Desenvolvimento embrionário em ouriços do mar

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO MATO GROSSO 
Campus Universitário de Rondonópolis 
 
 
 
Maria Isabela Arruda Santana, Paulo Henrique Hilário Filho. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ASPECTOS DO DESENVOLVIMENTO 
EMBRIONÁRIO NA SUBCLASSE 
Euechinoidea 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2018 
 
 
 
 
INTRODUÇÃO 
 
 
 Considerando informações de Richard C. Brusca e Gary J. Brusca (2007), o Filo 
Echinodermata, engloba as principais espécies de animais mais comuns encontrados nas praias, neste 
filo possuem cerca de 20.000 espécies sendo 7.000 marinhas e 13.000 conhecidas devido aos registros 
fósseis do Cambriano inferior, dentre estas podemos citar como exemplo, os ouriços do mar, bolachas 
da praia e pepinos do mar. O tamanho dos equinodermos variam, e estes são estritamente marinhos, 
mas algumas espécies também podem viver em água salobra, a sua resistência a água doce pode ser 
explicada tanto pela ausência de estruturas osmorreguladoras e excretoras, quanto também pela sua 
respiração cutânea. São animais bentônicos, e podem realizar importantes papéis no ecossistema 
marinho, como predadores e também como consumidores de algas. A principal característica 
distintiva desse filo é o seu endoesqueleto composto de ossículos calcários e simetria radia pentâmera, 
essa simetria permite que o animal se divida em 5 partes a partir de um eixo central. 
 Uma das classes desse filo é a Classe Echinoidea, em que são agrupados os ouriços e bolachas 
do mar, estes possuem o corpo globoso ou em forma de disco com placas esqueléticas unidas por uma 
matriz de colágeno e interdigitações de calcita, formando uma carapaça rígida ou testa, e é por causa 
dos diferentes formatos dessa carapaça que essa classe possui duas subclasses, a Cidaroidea e 
Euechinoidea, a segunda é onde estão classificados os ouriços do mar. 
 Segundo Wolpert (1998) os ouriços do mar são de extrema importância para a Embriologia e 
Biologia do Desenvolvimento, em decorrência da transparência e da fácil manipulação dos seus 
embriões. O conhecimento do desenvolvimento embrionário é de extrema importância por permitir 
um melhor estudo da biologia e sistemática da espécie e também da sua linhagem (TATAJE, 2004). 
 Levando em conta a importância citada, este presente trabalho visa descrever o 
desenvolvimento embrionário do ouriço do mar, enfocando no desenvolvimento da larva, já que a sua 
metamorfose adulta é complexa e pouco descrita na literatura. 
 
 
DESENVOLVIMENTO EMBRIONÁRIO 
 
 O desenvolvimento embrionário de uma determinada espécie passa por processos sucessivos, 
que resultam no indivíduo, estas fases são: 
 
 
 
 
Gametogênese 
 Os ouriços do mar são indivíduos dióicos, possuindo sexo masculino e feminino em 
organismos diferentes, ou seja, cada indivíduo possui ou gônoda feminina ou gônoda masculina. As 
gônodas do ouriço do mar são estruturas em forma de saco, fusionadas sustentadas por um mesentério, 
estão localizadas na superfície interna do celoma (MACHADO, 2007). A parede da gônoda é 
formada por quatro camadas: Peritôneo, Tecido Conetivo, Tecido Muscular e Epitélio Germinal que 
envolve o lúmen, este por sua vez é um espaço interno ou cavidade dentro de uma estrutura com 
formato de tubo. 
 O ciclo gametogênico inicia-se com a multiplicação e diferenciação das células percursoras 
de gametas, em seguida ocorre o acumulo e liberação dos gametas maduros, e então entra-se em um 
período de recessão da atividade gônodal, neste ultimo periodo os gametas residuais ou 
remanescentes são reabsorvidos. 
 É no epitélio germinal, a camada mais interna em que estão presentes a gônias (oogônias e 
espermatogônias), que por sua vez são as células germinativas que desenvolvem espermatozoides e 
ovócitos, e as células não germinativas denominadas fagócitos nutritivos, estas atuam na fagocitose 
de gametas residuais ou remanescentes. Conforme Tavares (2004), a produção de ovócitos e 
espermatozoides ocorre da seguinte maneira: 
“ As oogônias transformam-se em ovócitos primários (pré-vitelogênicos) 
ainda junto ao epitélio germinal. A partir dessa fase inicia-se gradualmente o 
crescimento celular, quando então pode ser visualizado um grande e conspícuo 
núcleo que ao completar seu desenvolvimento denomina-se vesícula germinal. O 
gameta feminino assume a forma típica de ovócito vitelogênico. Durante a 
vitelogênese a presença de interdigitações e microvilosidades unindo os gametas 
e os fagócitos nutritivos garantem a transferência de nutrientes por difusão ou 
pinocitose. 
 As espermatogônias durante a espermiogênese transformam-se em 
espermatócitos, onde ocorre síntese de proteína e de glicogênio provavelmente 
para o aumento do citoplasma celular. Os espermatócitos diferenciam-se e 
acumulam-se entre os fagócitos nutritivos formando camadas e colunas 
empilhadas. A meiose inicia-se entre os espermatócitos primários próximos ao 
lúmen gonadal. Os espermatozóides acumulam-se e são estocados até a emissão 
dos gametas.” 
 
 
 
 
Reprodução e Fertilização 
 
 A reprodução é sexuada, vai desde a liberação de gametas na água, seguida de fertilização 
externa e desenvolvimento indireto até várias formas de incubação e desenvolvimento direto. 
Precedendo a fertilização deve ocorrer um reconhecimento entre óvulo e espermatozoide, já que estes 
são liberados no ambiente. 
 Para que o reconhecimento ocorra e não haja casos de espécies fecundando óvulos de outras 
espécies, dois mecanismos agem a atração a e ativação espécie-específica do espermatozóide. A 
atração ocorre por quimiotaxia, os óvulos não somente secretam o fator quimiotático que no ouriço é 
a bindina mas também controlam o período em que vai ser liberado. 
 Nos ouriços do mar, quem realiza essa função é um peptídeo (Resact) composto de 14 
aminoácidos, que foi isolado em, pelo menos, mais de 70 espécies de ouriços, Resact difunde 
facilmente na água do mar e tem um profundo efeito quando adicionado a uma suspensão de 
espermatozoide , mesmo em concentração muito baixa. Quando uma gota de água do mar, contendo 
espermatozoide de um desses ouriços, é colocada em uma lâmina de microscópio, o espermatozoide 
geralmente nada em círculos de aproximadamente 50 cm de diâmetro. Se uma quantidade mínima de 
resact for introduzida na gota, em segundos o esperma migra para a região da injeção e ali se congrega. 
À medida que o resact continua a difundir-se, mais espermatozoide é recrutado para dentro do 
crescente agrupamento, ele é específico para e não atrai espermatozoide de outras espécies. O 
espermatozoide liga resact a receptores na sua membrana celular e pode nadar através de um gradiente 
crescente de concentração desse composto até alcançar o óvulo. Resact também age como um 
peptídio ativador de espermatozoide. Esses peptídios, causam aumentos imediatos da motilidade 
espermática e do consumo de oxigênio. O receptor para resact é uma proteína transmembrana, quando 
ela liga o resact ao lado externo da célula, resact causa uma mudança conformacional que ativa a 
atividade de guanidil ciclase no lado citoplasmático. Isso aumenta a concentração de GMP cíclico do 
óvulo, que parece ativar a ATPase da dineína estimulando a agitação da cauda no espermatozoide 
(Hardy et al., 1994). 
 Uma segunda interação entre espermatozoide e óvulo envolve a ativação do espermatozoide 
pela geléia do óvulo. Na maioria dos invertebrados marinhos, essa reação acrossômica tem dois 
componentes: a fusão da vesícula acrossômica com a membrana plasmática do espermatozóide (uma 
exocitose que resulta na liberação dos componentes da vesícula acrossômica) e a extensão do 
processo acrossômico.A reação acrossômica pode ser iniciada pela geléia do óvulo solubilizada, pela 
geléia que envolve o óvulo, ou mesmo em certas espécies, pelo contato com o próprio óvulo. Também 
pode ser ativada artificialmente pelo aumento da concentração de cálcio na água do mar. 
 Em ouriços-do-mar, o contato com a geléia do óvulo causa a exocitose da vesícula 
acrossômica e a liberação de enzimas digestoras de proteínas que podem digerir um caminho através 
da geléia de revestimento até a superfície do óvulo. A reação acrossômica é considerada ser iniciada 
por um oligossacarídeo ligado a uma proteína na geléia do óvulo que permite a entrada de cálcio na 
cabeça do espermatozóide. A exocitose da vesícula acrossômica é causada por uma fusão, mediada 
pelo cálcio, da membrana acrossômica com a membrana plasmática adjacente do espermatozóide . 
Essa exocitose permite que a vesícula acrossômica libere seu conteúdo na cabeça do espermatozóide. 
A segunda parte da reação acrossômica envolve a extensão do processo acrossômico. A exposição do 
espermatozóide do ouriço-do-mar à geléia do óvulo também ocasiona a rápida utilização de ATP e 
um aumento de 50% da respiração mitocondrial. A energia gerada é usada primordialmente para 
motilidade flagelar. Os fatores da geléia do óvulo que iniciam a reação acrossômica em ouriços-do-
mar são muitas vezes muito específicos. Os espermatozoides dos ouriços-do-mar Arbacia punctulata 
e Strongylocentrotus drobachiensis reagem somente com a geléia de seus próprios óvulos. No entanto, 
o espermatozóide de S. purpuratus também pode ser ativado pela geléia de Lytechinus variegatus 
(mas não de A. punctulata) (Summers e Hylander, 1975). Portanto, a geléia do óvulo pode prover 
reconhecimento espécie-específico em algumas espécies, mas não em outras. 
 
 Após a atração espécie-especifica e a reação acrossômica a fertilização pode ocorrer, e no ovo 
do ouriço-do-mar, ela conta com alguns eventos específicos: 
Tabela 1- Eventos da fecundação e tempo estimado de ocorrência após a ligação espermatozoide-óvulo(ADAPTADA). 
FONTE: LIVRO - BIOLOGIA DO DESENVOLVIMENTO (2018) 
 
• Ligação espermatozoide-óvulo 
 O reconhecimento do espermatozoide é seguido pela lise da porção do envoltório ou zona na 
região da cabeça do espermatozoide. Essa lise é seguida pela fusão da membrana espermática com a 
membrana do óvulo. Na entrada do espermatozoide no óvulo do ouriço-do-mar a superfície do óvulo 
está coberta de pequenas microvilosidades; a fusão espermatozoide-óvulo causa a polimerização da 
actina e a extensão de várias microvilosidades para formar o cone de fertilização. Após a junção, 
pode-se encontrar material do espermatozoide na membrana do óvulo. O núcleo e a cauda do 
espermatozoide passam pelo citoplasma, por uma ponte que formada e alargada pela polimerização 
da actina. No ouriço-do-mar, todas as regiões do óvulo são capazes de se fundir com o 
espermatozoide; em várias outras espécies, existem regiões especializadas na membrana para o 
reconhecimento e fusão com o espermatozoide. 
 
• Bloqueio Rápido da Poliespermia 
 Assim que um espermatozoide tiver penetrado o óvulo, a capacidade de fusão da membrana 
do óvulo, que fora tão necessária para conseguir a penetração, torna-se um risco. A entrada de 
múltiplos espermatozoides – polispermia – conduz às consequências ruins na maioria dos organismos. 
No ouriço-do-mar, a fertilização por dois espermatozoides resulta em um núcleo triplóide, no qual 
cada cromossomo está representado três vezes, como o centríolo se divide para formar os dois pólos 
do aparelho mitótico, aqui, em vez de um fuso mitótico bipolar separar os cromossomos em duas 
células, os cromossomos triplóides se dividiriam em quatro células. Como não há mecanismos para 
assegurar que cada uma das quatro células receba o número e o tipo apropriado de cromossomos, 
esses serão distribuídos de maneira desigual. Algumas células receberiam cópias extras de certos 
cromossomos e outras células não os teriam, essas células ou morreriam ou se desenvolveriam 
anormalmente. As espécies desenvolveram maneiras de prevenir a união de mais de dois núcleos 
haplóides. A mais comum é a de impedir a entrada de mais de um espermatozoide no óvulo. O óvulo 
do ouriço-do-mar tem dois mecanismos que evitam a polispermia: uma reação rápida e uma reação 
mais lenta. 
 No bloqueio rápido da poliespermia é conseguido pela mudança do potencial elétrico da 
membrana do óvulo. Essa provê uma barreira seletiva entre o citoplasma e o ambiente exterior; a 
concentração iônica do óvulo difere muito daquela do ambiente, uma diferença especialmente 
pronunciada para os íons de sódio e potássio. A água do mar tem uma alta concentração do íon sódio, 
ao passo que o citoplasma do óvulo tem relativamente pouco sódio. O oposto acontece com os íons 
potássio. Essa condição é mantida pela membrana celular, que constantemente inibe a entrada de 
sódio no oócito e impede o escoamento de íons de potássio para o ambiente. O potencial de repouso 
da membrana é geralmente cerca de -70 mV (interior da célula está carregado negativamente em 
relação ao exterior). Dentro de segundos após a ligação do primeiro espermatozoide, o potencial da 
membrana muda para um nível positivo . Um pequeno influxo de íons de sódio no óvulo é permitido, 
trazendo a diferença de potencial para +20 mV. Embora o espermatozoide possa se fundir com 
membranas tendo um potencial de –70 mV, não pode se fundir com membranas com um potencial de 
repouso positivo. Após o bloqueio rápido da poliespermia ocorre a fusão das membranas 
espermatozoides-óvulo. 
 
• Aumento no nível de cálcio 
 O mecanismo da reação dos grânulos corticais é semelhante com a da reação acrossômica. 
Após a fertilização, a concentração intracelular de cálcio do ovo aumenta muito. Nessas 
concentrações, as membranas corticais se fundem com as do ovo, causando exocitose de seu conteúdo. 
Após a fusão dos grânulos corticais ao redor do ponto de entrada do espermatozoide, uma onda de 
exocitose se propaga ao redor do corte até o lado oposto do ovo. Os íons de cálcio não se difundem 
simplesmente através do óvulo a partir do ponto da entrada do espermatozoide, a liberação de cálcio 
inicia-se de um lado da célula e termina do outro. A total liberação de íons de cálcio é completada; os 
íons livres de cálcio são re-sequestrados pouco após sua liberação. Vários experimentos 
demonstraram que íons de cálcio são responsáveis diretos pela propagação da reação cortical e que 
são armazenados dentro do próprio óvulo. Estudos posteriores mostraram que o íon de cálcio inicia 
reações granulares corticais quando injetado em ovos de ouriço do mar, camundongo e rã. Os íons de 
cálcio internos são armazenados no retículo endoplasmático do óvulo. Uma vez iniciada, a liberação 
de cálcio é autopropagada. Cálcio livre é capaz de liberar cálcio sequestrado de seus locais de 
armazenamento, causando assim uma onda libertadora do íon cálcio e exocitose granular cortical. 
 
• Bloqueio lento da poliespermia 
 O bloqueio rápido é transitório, o potencial de membrana do óvulo do ouriço-do-mar somente 
permanece positivo por cerca de um minuto. Essa curta mudança de potencial não é suficiente para 
prevenir a polispermia de maneira permanente. A polispermia ainda pode ocorrer se os 
espermatozoides ligados ao envoltório vitelínico não forem removidos de alguma maneira. Essa 
remoção é conseguida pela reação dos grânulos corticais, um bloqueio mecânico mais lento da 
polispermia que se torna ativo cerca de 1 minuto após a primeira ligação bem sucedida 
espermatozoide-óvulo. 
 Diretamente abaixo da membrana do óvulo do ouriço-do-mar existem 15.000 grânulos 
corticais. Com a entrada do espermatozoide, esses grânulos sefundem com a membrana plasmática 
do óvulo, liberando seu conteúdo para o espaço entre a membrana e a esteira fibrosa das proteínas do 
envoltório vitelínico. Há várias proteínas associadas com esse processo de exocitose de grânulos 
corticais. As primeiras são proteases. Essas enzimas dissolvem os postos vitelínicos que conectam as 
proteínas do envoltório vitelínico à membrana celular, secionando o receptor de bindina e todo 
espermatozóide a ele ligado. Outras proteínas, mucopolissacarídeos liberados dos grânulos, 
produzem um gradiente osmótico que permite a entrada da água no espaço entre a membrana celular 
e o envoltório e, dessa forma, o envoltório vitelínico se expande e passa a ser chamado de envoltório 
de fertilização. Uma terceira proteína, produto dos grânulos corticais, uma peroxidase, enrijece o 
envoltório de fertilização através de ligações cruzadas entre resíduos de tirosina em proteínas 
adjacentes, o envoltório de fertilização começa a se formar no local da entrada do espermatozóide e 
continua sua expansão ao redor do óvulo. À medida que esse envoltório se forma, os espermatozóides 
são liberados. Finalmente, uma quarta proteína granular, a hialina, forma uma capa em volta do óvulo. 
A célula estende microvilosidades alongadas cujas extremidades se ligam a essa camada hialina, que 
fornece apoio para os blastômeros durante a clivagem. 
 
• Ativação do metabolismo do óvulo 
 
 Embora a fertilização seja descrita como mero meio de junção de dois núcleos haplóides, ela 
tem um papel igualmente importante na iniciação de processos que iniciam o desenvolvimento. Esses 
eventos acontecem no citoplasma e ocorrem sem o envolvimento dos núcleos. O óvulo do ouriço-do-
mar maduro é uma célula metabolicamente lenta, reativada pelo espermatozoide. Essa ativação é 
apenas o estímulo; aciona um conjunto de eventos metabólicos pré-programados. As respostas do 
óvulo ao espermatozoide podem ser divididas em “precoces” que ocorrem em poucos segundos após 
a reação cortical e “tardias” que acontecem vários minutos após o inicio da fertilização. 
Respostas precoces: O contato entre o espermatozóide do ouriço-do-mar ativa dois principais 
bloqueios à polispermia: o bloqueio rápido, iniciado pelo influxo de sódio na célula, e o bloqueio 
lento, iniciado pela liberação intracelular de íons de cálcio. 
 Essa liberação de cálcio é essencial para a ativação do desenvolvimento do embrião. Testes 
mostram que óvulos podem ser ativados artificialmente na ausência de espermatozoide por 
procedimentos que liberam cálcio livre no oócito. 
 A elevação do envoltório de fertilização, o aumento do pH intracelular, o surto de utilização 
de oxigênio e o aumento da síntese de proteína e DNA são todos gerados com sua sequência própria. 
Essa ativação acontece na ausência total de íons de cálcio na água do mar. Na maioria desses casos, 
o desenvolvimento cessa antes da primeira mitose porque os ovos ainda são haplóides e desprovidos 
do centríolo espermático necessário para a divisão. Essa liberação de cálcio ativa uma série de reações 
metabólicas, uma delas é a ativação da enzima NAD+ quinase, que converte o NAD+em NADP+. 
Essa mudança pode ter importantes consequências para o metabolismo lipídico, pois NADP+ (mas 
não o NAD+) pode ser utilizado como coenzima para biossíntese lipídica. Assim, a mudança de 
NAD+em NADP+ pode ser importante na construção de novas membranas exigidas durante a 
clivagem. Outro efeito dessa mudança se refere ao consumo de oxigênio. Um surto de redução de 
oxigênio é visto ocorrer durante a fertilização, e muito desse “surto respiratório” é usado para 
cruzamento ligado da membrana de fertilização. A enzima responsável por essa redução do oxigênio 
(para água oxigenada) também é dependente de NADPH. Por último, o NADPH ajuda na regeneração 
da glutationa e de ovotiois (ovothiols) que podem ser cruciais para remoção de radicais livres que 
poderiam de outra maneira prejudicar o DNA do ovo e do embrião precoce. 
Respostas tardias: Pouco tempo após o aumento dos níveis de íons cálcio, o pH intracelular também 
aumenta. Acredita-se que essas duas condições iônicas (> [Ca2+], < [H+] ajam em conjunto para 
fornecer o espectro completo dos eventos da fertilização, incluindo a síntese de proteínas e de DNA. 
O aumento do pH intracelular começa com o segundo influxo de íons de sódio, causando uma troca 
entre íons de sódio da água do mar e os íons hidrogênio do óvulo. Essa perda de hidrogênio faz o pH 
elevar-se de 6.8 a 7.2, ocasionando enormes mudanças na fisiologia do ovo. As respostas tardias da 
fertilização produzidas por essas alterações iônicas, incluem a ativação da síntese de DNA e da 
proteína. O surto de síntese de proteína ocorre vários minutos após a entrada do espermatozoide e não 
depende da síntese de novo RNA mensageiro . Em seu lugar, a síntese de proteína nova utiliza mRNAs 
já presentes no citoplasma do oócito. Esses RNAs incluem aqueles que codificam proteínas como 
histonas, tubulinas, actinas e fatores morfogenéticos que são utilizados durante o desenvolvimento 
precoce. Reciprocamente, agentes que bloqueiam o aumento do pH inibem eventos da fertilização 
tardia como a síntese de DNA e proteína, um exemplo disso é que quando ovos recém-fertilizados 
são colocados em soluções contendo baixas concentrações de íons de sódio e amiloride (uma droga 
que inibe a troca Na+/H+), a síntese protéica falha, os movimentos dos pronúcleos do óvulo e do 
espermatozóide são prevenidos, e a divisão celular não ocorre. 
 
• Fusão do Material genético 
 Em ouriços-do-mar, o núcleo do espermatozoide penetra o óvulo perpendicularmente à 
superfície do óvulo. Após a fusão das membranas do espermatozoide e do óvulo, o núcleo do 
espermatozoide e seu centríolo se separam das mitocôndrias e do flagelo. A mitocôndria e o flagelo 
se desintegram dentro do óvulo; assim, poucas, se tanto, mitocôndrias derivadas do espermatozoide 
são encontradas em organismos em desenvolvimento ou em adultos (Dawid e Blackler, 1972; Giles 
et al., 1980). Assim, embora cada gameta contribua para o zigoto com um genoma haplóide, o genoma 
mitocondrial é transmitido principalmente pelo parente materno. Reciprocamente, em quase todos os 
animais estudados, o centrossomo necessário para a produção do fuso mitótico das divisões 
subseqüentes é derivado do centríolo espermático. O núcleo do óvulo sendo haplóide é chamado de 
pronúcleo feminino. Dentro do citoplasma do óvulo, o núcleo do espermatozoide descondensa para 
formar o pronúcleo masculino. Uma vez dentro do óvulo, o pronúcleo masculino sofre uma dramática 
transformação. O envoltório pronuclear forma vesículas com pequenos pacotes, expondo, com isso, 
a compacta cromatina do espermatozoide ao citoplasma do óvulo. As proteínas que prendem a 
cromatina no seu estado condensado, inativa, são trocadas por proteínas derivadas do citoplasma do 
óvulo, Essa troca permite a descondensação da cromatina do espermatozoide, nos ouriços-do-mar, a 
descondensação parece ser iniciada pela fosforilação de duas histonas espermatozoide-específicas, 
que se ligam fortemente ao DNA. Esse processo começa quando o espermatozoide entra em contato 
com uma glicoproteína na geléia do óvulo que eleva o nível da atividade proteina quinase, essas 
quinases fosforilam vários resíduos básicos das histonas espermatozoide-específicas interferindo, 
desse modo, com sua ligação ao DNA . Esse afrouxamento é considerado facilitar a substituição das 
histonas espermatozoide-específicas por outras histonas que haviam sido estocadas no citoplasma do 
oócito. 
 Uma vez descondensado, o DNA pode iniciar a transcrição e a replicação. Depois que o 
espermatozoide do ouriço-do-mar entra no citoplasma do óvulo, o pronúcleo masculino gira180° 
fazendo com que o centríolo fique entre o pronúcleo do espermatozoide e o pronúcleo do óvulo. Em 
seguida, o centríolo espermático age como um centro organizador de microtúbulos, estendendo seus 
próprios microtúbulos e integrando-os com os microtúbulos do óvulo formando um áster. Esses 
microtúbulos se estendem através de todo o óvulo, contatam o pronúcleo feminino, e trazem os dois 
pronúcleos um para perto do outro. A fusão forma o núcleo zigótico diplóide . A iniciação da síntese 
de DNA pode ocorrer no estágio pronuclear (durante a migração) ou depois da formação do núcleo 
zigótico. 
 
 A fertilização pode iniciar deslocamentos radicais nos materiais citoplasmáticos do óvulo. 
Esses rearranjos do citoplasma do oócito são muitas vezes cruciais para a diferenciação nas etapas 
seguintes do desenvolvimento, o citoplasma do óvulo contém determinantes morfogenéticos que 
ficam segregados em células específicas durante a clivagem. Esses determinantes, conduzem à 
ativação ou repressão de genes específicos conferindo, dessa maneira, certas propriedades às células 
que os incorporam. O arranjo espacial correto desses determinantes é crucial para o desenvolvimento 
adequado. 
 O aumento dos níveis de íons livres de cálcio intracelular também inicia a movimentação de 
aparelhagem para a divisão celular. O mecanismo iniciador da clivagem provavelmente difere entre 
espécies, dependendo do estágio de meiose em que ocorre a fecundação. Assim após todos esses 
processos, os óvulos já estão fertilizados e aptos para o início da clivagem. 
 
Clivagem e formação de folhetos embrionários 
 
Em ovos animais, o primeiro passo do desenvolvimento embrionário é a divisão por clivagem 
do óvulo fecundado em várias células menores (blastômeros), o que leva, em muitos animais, a 
formação de uma esfera celular oca – a blástula. A clivagem envolve ciclos celulares curtos, nos quais 
divisão celular e mitose sucedem-se repetidamente sem qualquer período intermediário de 
crescimento celular. Durante a clivagem, a massa do embrião não aumenta. Os padrões iniciais de 
clivagem podem variar muito entre diferentes grupos de animais. O padrão mais simples de divisão 
é o radial, no qual sucessivas clivagens simétricas dividem o embrião em células de mesmo tamanho. 
Tal padrão é observado nas primeiras três clivagens do ouriço do mar (Figura 1). (WOLPERT & 
COLS, 2000, p.236). O ovo de ouriço-do-mar é oligolécito, tendo vitelo em pequena quantidade 
uniformemente distribuído, divide-se por clivagem radial. As primeiras três clivagens são simétricas, 
mas a quarta é assimétrica, produzindo quatro pequenos micrômeros num dos polos do ovo, o polo 
vegetal, definindo assim o eixo animal-vegetal. As duas primeiras clivagens dividem o ovo ao longo 
do eixo animal-vegetal, enquanto a terceira clivagem é equatorial e divide o embrião nas metades 
animal e vegetal. Na clivagem seguinte, as células animais dividem-se em um plano paralelo ao eixo 
animal-vegetal, mas as células vegetais dividem-se assimetricamente para produzirem quatro 
macrômeros e quatro micrômeros. A clivagem continuada resulta em uma blástula esférica oca 
composta por aproximadamente 1.000 células ciliadas, que formam uma lâmina epitelial que envolve 
a blastocele. (WOLPERT & COLS, 2000, p.186). Na blástula de ouriço-do-mar, as células da lâmina 
epitelial ficam polarizadas radialmente, com diferenças entre a face externa (apical) e a face interna 
(basal), voltada para a blastocele. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1 –Clivagens radiais são 
iguais e simétricas (ouriço-do-
mar). 
FONTE: LIVRO - BIOLOGIA DO 
DESENVOLVIMENTO (2018). 
 
 
 
 
 
 
Em ouriço-do-mar, a clivagem acaba produzindo uma blástula esférica oca composta por um 
epitélio polarizado com uma célula de espessura (Figura 2). A superfície do ovo, que é coberta por 
microvilosidades, torna-se a superfície externa da blástula e desenvolve uma camada externa de matriz 
extracelular, a membrana hialina, à qual as células estão fixadas. As junções especializadas que incluem 
desmossomos desenvolvem-se entre células adjacentes e o conteúdo da célula torna-se polarizado, com 
o aparelho de Golgi orientado em direção à superfície apical (externa). Na superfície interna da camada 
celular, uma lâmina basal é produzida. 
 
Figura 2 – Blástula do embrião de ouriço-
do-mar: Uma única camada de célula 
envolve a blastocele. 
FONTE: LIVRO - BIOLOGIA DO 
DESENVOLVIMENTO (2018). 
 
 O volume do interior oco da blástula, a blastocele, aumenta a cada clivagem. Isso pode ser 
parcialmente devido à entrada de fluido na blastocele, mas é também resultado do fato de as células 
estarem ficando menores a cada divisão, enquanto a massa celular total permanece a mesma. A cada 
clivagem, o número de células aumenta, as células ficam menores e a camada celular fica mais fina. 
Portanto, tanto a área de superfície da blástula como o tamanho da blastocele aumentam. (WOLPERT 
& COLS, 2000, p.239). 
 Pouco antes de a gastrulação iniciar, a blástula tardia de ouriço-do-mar consiste de uma 
camada única de células envolvendo uma blastocele central cheia de fluido. A futura mesoderme 
ocupa a região mais vegetal, com a futura endoderme ficando adjacente a ela (Figura 3). O restante 
do embrião da origem a ectoderme. Nas suas superfícies voltadas para o exterior, as células estão 
fixadas a uma membrana hialina extracelular, que contém as proteínas hialina e equinonectina. As 
células estão fixadas às células adjacentes por complexos juncionais nas membranas laterais e formam 
um epitélio olarizado. Uma lâmina basal de matriz extracelular está presente na superfície interna das 
células, voltada para a blastocele. (WOLPERT & COLS, 2000, p.243). 
 
 
Figura 3 – Blástula de ouriço-do-mar antes da 
gastrulação: A mesoderme e a endoderme prospectiva 
estão no pólo vegetal, existe uma membrana hialina 
extracelular e uma lâmina basal forra a blastocele. 
FONTE: LIVRO - BIOLOGIA DO 
DESENVOLVIMENTO (2018). 
 
 
A gastrulação em embriões de ouriço-do-mar, inicia em torno de 10 horas após a fecundação, 
com mesoderme e a endoderme movendo-se para o interior a partir da região vegetal. O primeiro 
evento é a entrada na blastocele de aproximadamente 40 células do mesênquima (mesoderme) 
primário, no pólo vegetal. Elas migram ao longo da face interna da parede da blástula para formar um 
anel na região vegetal e depositar bastonetes esqueléticos calcáreos. A endoderme, juntamente com o 
mesênquima secundário, começa então a invaginar-se no pólo vegetal, com a invaginação mais tarde 
estendendo-se por toda a blastocele e fundindo-se, no lado ventral, com pequena invaginação na 
futura região da boca. Assim são formados a boca, o intestino e o ânus (Figura 4). Antes de o intestino 
fundir-se com a boca, células do mesênquima secundário na extremidade da invaginação migram 
individualmente para dar origem a células mesodérmicas musculares e pigmentares. O embrião é 
então uma larva pluteus que se alimenta, acabando assim a fase de desenvolvimento indireto do ouriço. 
(WOLPERT & COLS, 2000, p.187). 
 
 
 
Figura 4 – A gastrulação de ouriço-do-mar.:As células da mesoderme vegetal passam por uma transição para 
células de mesênquima primário e entram na blastocele pelo pólo vegetal. Segue-se uma invaginação da 
endoderme, que se estende para o interior da blastocele em direção ao pólo animal, formando um arquêntero livre. 
Os filopódios, estendendo-se a partir das células do mesênquima secundário na extremidade da endoderme em 
processo de invaginação, fazem contato com a parede da blastocele e levam a invaginação para o sítio da futuraboca, com a qual ela se funde, formando o intestino. 
FONTE: LIVRO - BIOLOGIA DO DESENVOLVIMENTO (2018). 
 
O ovo de ouriço-do-mar é polarizado ao longo do eixo animal-vegetal, possui uma polaridade 
bem definida que parece estar relacionada ao sítio de fixação do óvulo no ovário. A polaridade é 
marcada em algumas espécies por um fino canal no pólo animal, enquanto em outras espécies há uma 
faixa de grânulos de pigmentos na região vegetal. Os primeiros dois planos de clivagem são sempre 
paralelos ao eixo do ovo e ele pode ser considerado como correspondente ao eixo ântero-posterior da 
larva. Os primeiros dois planos de clivagem, que é desigual, formam-se os micrômeros no pólo 
vegetal. Os micrômeros dão origem ao mesênquima primário podem inicialmente ser especificado 
por fatores citoplasmático localizados no pólo vegetal do ovo. (WOLPERT & COLS, 2000, p.187). 
No estágio de 64 células, quatro regiões de células podem ser distinguidas no embrião de 
ouriço-do-mar ao longo do eixo animal-vegetal e um mapa de destino simplificado pode ser 
construído. Ele é composto por três faixas de células: os micrômeros no pólo vegetal, que darão 
origem à mesoderme, a próxima camada de células, que dá origem ao intestino, à mesoderme 
secundária e a alguma ectoderme, e o restante do embrião, que dá origem à ectoderme e está dividido 
em região anterior e posterior. (WOLPERT & COLS, 2000, p.189). 
 
Genes de controle do desenvolvimento 
Muitos dos genes que controlam o desenvolvimento de ouriço-do-mar não foram ainda 
identificados, mas já foi realizado uma análise detalhada de alguns genes cujas expressão varia tanto 
no espaço como no tempo. (WOLPERT & COLS, 2000, p.191). 
As regiões regulatórias de um gene de pair-rule de Drosophila como even-skipped contêm 
muitos sítios de ligação para fatores de transcrição, que podem tanto ativar como reprimir a atividade 
do gene. Esses sítios-alvo estão agrupados em sub-regiões discretas-módulos regulatórios - cada uma 
das quais controlando a expressão do gene em um sítio particular do embrião. A análise de um gene 
de ouriço-do-mar revelou complexidade em modularidades similares nas suas regiões regulatórias. 
(WOLPERT & COLS, 2000, p.191). 
Isso é bem ilustrado pela região regulatória do gene de ouriço-do-mar Endo-16, um gene que 
codifica uma glicoproteína secretada de funções desconhecidas. Endo-16 é expresso inicialmente na 
região da blástula, na endoderme presumida. Depois da gastrulação, a expressão de Endo-16 aumenta 
e fica restrita à região média do intestino. O domínio regulatório que controla a expressão de Endo-
16 tem em torno de 2.200 pares de bases de extensão e contém pelo menos 30 sítios-alvos, aos quais 
13 fatores de transcrição diferentes podem ligar. Esses sítios regulatórios parecem estar divididos em 
algumas sub-regiões ou módulos. A função de cada módulo foi determinada ligando-se às sub-regiões 
prospectivas separadamente a um gene-repórter e injetando a construção de DNA recombinante em 
um ovo de ouriço-do-mar. (WOLPERT & COLS, 2000, p.191) 
 
 
Metamorfose pós larval 
Os principais estudos envolvendo o desenvolvimento embrionário ouriço do mar se restringe 
até a fase em que ele se encontra como larva pluteus, já que a sua metamorfose em adultos é um 
processo complexo e pouco compreendido. (WOLPERT & COLS, 2000, p.186) 
Para compreender essa metamorfose, o conteúdo disponível é genérico, sendo descrito um 
processo geral para todas as espécies de equinodermos, no livro Invertebrados 2°edição, a descrição 
da estrutura da larva é: 
“A formação inicial da bolsa do arquêntero tipicamente acontece a partir do 
fundo cego do trato digestivo em desenvolvimento, ou como um par de celomas ou 
como uma cavidade que se divide em duas. Esses celomas sofrem um estrangulamento 
formando um outro par de cavidades posteriormente, e um terceiro par entre o celoma 
anterior e o posterior. Da frente para trás, esses pares de espaços celômicos são 
chamados de axoceles, hidroceles e somatoceles esquerda e direita. Esses espaços 
correspondem às protoceles, mesoceles e metaceles de outro deuterostômios 
triméricos. A axocele e a hidrocele esquerdas e direitas, não se separam totalmente, 
mas permanecem conectadas umas as outras pelo canal pétreo. A partir do complexo 
axo-hidrocele esquerdo surge o hidrotubo que cresce em direção à superfície dorsal da 
larva, abrindo-se para o meio externo através do hidróporo. Na maioria dos casos, a 
axocele direita desaparece e hidrocele direita associa-se ao hidrotubo como o saco 
dorsal.” (BRUSCA & BRUSCA, 2007, p. 864) 
 Com essa estrutura larval descrita, como uma maneira em que comporte quase todas as 
características de todas as espécies de equinodermos, a metamorfose ocorre, e os destinos de cada 
componente do corpo da larva é: 
 
DESTINO DOS PRINCIPAIS DERIVATIVOS CELÔMICOS DE ADULTOS NO DESENVOLVIMENTO 
GENERALIZADO DE EQUINODERMOS 
Estrutura celômica embrionária Destino no adulto 
 
Somatocele direita 
 
Celoma perivisceral aboral 
 
Somatocele esquerda 
 
Celoma perivisceral oral; seis genitais; a maior parte do 
seio hiponeural 
Axocele direita Perdida em sua maior parte 
Hidróporo Incorporado ao madreporito 
Hidrotúbulo e saco dorsal Partes da vesícula madrepórica e ampola 
Canal pétreo Canal pétreo 
Hidrocele esquerda Canal circular; canais radiais; revestimento dos lumens dos pés 
ambulacrais mais outros componentes do sistema vascular 
aquífero, incluindo os corpúsculos de Tiedemann e as 
vesículas de Poli 
Tabela 2- Metamorfose em larvas de equinodermos 
FONTE: Livro- Invertebrados, BRUSCA & BRUSCA, 2007, p. 865. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONCLUSÃO 
 
 O estudo do desenvolvimento embrionário é bastante benéfico, pois o conhecimento adquirido 
serve como base para obter novos conceitos de áreas afins, como por exemplo na zoologia em que o 
número e desenvolvimento dos folhetos embrionários é determinante para agrupar os animais e 
diferenciar suas características morfológicas. 
 No que diz a respeito ao desenvolvimento embrionário na subclasse Euechinoidea, é possível 
visualizar como tem um vasto acervo de material da fase de desenvolvimento indireto e como estes 
são fundamentais na área da Biologia do Desenvolvimento já que principalmente a fase de fecundação 
é descrita com uma riqueza de detalhes que auxilia muito na compreensão desse processo até mesmo 
em outras linhagens, assim o ouriço do mar é considerado um modelo exemplo. Em contra partida, 
na parte de metamorfose pós larval é penosa a busca por material que explique as mudanças, sendo 
descrito pelos autores como um processo pouco estudado e de difícil compreensão, dessa maneira 
uma forma de explanar essa temática foi abrangendo de maneira genérica as mudanças da fase pós 
larval das espécies do Filo Echinodermata, já que várias delas também tem essa metamorfose pouco 
compreendida. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REFERÊNCIAS 
 
Wolpert; Cols. Introdução a Biologia do Desenvolvimento. 2000. 
Hardy, D. M., Harumi, T. and Garbers, D. L. 1994. Sea urchin sperm receptors for egg peptides. 
Sem. Dev. Biol. 5: 217-224 
Summers, R. G. and Hylander, B. L. 1974. An ultrastructural analysis of early fertilization in the 
sand dollar, Echinarachnius parma. Cell Tiss. Res. 150: 343-368. 
Dawid, I. B. and Blackler, A. W. 1972. Maternal and cytoplasmic inheritance of mitochondria in 
Xenopus. Dev. Biol. 29: 152-161. 
Richard C. Brusca; Gary J. Brusca. Invertebrados. 2° ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2007. 
Tavares, Y. A. G. Biologia Reprodutiva dos Equinóides Echinometralucunter (Linnaeus, 1758) 
e Arbacia lixula (Linnaeus, 1758) na ilha Galheta, litoral paranaense, Brasil. 2004. 
Machado, A. A. Descrição do ciclo gametogênico do ouriço-branco, Tripneustes ventricosus 
(Lamarck, 1816), no arquipelago de Fernando de Noronha - PE, Brasil. UFRN, 2007. 
Gilbert, S. F. Biologia do Desenvolvimento. 5° ed, 2003.