulação é a capacidade do embrião de desenvolver-se normalmen-
te, mesmo quando algumas porções são removidas ou rearranjadas. Veremos muitos 
exemplos de regulação ao longo deste livro (uma explanação do experimento de Roux 
e por que ele conseguiu este resultado é também dada mais tarde, na Seção 3.7).
1.4 A descoberta da indução mostrou que um grupo de células podia determinar o 
desenvolvimento de células vizinhas
Embora o conceito de regulação implicasse que as células devem interagir entre si, a 
importância central das interações celulares no desenvolvimento embrionário não foi 
realmente estabelecida até a descoberta do fenômeno da indução, no qual uma célula 
ou tecido orienta o desenvolvimento de outra célula ou tecido vizinho.
A importância da indução e de outras interações célula-célula no desenvolvimen-
to foi comprovada dramaticamente em 1924, quando Hans Spemann e sua assistente 
Hilde Mangold realizaram um experimento famoso de transplante em embriões de 
anfíbio. Eles demonstraram que um segundo embrião parcial podia ser induzido pelo 
transplante de uma pequena região de um embrião inicial de um tritão para outro no 
mesmo estágio (Fig. 1.10). O tecido transplantado foi retirado do lábio dorsal do blas-
tóporo – a invaginação semelhante a uma fenda que se forma onde começa a gastrula-
ção, sobre a superfície dorsal do embrião do anfíbio (ver Quadro 1A, p. 30 e 31). Essa 
pequena região foi denominada por eles de organizador, uma vez que ela parecia ser, 
Determinantes nucleares de Weissmann
1a clivagem 2a clivagem
Figura 1.7 Teoria da determinação nuclear 
de Weissmann. Weissmann assumiu que 
havia fatores no núcleo que eram distribuídos 
assimetricamente para as células-fi lhas duran-
te a clivagem e que dirigiam o futuro desen-
volvimento delas.
34 • LEWIS WOLPERT & COLABORADORES
em última análise, a responsável pelo controle da organização de um corpo embrioná-
rio completo, sendo conhecida comumente como organizador de Spemann-Mangold ou 
simplesmente como organizador de Spemann. Pela sua descoberta, Spemann recebeu o 
prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1935; um dos apenas dois únicos concedi-
dos a pesquisas embriológicas. Infelizmente, Hilde Mangold havia falecido pouco antes 
em um acidente, de modo que não pôde ser distinguida.
1.5 O estudo do desenvolvimento foi estimulado pela união da genética com a 
biologia do desenvolvimento
Durante grande parte do início do século XX havia pouca conexão entre embriologia e 
genética. Quando as leis de Mendel foram redescobertas, em 1900, houve um grande 
surto de interesse nos mecanismos de herança, particularmente no que se referia à 
evolução, mas bastante menor em relação ao desenvolvimento. A genética era vista 
como o estudo da transmissão dos elementos hereditários de geração para geração, 
enquanto a embriologia era o estudo de como um organismo individual se desenvolve 
e, em particular, como as células no embrião inicial se tornam diferentes umas das ou-
tras. A genética parecia ser, nesse aspecto, irrelevante para o desenvolvimento.
meio
embrião
tubo 
neural
restos da 
célula
morta
Ovo de rã fecundado Estágio de duas células Estágio de nêurulaEstágio de blástula (corte)
agulha incandescente blastocele
Figura 1.8 Experimento de Roux para 
investigar a teoria do desenvolvimento em 
mosaico de Weissmann. Depois da primeira 
clivagem de um embrião de rã, uma das duas 
células é morta por perfuração com uma 
agulha incandescente; a outra célula não é da-
nifi cada. No estágio de blástula, pode ser ob-
servado que a célula não-danifi cada dividiu-se 
normalmente, gerando muitas células que 
preenchem metade do embrião. O desenvol-
vimento da blastocele também está restrito à 
metade não-danifi cada. Na metade danifi cada 
do embrião, aparentemente nenhuma célula 
foi formada. No estágio de nêurula, a célula 
não-danifi cada desenvolveu-se em alguma 
coisa que lembra a metade de um embrião 
normal.
Figura 1.9 O resultado do experimento 
de Driesch com embriões de ouriço-do-mar, 
primeiro a demonstrar o fenômeno de regu-
lação. Depois da separação das células no es-
tágio de duas células, a célula restante se de-
senvolve em uma larva normal, pequena mas 
completa. Isso contraria o resultado obtido 
anteriormente por Roux, que havia observado 
que se uma das células de um embrião de 
duas células era danifi cada, a célula restante 
se desenvolvia apenas em meio-embrião (ver 
Fig. 1.8).
Desenvolvimento normal de uma larva de ouriço-do-mar a partir do estágio de duas células
A separação das células feita por Driesch no estágio de duas células resultou na morte de uma 
delas. A célula sobrevivente desenvolveu-se em uma larva pequena, mas normal nos demais aspectos
uma das
células separadas
geralmente morria
PRINCÍPIOS DE BIOLOGIA DO DESENVOLVIMENTO • 35
Um importante conceito que fi nalmente ajudou a ligar a genética e a embriologia 
foi a distinção entre genótipo e fenótipo. Essa distinção foi lançada pelo botânico di-
namarquês Wilhelm Johannsen, em 1909. A dotação genética de um organismo – a in-
formação genética que ele adquire de seus pais – é o genótipo. A sua aparência visível, 
a sua estrutura interna e a sua bioquímica, em qualquer estágio do desenvolvimento, 
constituem o fenótipo. Enquanto o genótipo certamente controla o desenvolvimento, 
fatores ambientais, interagindo com o genótipo, infl uenciam o fenótipo. Apesar de 
terem os mesmos genótipos, gêmeos idênticos podem desenvolver diferenças conside-
ráveis nos seus fenótipos à medida que crescem (Fig. 1.11) e essas diferenças tendem a 
tornar-se mais evidentes com a idade. O problema do desenvolvimento podia agora ser 
colocado em termos de relação entre genótipo e fenótipo; como a dotação genética 
se torna “traduzida” ou “expressa” durante o desenvolvimento para dar origem a um 
organismo funcional.
A união da genética e da embriologia foi um processo lento e tortuoso. Pouco pro-
gresso foi feito até que a natureza e função dos genes fossem muito melhor compreen-
didas. A descoberta, na década de 1940, de que os genes codifi cam proteínas foi um 
dos principais pontos de mudança. Como já estava claro que as propriedades de uma 
célula são determinadas pelas proteínas que ela contém, a função fundamental dos 
genes no desenvolvimento podia, fi nalmente, ser apreciada. Controlando quais proteí-
nas eram feitas na célula, os genes poderiam controlar as mudanças nas propriedades 
e comportamento celulares que ocorrem durante o desenvolvimento. Um importante 
avanço adicional, ocorrido na década de 1960, foi compreender que alguns genes codi-
fi cam proteínas que controlam a atividade de outros genes.
1.6 O desenvolvimento é estudado principalmente por meio de uma seleção de 
organismos-modelo
Embora o desenvolvimento de uma ampla variedade de espécies tenha sido estudado 
em um ou outro momento, é um número relativamente pequeno de organismos que 
fornece a maior parte de nosso conhecimento no que se refere aos mecanismos do 
desenvolvimento. Podemos então considerá-los como modelos para a compreensão 
dos processos envolvidos, e eles são freqüentemente chamados de organismos-mo-
delo. Ouriços-do-mar e anfíbios foram os principais animais usados para as primeiras 
investigações experimentais no início do século XX, porque seus embriões em desen-
volvimento são fáceis de serem obtidos e, no caso da rã, sufi cientemente grandes e 
robustos para uma manipulação experimental relativamente fácil, mesmo em estágios 
bastante tardios. Entre os vertebrados, a rã X. laevis, o camundongo (Mus musculus),a 
galinha (Gallus gallus) e o zebrafi sh* (Danio rerio) são os principais organismos-modelo 
atualmente estudados. Entre os invertebrados, a mosca-da-fruta, D. melanogaster, e o 
verme nematódeo C. elegans têm sido o foco de maior interesse, já que se conhece 
muito a respeito de genética do desenvolvimento de ambos e eles também podem ser 
modifi cados geneticamente com facilidade. Com o advento dos métodos modernos de 
 * N. de R.T. No Brasil, o peixe Danio rerio, mais conhecido como zebrafi sh (em inglês), é vulgarmente chamado 
de paulistinha.
X Y
Estruturas 
primárias
Estruturas 
secundárias 
(induzidas)
tubo neural
notocorda
embrião secundário (induzido)
tubo neural
notocorda
gástrula de 
Triton cristatus
gástrula de 
Triton taeniatus
blastocele
lábio dorsal 
do blastóporo
Lábio dorsal do blastóporo de uma espécie
não-pigmentada de tritão enxertada no teto 
da blastocele de uma espécie pigmentada
Um embrião secundário é induzido
Figura 1.10 A demonstração dramática, feita por Spemann e Mangold, da indução de um 
novo eixo corporal principal pela região do organizador no início do estágio de gástrula de anfí-
bio. Um pedaço de tecido (em amarelo) do lábio dorsal do blastóporo da gástrula de um tritão (Tri-
ton cristatus) é enxertado no lado oposto da gástrula de uma outra espécie, pigmentada, de tritão 
(Triton taeniatus, em laranja). O tecido enxertado induz um novo eixo corporal contendo tubo neural 
e somitos. O tecido não-pigmentado do enxerto forma uma notocorda no seu novo sítio (ver seção 
no painel inferior), mas o tubo neural e as outras estruturas do novo eixo foram induzidas a partir 
do tecido pigmentado do receptor. A região do organizador descoberta por Spemann e Mangold é 
conhecida como organizador de Spemann.
Figura 1.11 A diferença entre genótipo 
e fenótipo. Esses gêmeos idênticos têm o 
mesmo genótipo porque um ovo fecundado 
dividiu-se em dois durante o desenvolvimen-
to. As leves diferenças na aparência dos dois 
são devidas a fatores não-genéticos, como as 
infl uências ambientais.
Fotografi a cortesia de José e Jaime Pascual.
36 • LEWIS WOLPERT & COLABORADORES
análise genética, ocorreu também o ressurgimento do interesse pelo ouriço-do-mar 
Strongylocentrotus purpuratus. Para a biologia do desenvolvimento de plantas, a brassi-
cácea A. thaliana serve como principal organismo-modelo. Os ciclos de vida e detalhes 
subjacentes a esses organismos-modelo são fornecidos em capítulos relevantes, mais 
adiante no livro.
As razões para essas escolhas são parcialmente históricas – uma vez que uma certa 
quantidade de pesquisa é feita em um animal, passa a ser mais efi ciente continuar a 
estudá-lo do que iniciar o estudo de outra espécie – e, parcialmente, uma questão de 
facilidade de estudo e interesse biológico. Cada espécie tem suas vantagens e des-
vantagens como modelo de desenvolvimento. O embrião de pinto, por exemplo, vem 
sendo há muito tempo estudado como um exemplo de desenvolvimento de vertebra-
dos, porque ovos embrionados são de fácil obtenção, o embrião suporta manipulação 
microcirúrgica experimental muito bem e pode ser cultivado fora do ovo. A desvanta-
gem, porém, era a de que pouco se sabia a respeito da genética do desenvolvimento 
do pinto. Porém, conhece-se muito a respeito da genética do camundongo, embora o 
camundongo seja mais difícil de ser estudado em alguns aspectos, pelo fato de seu de-
senvolvimento dar-se totalmente no interior da mãe. Muitas mutações no desenvolvi-
mento têm sido identifi cadas no camundongo, e ele é também passível de modifi cação 
genética mediante técnicas de transgenia. É também o melhor modelo experimental 
disponível para o estudo do desenvolvimento dos mamíferos, incluindo seres huma-
nos. O zebrafi sh é um acréscimo mais recente à seleta lista dos sistemas-modelo de 
vertebrados; esse peixe é fácil de ser criado em grande número, os embriões são trans-
parentes, de modo a permitir que as divisões celulares e movimentos tissulares sejam 
seguidos visualmente, e tem grande potencialidade para pesquisas genéticas.
O objetivo principal da biologia do desenvolvimento é entender como os genes 
controlam o desenvolvimento embrionário, e, para que isso seja feito, deve-se primei-
ro identifi car aqueles genes criticamente envolvidos no controle do desenvolvimento. 
As vias de acesso a essa meta são múltiplas, dependendo do organismo envolvido, mas 
o ponto de partida geral é a identifi cação das mutações que alteram o desenvolvimen-
to de um modo específi co e informativo, como descrito na próxima seção. As técnicas 
para identifi cação de genes que controlam o desenvolvimento e a detectação e mani-
pulação da sua expressão no organismo são descritas ao longo do livro, juntamente 
com as técnicas para manipulação genética.
Alguns dos nossos organismos-modelo são mais apropriados para a análise gené-
tica convencional do que outros. Apesar da sua importância na biologia do desenvolvi-
mento, pouca genética convencional se tem feito em X. laevis, que tem a desvantagem 
de ter um genoma tetraplóide (um genoma com quatro conjuntos de cromossomos em 
células somáticas) e um período relativamente longo de reprodução, levando de 1 a 2 
anos para atingir a maturidade sexual. Etretanto, usando a genética moderna e méto-
dos bioinformáticos, muitos genes do desenvolvimento foram identifi cados no X. laevis 
por comparação direta de seqüências de DNA com genes conhecidos de organismos 
como Drosophila e camundongo. A rã proximamente aparentada Xenopus (Silurana) tro-
picalis é um organismo muito mais atrativo para a análise genética; ela é diplóide e tam-
bém pode ser geneticamente manipulada para produzir organismos transgênicos. O 
genoma de X. tropicalis está atualmente sendo seqüenciado, o que ajudará a identifi car 
genes do desenvolvimento em X. laevis. A situação com aves foi bastante similar, mas, 
também aqui, comparações diretas de DNA com outros organismos podem ser usadas 
para identifi car genes do desenvolvimento. O seqüenciamento do DNA do genoma da 
galinha está agora completo, o que deve ser de grande ajuda na análise genética do 
desenvolvimento dessa espécie. O seqüenciamento do genoma do ouriço-do-mar S. 
purpuratus, um dos mais antigos organismos-modelo na biologia do desenvolvimento, 
está também sendo realizado. Seqüências genômicas completas já estão disponíveis há 
alguns anos para o homem, camundongo, Drosophila e Caenorhabditis.
PRINCÍPIOS DE BIOLOGIA DO DESENVOLVIMENTO • 37
Em geral, quando um gene importante do desenvolvimento é identifi cado em um 
animal, tem-se mostrado muito gratifi cante considerar se um gene correspondente 
está presente e atuando na capacidade de desenvolvimento de outros animais. Tais ge-
nes são freqüentemente identifi cados por um grau de similaridade em suas seqüências 
nucleotídicas que seja sufi ciente para indicar que eles descendem de um gene ances-
tral comum. Genes que atendem a esse critério são conhecidos como genes homólogos. 
Como veremos no Capítulo 4, esse modo de abordagem identifi cou uma classe até en-
tão insuspeita de genes de vertebrados que especifi cam o padrão regular de segmenta-
ção da cabeça à cauda, que está representado por diferentes tipos de vertebrados nas 
diferentes posições. Esses genes foram identifi cados pela sua homologia com genes 
que especifi cam as identidades dos diferentes segmentos do corpo na Drosophila.
1.7 Os primeiros genes do desenvolvimento foram identifi cados como mutações 
espontâneas
A maior parte dos organismos tratados neste livro são diplóides que se reproduzem 
sexualmente: suas células somáticas contêm duas cópias de cada gene, com exceção 
daqueles dos cromossomos sexuais. X. laevis é uma exceção, dado que é tetraplóide; 
isto é, tem quatro cópias do genoma básico nas suas células somáticas e duas cópias 
nas células germinativas. Isso significa que ele apresentará até quatro cópias de cada 
gene nas suas células somáticas, o que complica a análise genética. Em uma espécie 
diplóide, uma cópia ou alelo de cada gene é fornecida pelo genitor masculino, e outra, 
pelo genitor feminino. Para muitos genes, há vários alelos “normais” diferentes presen-
tes na população, os quais levam à variação do fenótipo normal que é observada em 
qualquer espécie que se reproduz sexualmente. Ocasionalmente, porém, uma mutação 
ocorrerá de forma espontânea em um gene e haverá uma mudança marcante, em geral 
deletéria, no fenótipo do organismo.
Muitos dos genes que afetam o desenvolvimento foram identifi cados por muta-
ções espontâneas, que afetam suas funções e produzem um fenótipo anormal. As mu-
tações são classifi cadas amplamente de acordo com seus caráteres dominante ou re-
cessivo (Fig. 1.12). Mutações dominantes e semidominantes são aquelas que produzem 
um fenótipo distintivo quando a mutação está presente em apenas um dos alelos do 
white+
white+
white–
white–
white–
white+
+
+
+
Tipo selvagemTipo selvagem
Mutação em heterozigoseMutação em heterozigose
Mutação em homozigoseMutação em homozigose
T
Mutação recessiva (p. ex., white–) Mutação semi-dominante (p. ex., Brachyury)
Normal
Cauda deformada
Letal embrionário
Normal
Normal
Olhos brancos
Genótipo GenótipoFenótipo Fenótipo
T
T
Figura 1.12 Tipos de mutações. Esquerda: 
uma mutação é recessiva quando tem um 
efeito somente no estado de homozigose, 
isto é, quando ambas as cópias do gene são 
portadoras da mutação. Direita: ao contrário, 
uma mutação dominante ou semidominante 
produz um efeito no fenótipo em estado de 
heterozigose; isto é, quando apenas uma có-
pia do gene mutante está presente. Um sinal 
positivo representa o tipo selvagem e um sinal 
negativo representa o recessivo; T é a forma 
mutante do gene Brachyury.
38 • LEWIS WOLPERT & COLABORADORES
par; isto é, este alelo exerce um efeito no estado heterozigótico. Mutações dominantes 
podem desaparecer, uma vez que são freqüentemente letais. Ao contrário, mutações 
recessivas, como as white da Drosophila, que produzem moscas com olhos brancos em 
vez dos vermelhos normais, alteram o fenótipo somente quando ambos os alelos do 
par carregam a mutação, isto é, quando eles são homozigóticos.
Em geral, mutações dominantes são mais facilmente reconhecidas, particularmen-
te se elas afetam o grosso da anatomia ou a coloração e desde que elas não causem 
a morte prematura do embrião no estado heterozigótico. Mutações verdadeiramente 
dominantes são, contudo, raras. Uma mutação no gene brachiury do camundongo é 
um exemplo clássico de uma mutação semidominante; ela foi originalmente identifi -
cada porque camundongos heterozigotos para esta mutação (simbolizada por T) têm 
caudas curtas. Quando a mutação é homozigótica, ela tem um efeito muito maior, e os 
embriões morrem em um estágio inicial, indicando que o gene é exigido para o desen-
volvimento embrionário normal (Fig. 1.13). Depois que estudos de cruzamentos confi r-
maram que o traço brachiury era devido a um único gene, o gene pôde ser mapeado em 
um sítio de um cromossomo particular por meio de técnicas clássicas de mapeamento. 
A identifi cação de mutações recessivas é mais trabalhosa, já que o heterozigoto possui 
um fenótipo idêntico ao do animal de tipo selvagem normal e um programa de cruza-
mentos cuidadosamente testados é exigido para a obtenção de homozigotos. A iden-
tifi cação de mutações recessivas potencialmente letais no desenvolvimento exige, em 
mamíferos, uma observação e uma análise meticulosa, já que os homozigotos podem 
morrer no interior da mãe sem serem notados.
Critérios muito rigorosos devem ser aplicados na identifi cação daquelas mutações 
que estão afetando um processo de desenvolvimento genuíno e não simplesmente 
afetando alguma função vital mas rotineira de manutenção (housekeeping), sem a qual 
o animal não é capaz de sobreviver. Um critério simples para a defi nição de uma muta-
ção de desenvolvimento é a letalidade embrionária, mas isso também inclui mutações 
em genes envolvidos em funções de manutenção. Mutações que produzem padrões 
anormais de desenvolvimento embrionário são candidatas muito mais promissoras a 
mutações inequívocas do desenvolvimento. Em capítulos posteriores, veremos como 
a seleção em grande escala de mutações seguindo a mutagênese provocada por subs-
tâncias químicas ou raios X identifi caram um número muito maior de genes do desen-
volvimento do que aquele que poderia ter sido descoberto com base em mutações 
espontâneas raras.
Figura 1.13 Genética da mutação semido-
minante Brachyury (T) no camundongo. Um 
macho heterozigoto portador da mutação T 
tem apenas uma cauda curta. Quando cruza-
do com uma fêmea normal (tipo selvagem, 
++), alguns dos descendentes também serão 
heterozigotos e terão caudas curtas. O cru-
zamento de dois heterozigotos resultará em 
alguns dos descendentes sendo homozigotos 
(T/T) para a mutação, produzindo uma anor-
malidade severa e letal no desenvolvimento 
na qual o mesoderme posterior não se desen-
volve.
T
+
T
T
T
+
T
+
T
+
T
+
+
+
+
+
+
+
+
+
cauda curta
Homozigose
embrionária
letal (mesoderme
posterior anormal)
PRINCÍPIOS DE BIOLOGIA DO DESENVOLVIMENTO • 39
Resumo
O estudo do desenvolvimento embrionário começou com os gregos, há mais de 2 mil anos. Aris-
tóteles lançou a idéia de que os embriões, em vez de estarem contidos completamente pré-for-
mados em miniatura no interior do ovo, teriam forma e estrutura que emergeriam gradualmente 
durante seu desenvolvimento. Essa idéia foi questionada nos séculos XVII e XVIII por aqueles que 
acreditavam na pré-formação, a idéia de que todos os embriões que já existiram ou ainda existirão 
já existem desde o começo do mundo. O surgimento da teoria celular no século XIX fi nalmente 
decidiu a questão em favor da epigênese, e foi reconhecido que o espermatozóide e o ovo eram 
simples células, apesar de altamente especializadas. Alguns dos primeiros experimentos mos-
traram que embriões de ouriço-do-mar em estágios muito iniciais eram capazes de regular-se, 
isto é, desenvolver-se normalmente mesmo se algumas células fossem removidas ou mortas. Isso 
estabeleceu o importante princípio de que o desenvolvimento deve depender, pelo menos em 
parte, da comunicação entre as células do embrião. Evidência direta da importância das intera-
ções célula-célula veio do experimento de transplante do organizador realizado por Spemann e 
Mangold em 1924, mostrando que as células da região organizadora do anfíbio podiam induzir 
um novo embrião parcial a partir do tecido do hospedeiro quando transplantadas em um outro 
embrião. A função dos genes no controle do desenvolvimento foi inteiramente apreciada somen-
te nos últimos 30 anos, e o estudo das bases genéticas do desenvolvimento tornou-se mais fácil 
em tempos recentes graças às técnicas de biologia molecular.
Um conjunto conceitual de ferramentas
O desenvolvimento em um organismo multicelular é o destino mais complicado que 
uma simples célula viva pode ter; nisso reside tanto a fascinação como o desafi o da 
biologia do desenvolvimento. Contudo, somente uns poucos princípios básicos são 
necessários para que os processos do desenvolvimento comecem a fazer sentido. O 
restante deste capítulo é devotado a introduzir esses conceitos-chave. Esses princípios 
são encontrados repetidamente ao longo do livro, quando olhamos organismos e sis-
temas de desenvolvimento diferentes, e devem ser considerados como um conjunto 
conceitual de ferramentas, essencial para iniciar um estudo do desenvolvimento.
Os genes controlam o desenvolvimento controlando onde e quando proteínas são 
sintetizadas, e muitos milhares de genes estão envolvidos. A atividade gênica estabele-
ce redesintracelulares de interações entre proteínas e genes e entre proteínas e proteí-
nas que conferem às células suas propriedades particulares. Uma dessas propriedades 
é a capacidade de comunicar-se com e responder a outras células de modos específi -
cos. São essas interações célula-célula que determinam como o embrião se desenvolve; 
o processo do desenvolvimento não pode, por conseguinte, ser atribuído à função 
de um único gene ou de uma única proteína. A quantidade de informação genética e 
molecular sobre processos de desenvolvimento é agora enorme. Neste livro, seremos 
altamente seletivos e descreveremos somente aqueles detalhes moleculares que escla-
reçam mecanismos do desenvolvimento e ilustrem princípios gerais.
1.8 O desenvolvimento envolve divisão celular, surgimento de padrão, mudança 
na forma, diferenciação celular e crescimento
O desenvolvimento é essencialmente o surgimento de estruturas organizadas, a partir 
de um grupo inicialmente muito simples de células. É conveniente distinguir cinco 
processos principais de desenvolvimento, embora, na realidade, eles se sobreponham 
e infl uenciem uns aos outros consideravelmente.
O primeiro é o processo conhecido como clivagem, que é a divisão do ovo fecun-
dado em uma grande quantidade de células menores (Fig. 1.14). Diferentemente das 
40 • LEWIS WOLPERT & COLABORADORES
divisões celulares que ocorrem durante a proliferação celular e o crescimento de um 
tecido, não ocorre aumento na massa celular entre cada divisão da clivagem. Os ciclos 
celulares durante a clivagem consistem apenas em fases de replicação do DNA, mitose 
e na divisão da célula, sem estágios intermediários de crescimento celular. Discutire-
mos os diferentes tipos de ciclo celular no Capítulo 12. O estágio da clivagem da em-
briogênese, desse modo, divide rapidamente o embrião em uma grande quantidade de 
células, cada uma contendo uma cópia do genoma.
A formação de padrão é o processo pelo qual um padrão espacial e temporal de 
atividades celulares é organizado no interior do embrião, de modo que uma estrutura 
bem ordenada se desenvolve. No desenvolvimento do braço, por exemplo, a formação 
de padrão é o processo que permite que as células “saibam” se devem fazer um braço 
ou dedos e onde os músculos devem se formar. Não existe uma estratégia ou meca-
nismo universal único de padronização; ao contrário, isso é conseguido graças a uma 
gama de mecanismos celulares e moleculares em diferentes organismos e em diferen-
tes estágios de desenvolvimento.
A formação de padrão inicialmente envolve o estabelecimento do plano corporal 
global – defi nindo os eixos principais do corpo do embrião, de modo que as extremi-
dades da cabeça (anterior) e da cauda (posterior) e as costas (lado dorsal) e o ventre 
(lado ventral) sejam especifi cados. A maior parte dos animais que serão tratados neste 
livro tem uma cabeça em um extremo e uma cauda no outro, sendo os lados direito 
e esquerdo do corpo bilateralmente simétricos, isto é, uma imagem especular um do 
outro. Nesses animais, o eixo principal do corpo é o eixo ântero-posterior, que se es-
tende da cabeça à cauda. Animais bilateralmente simétricos possuem também um eixo 
dorsoventral, indo das costas ao ventre. Uma surpreendente característica desses eixos 
é que eles formam quase sempre um ângulo reto entre si e podem, deste modo, ser 
imaginados como formadores de um sistema de coordenadas sobre o qual qualquer 
posição do corpo poderia ser especifi cada (Fig. 1.15). Em plantas, o eixo corporal prin-
cipal estende-se da extremidade em crescimento (o ápice) até as raízes e é conhecido 
como o eixo apical-basal. As plantas também têm simetria radial, com um eixo radial 
estendendo-se do centro do caule para o exterior. Mesmo antes dos eixos corporais se 
tornarem evidentes, os ovos e os embriões freqüentemente mostram uma polaridade 
nítida, a qual, nesse contexto, quer dizer que uma extremidade é diferente da outra 
na sua estrutura ou propriedades. Muitas células individuais no embrião em desenvol-
vimento também possuem polaridade, com uma extremidade da célula estrutural ou 
funcionalmente diferente da outra.
O próximo estágio na formação de padrão em embriões animais é a localização de 
células em diferentes folhetos germinativos – o ectoderme, o mesoderme e o endoder-
me (Quadro 1B, p. 41). Durante a ulterior formação de padrão, células desses folhetos 
germinativos adquirem identidades diferentes, de modo a surgirem padrões espaciais 
Figura 1.14 Micrografi a de campo claro de 
ovos de Xenopus depois de quatro divisões 
celulares. Barra de escala = 1 mm.
Fotografi a cortesia de J. Slack.
Figura 1.15 Os eixos principais de um em-
brião em processo de desenvolvimento. Os 
eixos ântero-posterior e dorsoventral são per-
pendiculares entre si, como em um sistema de 
coordenadas.
Embrião de Xenopus laevis no estágio de botão caudal
Posterior 
(cauda)
Anterior
 (cabeça)
Dorsal (costas)
Esquerda
Direita
Ventral (frente)
PRINCÍPIOS DE BIOLOGIA DO DESENVOLVIMENTO • 41
organizados de diferenciação celular, como o arranjo de pele, músculos e cartilagens 
nos membros em desenvolvimento e o arranjo de neurônios no sistema nervoso. Nos 
estágios mais iniciais de formação de padrão, diferenças entre células não são detec-
tadas facilmente e, provavelmente, consistem em diferenças sutis causadas por uma 
mudança na atividade de muito poucos genes.
O terceiro processo importante de desenvolvimento é a mudança na forma ou 
morfogênese (Capítulo 7). Os embriões sofrem notáveis mudanças em sua forma tri-
dimensional – basta olhar para as suas mãos e pés. Em certos estágios no desenvolvi-
mento, existem mudanças características e dramáticas na forma, das quais a mais sur-
preendente é a gastrulação. Quase todos os embriões animais passam pela gastrulação, 
durante a qual o intestino é formado e emerge o plano principal do corpo.
Durante a gastrulação, células do lado externo do embrião movem-se para o in-
terior e, em animais como o ouriço-do-mar, a gastrulação chega a transformar uma 
blástula esférica e oca em uma gástrula com uma perfuração transversal mediana – o 
intestino (Fig. 1.16). A morfogênese nos embriões animais pode também envolver ex-
tensa migração celular. A maior parte das células da face humana, por exemplo, são 
derivadas de células que migraram de um tecido denominado crista neural, que se 
origina no dorso do embrião.
O quarto processo do desenvolvimento que devemos considerar aqui é a dife-
renciação celular, na qual as células se tornam estrutural e funcionalmente diferentes 
umas das outras, terminando por dar origem a tipos celulares tão diferentes como os 
de células sangüíneas, musculares ou da pele. A diferenciação é um processo gradual, 
com as células muitas vezes passando por várias divisões entre o momento em que 
começam a diferenciar-se e o momento em que estão completamente diferenciadas 
(quando alguns tipos celulares param de dividir-se completamente), o que é discutido 
no Capítulo 8. No homem, o ovo fecundado dá origem a pelo menos 250 tipos celula-
res nitidamente distinguíveis.
A formação de padrão e a diferenciação celular estão intimamente inter-relacio-
nadas, como podemos notar ao considerarmos as diferenças entre braços e pernas 
Quadro 1B Folhetos germinativos
O conceito de folhetos germinativos é útil para 
distinguir entre regiões do embrião inicial que 
originam tipos completamente diferentes de 
tecidos. Aplica-se tanto a vertebrados como a 
invertebrados. Todos os animais considerados 
neste livro, exceto o celenterado Hydra, são triplo-
blásticos, com três folhetos germinativos: o endo-
derme, que origina o intestino e seus derivados, 
como o fígado e os pulmões nos vertebrados; o 
mesoderme, que origina o sistema muscular-
esquelético, tecidos conjuntivos e outros órgãos 
internos, tais como rins e coração; e o ectoderme,que origina a epiderme e o sistema nervoso. Es-
ses diferentes folhetos são especifi cados cedo no 
desenvolvimento. Os limites entre eles podem 
não ser bem-defi nidos, e existem notáveis exce-
ções. A crista neural nos vertebrados, por exem-
plo, é ectodérmica em origem, mas origina tanto 
tecido nervoso como alguns elementos esquelé-
ticos, que deveriam, normalmente, ser considera-
dos de origem mesodérmica. 
Dorsal Dorsal
Ventral Ventral
Ectoderme
Endoderme intestino, fígado, pulmões
esqueleto, músculo, rim, coração, sangue
pele, sistema nervoso cutícula, sistema nervoso
músculo, coração, sangue
intestino
Mesoderme
Vertebrados Insetos
Camadas germinativas
ÓrgãosCamadasgerminativas 
42 • LEWIS WOLPERT & COLABORADORES
humanas. Ambos os tipos de membros contêm exatamente os mesmos tipos celulares 
– de músculo, cartilagem, ossos, pele, etc. – contudo, os padrões nos quais estão or-
ganizados são nitidamente diferentes. É essencialmente a formação do padrão o que 
nos faz diferentes de elefantes e chimpanzés.
O quinto processo é o crescimento – o aumento em tamanho. De um modo geral, 
ocorre pouco crescimento durante o desenvolvimento embrionário inicial, e o padrão 
básico e a forma do embrião são estabelecidos em uma pequena escala, sempre menor 
do que uns poucos milímetros em extensão. O crescimento subseqüente pode aconte-
cer de muitos modos diferentes: multiplicação celular, aumento no tamanho celular e 
deposição de materiais extracelulares, tais como osso e concha. O crescimento pode 
também ser morfogenético, uma vez que diferenças nas taxas de crescimento entre 
órgãos ou entre partes do corpo podem gerar mudanças na forma geral do embrião 
(Fig. 1.17), como será visto em mais detalhe no Capítulo 12.
Esses cinco processos do desenvolvimento não são nem independentes uns dos 
outros nem tampouco estritamente seqüenciais. Em termos muito gerais, porém, po-
demos pensar em formação de padrão no desenvolvimento inicial especifi cando dife-
renças entre células que levam a alterações em forma, diferenciação celular e cresci-
mento. Mas, em qualquer sistema real de desenvolvimento, haverá muitos desvios e 
alterações nessa seqüência de eventos.
1.9 O comportamento celular fornece a ligação entre a ação gênica e os processos 
de desenvolvimento
A expressão gênica no interior das células leva à síntese de proteínas que especifi cam 
propriedades celulares e comportamentos particulares, que, por sua vez, determinam 
o curso do desenvolvimento embrionário. O padrão passado e corrente da atividade 
gênica confere a uma célula um certo estado ou identidade em qualquer dado mo-
mento, que é refl etido na sua organização molecular – em particular, na defi nição de 
quais proteínas estarão presentes. Como veremos, células embrionárias e sua progênie 
sofrem muitas mudanças no seu estado com o progresso do desenvolvimento. Outras 
categorias do comportamento celular que nos dirão respeito são a comunicação inter-
celular, conhecida também como sinalização célula-célula, as mudanças na forma da 
célula e movimento celular, proliferação celular e morte celular.
Mudanças de padrões de atividade gênica durante o desenvolvimento inicial são 
essenciais para a formação de padrão. Elas conferem identidades às células, que determi-
nam seu futuro comportamento e acabam por levá-las às suas defi nitivas diferenciações. 
E, como vimos no exemplo da indução pelo organizador de Spemann, a capacidade das 
células para infl uenciar o destino umas das outras por meio da produção e reposta a 
sinais é crucial para o desenvolvimento. Pelo seu movimento ou mudança na forma, as 
células geram as forças físicas que realizam a morfogênese (Fig.1.18). A curvatura de uma 
camada de células transformando-a em um tubo, como acontece em Xenopus e outros 
vertebrados durante a formação do tubo neural (ver Quadro 1A, p. 4 e 5), é o resultado 
de forças contráteis geradas por células que alteram sua forma em certas posições no 
interior da camada celular. Uma importante característica das superfícies celulares é a 
presença de proteínas adesivas, conhecidas como moléculas de adesão celular, que exer-
cem uma variedade de funções: elas mantêm as células unidas nos tecidos, capacitam as 
Figura 1.16 Gastrulação em ouriço-do-
mar. A gastrulação transforma a blástula es-
férica em uma estrutura com uma perfuração 
mediana (o intestino). O lado esquerdo do 
embrião foi removido.
boca
ânus
intestino
Semanas depois da fecundação
Mudança nas proporções
Mudança de tamanho
8 12 16 Nascimento
Figura 1.17 O embrião humano muda 
de forma à medida em que cresce. Desde 
o momento em que o plano corporal está 
bem-estabelecido (8 semanas) até o nasci-
mento, o embrião aumenta em comprimen-
to cerca de 10 vezes (painel superior), en-
quanto a proporção relativa entre a cabeça 
e o resto do corpo decresce (painel inferior). 
Como resultado, a forma do embrião muda. 
Barra de escala = 10 cm. (Segundo Moore, K. 
L.: 1983.)
PRINCÍPIOS DE BIOLOGIA DO DESENVOLVIMENTO • 43
células a perceberem a natureza da matriz extracelular circunvizinha e servem para guiar 
células migratórias, como células da crista neural de vertebrados, que deixam o tubo 
neural para formar estruturas em outras partes do corpo. Mais tarde no desenvolvimen-
to, o crescimento envolve a proliferação celular, que pode também infl uenciar a forma fi -
nal, porque partes do corpo crescem em ritmos diferentes. A morte de células, conhecida 
como morte celular programada ou apoptose, é também uma parte intrínseca ao processo 
do desenvolvimento; a morte celular em mãos e pés em desenvolvimento ajuda a formar 
os dedos a partir de uma camada contínua de tecidos. Assim, podemos descrever e ex-
planar processos de desenvolvimento em termos de como células individuais e grupos 
celulares se comportam. Como as estruturas fi nais geradas pelo desenvolvimento são 
compostas por células, explanações e descrições em nível celular podem fornecer uma 
explicação de como essas estruturas adultas são formadas.
Como o desenvolvimento pode ser entendido em um nível celular, podemos for-
mular a questão de como os genes controlam o desenvolvimento de uma forma mais 
precisa. Podemos agora perguntar como os genes estão controlando o comportamento 
celular. Os muitos modos possíveis do comportamento celular fornecem, portanto, a 
ligação entre a atividade gênica e a morfologia de um animal adulto – o resultado fi nal 
do desenvolvimento. A biologia da célula fornece os meios pelos quais o genótipo é 
traduzido no fenótipo.
1.10 Os genes controlam o comportamento celular especifi cando quais proteínas 
são produzidas
O que uma célula pode fazer é determinado em grande parte pelas proteínas nela pre-
sentes. A hemoglobina nos glóbulos vermelhos os capacita a transportarem oxigênio; 
as células musculares esqueléticas são capazes de contrair-se porque contêm estruturas 
contráteis formadas pelas proteínas miosina, actina e tropomiosina e por outras proteí-
nas musculares específi cas. Todas essas proteínas são muito especiais, ou “de luxo”, pois 
não estão comprometidas com as atividades de manutenção que são comuns a todas as 
células e as mantêm vivas e em funcionamento. As atividades de manutenção incluem a 
produção de energia e as rotas metabólicas envolvidas na quebra e na síntese de molécu-
las necessárias para a vida da célula. Embora existam variações qualitativas e quantitati-
vas nas proteínas de manutenção nas diferentes células, elas não possuem funções rele-
vantes no desenvolvimento. No desenvolvimento, estamos interessados, principalmente, 
nas proteínas “de luxo” ou tecido-específi cas, que fazem as células diferentes entre si.
Os genes controlam o desenvolvimento principalmente especifi cando quais proteí-
nas são produzidas, emque células e quando. Nesse sentido, eles são participantes pas-
sivos no desenvolvimento, comparados com as proteínas que eles codifi cam, as quais 
são os agentes que diretamente determinam o comportamento celular, inclusive quais 
genes devem ser expressos. Para produzir uma proteína específi ca, seu gene deve ser 
ativado e transcrito em um RNA mensageiro (mRNA); o mRNA deve, a seguir, ser traduzido 
em proteína. Esses dois processos estão sob várias camadas de controle, e a tradução 
não segue automaticamente a transcrição. A Fig. 1.19 mostra as principais etapas da ex-
pressão gênica nas quais a produção de uma proteína pode ser controlada. Por exemplo, 
o mRNA pode ser degradado antes que ele possa ser exportado do núcleo. Mesmo que 
ele chegue ao citoplasma, sua tradução pode ser inibida lá. Nos ovos de muitos animais, 
o mRNA pré-formado é impedido de ser traduzido até depois da fecundação. Um outro 
fator que determina quais proteínas são produzidas é o processamento do RNA. Os trans-
critos primários de RNA de muitos genes nos eucariotos podem ser unidos de diferentes 
modos, originando dois ou mais mRNAs diferentes; assim, um único gene pode ser capaz 
de produzir várias proteínas diferentes com propriedades distintas.
Mesmo que um gene tenha sido transcrito e o mRNA traduzido, a proteína pode 
ainda não ser capaz de funcionar. Muitas proteínas recém-sintetizadas exigem ulterior 
modifi cação pós-traducional para que elas adquiram atividade biológica. Modifi cações 
pós-traducionais reversíveis, como a fosforilação, podem também alterar signifi cati-
contração 
localizada
Figura 1.18 A contração localizada de 
determinadas células pode provocar o do-
bramento de toda uma camada celular. A 
contração de uma fi leira de células na sua 
região apical devida à contração de elementos 
do citoesqueleto causa a formação de um sul-
co em uma camada de epiderme.
44 • LEWIS WOLPERT & COLABORADORES
vamente a função protéica. O processamento (splicing) alternativo* do RNA e a modi-
fi cação pós-traducional juntas signifi cam que o número de proteínas funcionalmente 
diferentes que podem ser produzidas é consideravelmente maior do que o indicado 
pelo número de genes que codifi cam proteínas – talvez até 10 vezes maior.
Alguns genes, como aqueles de RNAs ribossômicos (rRNAs) e RNAs transportado-
res (tRNAs), não codifi cam proteínas; nesse caso, os RNAs são, eles próprios, os produ-
tos fi nais. Uma categoria de genes recentemente descoberta é aquela dos microRNAs 
(miRNA), pequenas moléculas de RNA que inibem a tradução de mRNAs específi cos 
(ver Capítulo 5, Quadro 5B, p. 197). Sabe-se que alguns microRNAs estão envolvidos na 
regulação gênica no desenvolvimento.
Uma questão intrigante é a de quantos genes do genoma total são genes do desen-
volvimento – isto é, genes especifi camente exigidos para o desenvolvimento embrioná-
rio. Isso não é uma estimativa fácil de ser feita. Em uns poucos casos, particularmente 
bem-estudados, temos estimativas grosseiras do número mínimo de genes envolvidos 
em um determinado aspecto do desenvolvimento. No desenvolvimento inicial de Dro-
sophila, pelo menos 60 genes estão envolvidos diretamente na formação de padrão até 
o momento em que o embrião é dividido em segmentos. No Caenorhabditis, 50 genes, 
pelo menos, são necessários para especifi car uma pequena estrutura reprodutiva co-
nhecida como vulva. Esses são números insignifi cantes se comparados aos milhares de 
genes que estão ativos ao mesmo tempo; alguns destes são essenciais para o desenvol-
vimento, uma vez que eles são necessários para a manutenção da vida, mas fornecem 
pouca ou nenhuma informação que infl uencie o curso do desenvolvimento. Estudos 
recentes têm mostrado que muitos genes mudam sua atividade durante o desenvolvi-
mento e, como o número total de genes no nematódeo e na Drosophila é em torno de 
19.000 e 20.000, respectivamente, o número total de genes envolvidos no desenvol-
vimento é de muitos milhares. Uma análise sistemática de cerca de 90% dos genes do 
nematódeo mostrou que 1.722, pelo menos, estavam envolvidos no desenvolvimento.
Genes do desenvolvimento tipicamente codifi cam proteínas envolvidas na regulação 
do comportamento celular – receptores, fatores de crescimento, proteínas de sinalização 
intracelular e proteínas de regulação gênica. Muitos desses genes, especialmente aque-
les de receptores e moléculas de sinalização, são usados ao longo de toda a vida de um 
organismo, mas outros são ativos somente durante o desenvolvimento embrionário.
1.11 A expressão dos genes do desenvolvimento está sob o controle de regiões 
controladoras complexas
Todas as células somáticas de um embrião são derivadas do ovo fecundado por su-
cessivos ciclos de divisões celulares mitóticas. Assim, com raras exceções, todas elas 
 * N. de R.T. A expressão alternative splicing, correspondente à etapa de modifi cação pós-transcricional do 
pré-RNA na qual há utilização alternativa de íntrons e/ou éxons no RNA maduro, foi aqui substituída por 
processamento alternativo. Para deixar claro que processamento aqui corresponde efetivamente à etapa de 
splicing, o termo em inglês foi mantido entre parênteses.
DNA
DNA
Regiões controladoras
Região codificadora
Núcleo
membrana
nuclear
Citoplasma
transcrição
 
1
2
3
4
5
processamento
transporte
tradução
modificação
mRNA
proteína
ribossomo
carboidrato
região
promotora
região 
reforçadora
Figura 1.19 Expressão gênica e síntese protéica. Um gene que codifi ca uma proteína é formado 
por um segmento de DNA que contém uma região codifi cadora, a qual contém as intruções para 
a produção da proteína, e regiões controladoras adjacentes – regiões promotoras e reforçadoras – 
através das quais o gene é ativado ou inativado. A região promotora é o sítio onde a RNA-polimerase 
se liga para iniciar a transcrição. As regiões reforçadoras podem estar a uma distância de milhares 
de pares de bases do promotor. A transcrição do gene em RNA (1) pode ser tanto estimulada como 
inibida por fatores de transcrição que se ligam ao promotor e a regiões reforçadoras. O RNA formado 
pela transcrição sofre splicing para a remoção dos íntrons (em amarelo) durante o seu processamento 
no interior do núcleo (2) e produz o RNA que é exportado para o citoplasma (3) para ser traduzido em 
proteína pelos ribossomos (4). O controle da expressão gênica e da síntese protéica ocorre principal-
mente em nível de transcrição, mas pode também ocorrer em estágios posteriores. Por exemplo, o 
mRNA pode ser degradado antes de ser traduzido. Se ele não é traduzido imediatamente, ele pode ser 
armazenado em uma forma inativa no citoplasma para tradução em algum estágio posterior. Algumas 
proteínas necessitam de modifi cação pós-traducional (5) para se tornarem biologicamente ativas.
PRINCÍPIOS DE BIOLOGIA DO DESENVOLVIMENTO • 45
contêm idêntica informação genética, a mesma do zigoto. As diferenças entre células 
devem, portanto, ser geradas por diferenças na atividade gênica que leva à síntese de 
diferentes proteínas. Expressar ou silenciar os genes corretos nas células corretas, no 
momento apropriado, torna-se, portanto, uma questão central no desenvolvimento. 
Os genes não fornecem um projeto arquitetônico para o desenvolvimento, mas sim 
um conjunto de instruções. Os elementos-chave na regulação da leitura fi nal dessas 
instruções são as regiões de controle localizadas adjacentemente à maior parte dos 
genes “de luxo” e dos genes do desenvolvimento. Essas regiões são infl uenciadas por 
proteínas reguladoras de genes, ou fatores de transcrição, que ativam ou inativam genes, 
respectivamente ativando ou reprimindo a transcrição. Algumas proteínas reguladoras 
de genes atuam ligando-se diretamente às regiões de controle (ver Fig.1.19), enquanto 
outras interagem com fatores de transcrição já ligadosao DNA.
Genes do desenvolvimento são altamente regulados para assegurar que eles se ex-
pressem somente no momento e local corretos no desenvolvimento. Essa é uma carac-
terística fundamental do desenvolvimento. Para permitir isso, eles geralmente possuem 
amplas e complexas regiões de controle, formadas por um ou mais módulos regulado-
res, conhecidos como módulos cis-reguladores (o “cis” refere-se ao fato de que o módulo 
regulador está na mesma molécula de DNA que o gene que ele controla). Cada módulo 
possui múltiplos sítios de ligação para diferentes fatores de transcrição, e a combinação 
de fatores que se liga determina se o gene é expresso ou silenciado. Em média, um mó-
dulo terá sítios de ligação para 4 a 8 diferentes fatores de transcrição.
Diferentes genes podem ter o mesmo módulo de controle, o que geralmente sig-
nifi ca que eles serão expressos juntos, ou genes diferentes podem ter módulos que 
contêm alguns, mas não todos os sítios de ligação em comum, introduzindo diferenças 
sutis no momento ou na localização da expressão. Um gene com mais de um módulo 
regulador pode expressar-se em momentos e locais diferentes durante o desenvolvi-
mento, dependendo de que módulo predomina em um dado momento no controle da 
expressão gênica. Assim, os genes de um organismo estão ligados em complexas redes 
independentes de expressão por meio de seus módulos de regulação e das proteínas 
que se ligam a eles. Exemplos comuns de tal regulação são os circuitos de retroalimen-
tação (feedback) positivos e de retroalimentação (feedback) negativos, nos quais um fator 
de transcrição promove ou reprime, respectivamente, a expressão de um gene cujo 
produto mantém a expressão daquele mesmo gene (Fig. 1.20). De fato, a rede de inte-
rações entre os módulos reguladores gênicos, que foi descrita para o desenvolvimento 
inicial do ouriço-do-mar, é bastante desconcertante a uma primeira ou mesmo segunda 
vista, como veremos no Capítulo 5.
Como todas as etapas-chave do desenvolvimento refl etem mudanças na atividade 
gênica, podemos ser tentados a pensar no desenvolvimento simplesmente em termos 
de mecanismos de controle da expressão gênica. Mas isso seria altamente enganoso. 
A expressão gênica é apenas a primeira etapa em uma cascata de processos celulares 
que levam, via síntese protéica, a mudanças no comportamento celular e, desse modo, 
dirigem o curso do desenvolvimento embrionário. Pensar apenas em termos de genes 
é ignorar aspectos cruciais da biologia celular, como a mudança da forma da célula, que 
podem ser iniciados em diferentes etapas independentemente da atividade gênica. De 
fato, há muito poucos casos em que a seqüência completa de eventos desde a expres-
são gênica até a alteração do comportamento celular foi resolvida. A rota que leva da 
atividade gênica a uma estrutura como a mão de cinco dedos pode ser tortuosa.
1.12 O desenvolvimento é progressivo, e o destino das células torna-se 
determinado em momentos diferentes
Com o avanço do desenvolvimento embrionário, a complexidade organizacional do em-
brião torna-se enormemente aumentada em relação àquela do ovo fecundado. Muitos 
tipos diferentes de células são formados, padrões espaciais emergem e há alterações im-
portantes de forma. Tudo isso acontece mais ou menos gradualmente, dependendo do 
Retroalimentação positiva
gene 1
Ativador
gene 2
Retroalimentação negativa
gene 3
Ativador
gene 4
Figura 1.20 Circuitos genéticos simples de 
retroalimentação (feedback). Parte superior: 
o gene 1 é ativado por um fator de transcrição 
(verde); a proteína que ele produz (vermelho) 
ativa o gene 2. O produto protéico do gene 
2 (azul), além de agir sobre alvos adicionais, 
também ativa o gene 1, formando um circuito 
de retroalimentação positivo que manterá os 
genes 1 e 2 ativados mesmo na ausência do 
ativador original. Parte inferior: quando o pro-
duto do gene no fi nal da rota inibe o primeiro 
gene, forma-se circuito de retroalimentação 
negativo. As setas indicam ativação; linhas 
barradas indicam inibição.
46 • LEWIS WOLPERT & COLABORADORES
organismo em questão. Porém, em geral, o embrião é primeiramente dividido em algu-
mas poucas regiões amplas, como os futuros folhetos germinativos (mesoderme, ectoder-
me e endoderme). Subseqüentemente, as células nessas regiões têm seus destinos cada 
vez mais fi namente determinados. O mesoderme, por exemplo, torna-se diferenciado em 
células musculares, células cartilaginosas, células ósseas, nos fi broblastos do tecido con-
juntivo e em células da derme da pele. A determinação implica uma mudança estável no 
estado interno de uma célula, assumindo-se que uma alteração no padrão da atividade 
gênica é a etapa inicial, que leva a uma mudança nas proteínas produzidas na célula.
É importante entender claramente a distinção entre o destino normal de uma cé-
lula em qualquer estágio normal em particular e o seu estado de determinação. O 
destino de um grupo de células descreve meramente aquilo no que elas em geral se de-
senvolverão. Marcando células de um embrião inicial, pode-se descobrir, por exemplo, 
quais células ectodérmicas originarão normalmente o sistema nervoso e, destas, quais 
originarão especifi camente a retina. Porém, isso de nenhum modo implica que estas 
células possam desenvolver-se somente em retina ou que já estejam comprometidas 
ou determinadas na sua formação.
Um grupo de células é dito especifi cado se, quando isoladas e cultivadas em um 
ambiente neutro de um meio de cultura simples, longe do embrião, desenvolvem-se 
mais ou menos de acordo com seu destino normal (Fig. 1.21). Por exemplo, as células 
do pólo animal de uma blástula de anfíbio (ver Quadro 1A, pp. 30 e 31) são especifi ca-
das para formar ectoderme e formarão epiderme quando isoladas. Células que estão 
especifi cadas nesse sentido técnico ainda não estão necessariamente determinadas, 
pois infl uências provenientes de outras células podem mudar seu destino normal; se 
tecido do pólo animal é posto em contato com células do pólo vegetal, o tecido do pólo 
animal formará mesoderme em vez de epiderme. Em estágio mais tardio do desenvol-
vimento, porém, as células da região animal tornam-se determinadas como ectoderme 
e seu destino não pode mais ser mudado. Testes para a especifi cação pressupõem que 
o meio de cultivo do tecido em um ambiente neutro não possui sinais indutores de 
espécie alguma, algo que é muitas vezes difícil de ser conseguido.
O estado de determinação das células em qualquer estágio do desenvolvimento 
pode ser demonstrado por experimentos de transplante. No estágio de blástula do em-
brião de anfíbio, pode-se enxertar células ectodérmicas que originarão o olho na lateral 
do corpo e mostrar que as células se desenvolvem de acordo com a sua nova posição, 
Mapa de 
destino
Destino normal
Tecido 
diferenciado
Região A
Região B
região marcada transplantada região marcada transplantada
Região B não-determinada Região B determinada Região B especificada
Figura 1.21 A distinção entre destino, de-
terminação e especifi cação celulares. Neste 
sistema idealizado, as regiões A e B diferen-
ciam-se em dois diferentes tipos de célula, 
representados como hexágonos e quadrados. 
O mapa de destino (primeiro painel) mostra 
como elas normalmente se desenvolveriam. 
Se células da região B são enxertadas na re-
gião A e então se desenvolvem como células 
do tipo A é porque o destino da região B ainda 
não havia sido determinado (segundo painel). 
Em contrapartida, se as células da região B já 
estão determinadas quando são enxertadas 
na região A, elas se desenvolverão como célu-
las B (terceiro painel). Mesmo que as células B 
não estejam determinadas, elas podem estar 
especifi cadas, de modo que elas formarão cé-
lulas B quando cultivadas isoladas do restante 
do embrião (quarto painel).
PRINCÍPIOS DE BIOLOGIA DO DESENVOLVIMENTO