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Maria Eduarda Bet - Embriologia EMBRIOLOGIA A embriologia animal estuda o desenvolvimento do embrião. O processo é iniciado com a fecundação e se estende até a formação de um novo organismo com as características típicas da sua espécie, capaz de sobreviver de forma autônoma. A célula-ovo ou zigoto é a célula que resulta da fecundação (união dos gametas) e o embrião é o organismo em formação que precede a fase adulta. Nos animais, as fases iniciais do desenvolvimento são muito semelhantes e apresentam em comum, além da fecundação, a segmentação, a gastrulação e a organogênese. FECUNDAÇÃO A fecundação nos animais resulta da fusão entre um espermatozoide (gameta masculino) haploide (n) e um óvulo (gameta feminino) também haploide (n). Embora vários espermatozoides dirijam-se ao óvulo, apenas um deles o fecundará, formando um zigoto diploide (2n) e, portanto, reconstituindo a diploidia da espécie. Com isso, ocorre a mistura de material genético dos genitores. A vantagem evolutiva desse tipo de reprodução é o aumento da variabilidade genética da espécie. VITELO O sustento nutricional das células do embrião nas fases iniciais do desenvolvimento depende do vitelo, substância de reserva encontrada no citoplasma do óvulo, composto, principalmente por lipídeos e proteínas. Com a fecundação, o vitelo passa a fazer parte da célula-ovo ou zigoto. SEGMENTAÇÃO A fase de segmentação ou clivagem ocorre logo após a fecundação e dá inicio ao desenvolvimento do embrião por meio de uma sucessão de mitoses. As células resultantes dessas mitoses iniciais chamam-se blastômeros e são as células-tronco embrionárias totipotentes, que são capazes de originar qualquer tecido embrionário ou seus anexos. O plano de clivagem, que corresponde à citocinese (divisão do citoplasma), e a velocidade de segmentação dependem da quantidade e da distribuição do vitelo no citoplasma do zigoto ou célula-ovo. Quanto maior a quantidade de vitelo, menor a velocidade de divisão do zigoto e dos blastômeros. TIPOS DE FECUNDAÇÃO E TIPOS DE DESENVOLVIMENTO NOS CORDADOS Os cordados correspondem a um dos grupos animais com maior diversidade e importância na biosfera atual. Deles fazem parte muitas das espécies com que nos deparamos diariamente, incluindo a humana. Peixes, sapos, tartarugas, jacarés, aves e mamíferos são exemplos de cordados muito comuns, mas há alguns cordados menos conhecidos, cuja importância para o estudo da embriologia é muito grande. Como se reconhece um cordado? As características distintivas dos cordados são principalmente embrionárias. Todos os cordados possuem, pelo menos durante o período embrionário, quatro características principais: notocorda (um” bastão” flexível de sustentação localizado na porção dorsal do embrião), sistema nervoso dorsal (localizado logo acima da notocorda), fendas na região faringiana e cauda pós anal. A maioria dos cordados atual é vertebrada. Nesses animais, a notocorda desaparece durante a vida embrionária, sendo substituída na sua função de sustentação pela coluna vertebral. O sistema nervoso dorsal persiste na quase totalidade dos representantes atuais desse grupo animal e as fendas faringianas permanecem na vida adulta apenas nas espécies cuja respiração é branquial. A existência dessas estruturas na vida embrionária, mesmo que não persistam na vida adulta, é uma evidencia da origem comum de todos os componentes desse grupo animal. No entanto, o local da fecundação e o desenvolvimento embrionário podem variar bastante de acordo com o cordado analisado. Os anfíbios e muitos tipos de peixes, por exemplo, realizam fecundação externa. O encontro dos gametas ocorre fora do corpo dos adultos (meio externo). Neste caso, o ambiente aquático é o mais adequado para a fecundação. Repteis, aves e mamíferos têm fecundação interna, ou seja, o encontro entre os gametas ocorre no interior do organismo materno. Os cordados com fecundação interna são principalmente vivíparos ou ovíparos. Vivíparos são animais em que, após a fecundação, a formação do zigoto e o desenvolvimento embrionário ocorrem no interior do organismo materno. Nesse caso, a maior parte das demandas nutricionais, de trocas gasosas e de excreção de resíduos do embrião é suprida pelas relações materno- fetais e, não há, portanto, grande necessidade de reservas nutritivas (vitelo) à disposição do embrião. Esse tipo de desenvolvimento ocorre na maioria dos mamíferos. Os répteis, as aves e alguns mamíferos, por exemplo, são ovíparos, ou seja, o embrião se desenvolve dentro de um ovo, mas fora do organismo materno. Assim, o embrião deverá sobreviver por conta própria e, para isso, necessita de uma grande quantidade de reserva nutritiva disponível e ser capaz de realizar trocas gasosas e de eliminar excretas, além de o ovo ser dotado de alguma forma de proteção em relação às possíveis agressões do meio no qual se encontra. O desenvolvimento pode ser, ainda, direto ou indireto. No desenvolvimento direto o embrião se desenvolve continuamente até a formação de um organismo capaz de sobreviver no ambiente típico da espécie. Nesse caso, as necessidades nutricionais do embrião dependem de um ovo com grande quantidade de vitelo armazenada ou de uma relação permanente com o organismo materno durante a maior parte desse período. No desenvolvimento indireto ocorre um ou mais estágios larvais. Os anfíbios são os que melhor ilustram esse tipo de desenvolvimento, e o girino é a larva típica desses animais. O ovo dos anfíbios apresenta uma quantidade média de vitelo, suficiente para o embrião atingir o estágio larval. Maria Eduarda Bet - Embriologia TIPOS DE OVOS NOS CORDADOS De acordo com as informações anteriores, é fácil perceber que a quantidade de vitelo no óvulo deve variar, dependendo de onde ocorre o desenvolvimento e da complexidade da organização corporal do organismo em formação, entre outros fatores. Em cordados como os mamíferos placentários – cujos embriões estabelecem uma conexão anatômica com o organismo materno através de um órgão denominado placenta, e em alguns cordados primitivos (pouco complexos) – a quantidade de vitelo no óvulo e, consequentemente no ovo ou zigoto, é pequena. Esse tipo de ovo, com pouco vitelo, chama-se oligolécito (do grego: oligos, pouco e lecitos, vitelo). Em ovos desse tipo a distribuição do vitelo no citoplasma pode ser homogênea ou heterogênea. Quando a distribuição é homogênea, os ovos são chamados alécitos (do grego: a, prefixo de negação e lecitos, vitelo). Quando a distribuição do vitelo é heterogênea, o vitelo se acumula em um dos polos do óvulo, ficando o núcleo e o citoplasma dispostos no polo oposto. Os anfíbios, cuja fecundação e desenvolvimento se dão no meio externo, apresentam ovos mediolécitos ou heterolécitos (do latim: médio, meio, metade e do grego: hetero, diferente), cuja quantidade de vitelo é media, se comparada aos outros tipos de ovos observados nos cordados. Nesse tipo de ovo a distribuição do vitelo no citoplasma é heterogênea. Além disso, esses animais têm desenvolvimento indireto e essa quantidade de vitelo é suficiente para que o embrião atinja o estágio larval, mas não chegue ao estágio final de desenvolvimento (sapo, rã ou perereca). As larvas apresentam autonomia e são capazes não apenas de sobreviver, mas também de armazenar reservas nutritivas para o processo de metamorfose (transformação que a larva sofre, originando um indivíduo com as características típicas do adulto da espécie). Aves, répteis e alguns mamíferos são ovíparos e produzem ovos com casca. Os ovos desses animais apresentam uma grande quantidade de vitelo com distribuição heterogênea no citoplasma, permitindo que o embrião possa se desenvolver isoladodo meio externo e do organismo materno. Esses ovos são chamados de telolécitos (do grego: telos, extremidade), gigantolécitos ou megalécitos (do grego: mega, grande). TIPOS DE SEGMENTAÇÃO NOS CORDADOS O plano de segmentação ou clivagem dos ovos depende da quantidade e distribuição de vitelo nele existente. Nos ovos oligolécitos e heterolécitos há segmentação total, também chamada holoblástica (do grego: holos, total e blastos, germe, broto, que em citologia tem o sentido de não diferenciado), ou seja, a célula sofre citocinese (divisão) completa, originando duas células- filhas. Nos ovos em que a distribuição do vitelo é homogênea observa-se segmentação igual. As células-filhas apresentam a mesma massa, tamanho e volume, independentemente da direção do plano de citocinese. É o que ocorre nos mamíferos placentários. Nos ovos com distribuição heterogênea do vitelo, ocorre segmentação desigual. Dependendo da direção do plano de clivagem em relação à disposição do vitelo nos polos da célula, as células-filhas podem apresentar tamanhos diferentes. Neste caso, os blastômeros menores são chamados de micrômeros e, os maiores, de macrômeros. No ovo, o polo vegetativo é aquele em que se acumulam os grânulos de vitelo e o polo animal é o polo oposto, onde estão o núcleo e o restante do citoplasma. Note na figura anterior, que nas duas primeiras segmentações, as células-filhas são de tamanhos semelhantes. Na terceira segmentação, devido à maior quantidade de vitelo no polo vegetativo, há um deslocamento no plano de clivagem, que é perpendicular ao das duas primeiras e se aproxima do polo animal, resultando em células-filhas (blastômeros) de tamanhos diferentes (micrômeros e macrômeros). Nos ovos telolécitos, ocorre segmentação parcial e discoidal, pois a grande quantidade de vitelo impede a divisão completa do citoplasma. Esse tipo de segmentação é chamada também de segmentação meroblástica (do grego: meros, parcial). Além disso, com as citocineses concentradas no polo animal, formam-se células-filhas sem limites nítidos nessa região, constituindo o disco embrionário que dará origem ao corpo do embrião; já a massa citoplasmática onde estão os grânulos de vitelo não se divide. Os grânulos de vitelo têm distribuição homogênea no citoplasma As primeiras segmentações resultam em células de tamanhos semelhantes Os tipos de segmentação ou clivagem ocorrem de acordo com a quantidade e a distribuição do vitelo em ovos de cordados Maria Eduarda Bet - Embriologia EMBRIOLOGIA DO ANFIOXO As primeiras etapas do desenvolvimento, com poucas exceções, são comuns a todos os animais: segmentação, gastrulação e organogênese. O anfioxo é um pequeno cordado marinho que vive semienterrado nas areias próximas às praias, filtrando a água do mar para obter seu alimento. Sua organização corporal é muito simples se comparada à maioria dos cordados atuais. Além disso, o fato de se desenvolver diretamente no meio aquático, facilita a observação das etapas iniciais do desenvolvimento embrionário em laboratório. Por apresentar um tipo de ovo muito semelhante ao do ser humano, esse pequeno animal é utilizado como padrão no estudo das etapas iniciais do desenvolvimento dos cordados. Observe, na imagem, que na vida adulta, o anfioxo apresenta a notocorda persistente, além do sistema nervoso dorsal, fendas faringianas, cauda pós-anal e musculatura segmentada. A ocorrência dessas características simultaneamente é típica apenas das primeiras fases embrionárias da maioria dos cordados atuais. Os ovos dos anfioxos são oligolécitos com distribuição heterogênea dos grânulos de vitelo. Sua segmentação, portanto, é total e desigual. FORMAÇÃO DA MÓRULA Após as duas primeiras segmentações, há formação de quatro blastômeros de mesmo tamanho. No entanto, a terceira segmentação é perpendicular às duas primeiras e origina quatro micrômeros e quatro macrômeros, totalizando oito blastômeros. A partir daí, os planos de segmentação serão alternadamente perpendiculares entre si, de maneira que após algumas divisões, o conjunto de blastômeros adquire o aspecto aproximadamente esférico, maciço e compacto, semelhante a uma amora. Devido a essa semelhança, essa figura embrionária recebeu o nome de mórula. BLÁSTULA Após a formação da mórula, com as sucessivas mitoses, à medida que o embrião torna-se cada vez mais esférico, as células vão se dispondo na superfície e, no interior dessa estrutura, ocorre o surgimento de uma cavidade. Esse é o estagio de blástula. A blástula é formada por uma camada de células, a blastoderme, e uma cavidade, a blastocele. Observe a imagem a seguir: GASTRULAÇÃO A partir da blástula, tem inicio o processo de gastrulação que consiste numa série de movimentos celulares que levarão o embrião a adquirir um aspecto totalmente diferente. Nos anfioxos ocorre invaginação da camada celular formada pelos macrômeros, que se projeta para dentro da blastocele, dobrando-se na direção da camada de micrômeros. Inicialmente, o embrião será formado por duas camadas de células que delimitarão uma nova cavidade, a gastrocele. Essa nova cavidade corresponde ao intestino primitivo, também conhecido como arquêntero (do grego: arqueos, primeiros e enteron, intestino). Esse estágio do desenvolvimento do embrião é denominado gástrula. Além das duas camadas que delimitam a gástrula, outra diferença observada em relação à blástula é a presença do blastóporo, um orifício que comunica o arquêntero (intestino primitivo) com o meio externo. Nos cordados, o blastóporo originará o ânus. Na maioria dos animais haverá a formação de uma terceira camada embrionária entre as observadas na gástrula até aqui. Essas camadas são os folhetos embrionários. Os animais que apresentam apenas dois folhetos embrionários são chamados diblásticos, ou diploblásticos (do grego: diploos, duplo). O folheto embrionário externo é a ectoderme e o que reveste internamente o arquêntero é a endoderme. No entanto, assim como o anfioxo, a maioria dos animais é triblástica ou triploblástica. A partir da gástrula forma-se a mesoderme, um terceiro folheto embrionário situado entre a ectoderme e a endoderme. Maria Eduarda Bet - Embriologia A importância da gastrulação está relacionada com a formação dos folhetos embrionários, pois é a partir deles que se originarão todos os tecidos e órgãos do embrião. NEURULAÇÃO Para que se possa acompanhar as principais transformações embrionárias, a partir do estagio de gástrula, é necessário observá-las da perspectiva de um corte transversal do embrião. Nos cordados, a formação da mesoderme coincide com o surgimento do tubo neural, uma estrutura embrionária dorsal que vai originar o sistema nervoso do animal. Por essa razão, denomina-se nêurula o estágio de gástrula adiantada a partir do qual se dá a formação do sistema nervoso. A gástrula nessa fase inicial tem a forma aproximadamente cilíndrica. Nos cordados, a extremidade na qual está localizado o blastóporo corresponde à extremidade posterior do embrião, uma vez que aí se originará o ânus. Na região que corresponderá à superfície dorsal, células da ectoderme, geneticamente programadas, se dispõem de maneira a promover um achatamento dessa superfície e formar a placa neural (vide A, na ilustração a seguir). Na sequência, essa placa é recoberta por células da própria ectoderme, ao mesmo tempo em que se desdobra a forma a constituir um sulco voltado para a superfície dorsal, o sulco neural. As bordas do sulco neural se aproximam e acabam por se fundir, resultando no tubo neural, separando o sulco neural da superfície externa do embrião. Portanto, o tubo neural e, consequentemente, o sistema nervoso têm origem ectodérmica. Simultaneamente,a camada que reveste o intestino primitivo sofre movimentos que originam a notocorda e os somitos. A notocorda é uma estrutura inicialmente tubular, que se forma ao longo da porção superior do intestino primitivo (o “teto” do arquêntero). Durante a neurulação, torna-se maciça, com consistência de cartilagem, exercendo a função de sustentação do embrião (vide B, na ilustração a seguir). Nas porções superiores laterais do embrião, de cada um dos lados do arquêntero projetam-se duas bolsas, inicialmente ocas, os somitos, delimitando uma nova cavidade corporal, o celoma. A maioria dos órgãos e estruturas desse novo organismo é formada a partir dos somitos, sendo que uma boa parte dos órgãos internos (vísceras) vai se alojar no celoma (vide C, na ilustração a seguir). A camada de células que reveste os somitos passa a ser considerada a mesoderme do embrião. Portanto, a notocorda, os somitos e todas as estruturas que vão se originar a partir deles têm origem mesodérmica, sendo que o celoma é uma cavidade totalmente revestida pela mesoderme. Finalmente, as bordas inferiores do revestimento do intestino primitivo se aproximam e se fundem, continuando a constituir o intestino do embrião, cuja posição torna-se cada vez mais ventral. A camada interna de células que reveste o intestino primitivo é a endoderme. Assim, o revestimento interno do intestino e todas as estruturas que derivam dele, como o revestimento interno do sistema respiratório e da bexiga urinaria e as glândulas anexas do sistema digestório, têm origem endodérmica. ORGANOGÊNESE A organogênese é o processo pelo qual ocorre a formação dos tecidos e órgãos de um novo organismo a partir dos três folhetos embrionários. ANEXOS EMBRIONÁRIOS A conquista definitiva do ambiente terrestre pelos vertebrados foi possível devido a fatores como a presença de patas para a locomoção, pele impermeável, respiração exclusivamente pulmonar e reprodução independente da água. Especificamente no caso da reprodução, o ovo terrestre ou ovo amniótico que surgiu nos répteis foi uma estrutura fundamental para o desenvolvimento do embrião em ambiente seco (fora da água) e sem contato com o meio externo. A formação de um ovo começa pela reprodução com fecundação interna, isto é, o encontro do espermatozoide com o óvulo ocorre dento do corpo das fêmeas e não mais na água, como nos anfíbios. Uma vez fecundado, o ovo (gema) é envolvido pela clara e recebe a casca, sendo eliminado para o ambiente onde ocorrerá o desenvolvimento do embrião até seu nascimento (eclosão do ovo). Pensando na estrutura do ovo, podemos formular algumas questões. Como o embrião consegue se alimentar dentro do ovo? E como obtém oxigênio? Para onde vão suas excretas? O ovo não desidrata ficando em contato com o ar? Para responder a todas essas questões, precisamos conhecer e entender as funções dos anexos embrionários, estruturas produzidas pelo embrião e utilizadas apenas durante seu desenvolvimento, sendo descartadas ao nascer. São quatro os anexos embrionários: vesícula vitelínica (ou saco vitelínico), alantoide, âmnio e cório. Observe a ilustração. Maria Eduarda Bet - Embriologia A vesícula vitelínica armazena o vitelo, substancia rica em lipídeos e proteínas, que alimentará o embrião no período em que estiver se desenvolvendo no interior do ovo. As proteínas são matéria-prima importante para a construção do corpo do embrião, enquanto os lipídeos representam a reserva de energia que será utilizada nesse período. A vesícula vitelínica está ligada ao tubo digestório do embrião, o que facilita a absorção do material nutritivo. Assim, o embrião não precisa de alimento do meio externo, pois carrega vitelo suficiente dentro do ovo para todo o período de desenvolvimento. Embora esse anexo tenha função fundamental nos embriões que se desenvolvem no interior de ovos, há ocorrência de vesícula vitelínica em algumas espécies de peixes cujos ovos são telolécitos, nos quais é encontrada “pendurada”, externamente, na região abdominal do embrião. O alantoide armazena cristais de ácido úrico, excreta nitrogenada insolúvel gerada pelo metabolismo do embrião. Ele também está ligado ao tubo digestório, assim como a vesícula vitelínica. O alantoide, com o cório, forma uma membrana muito vascularizada, chamada alantocório, que se mantém em contato com a casca e é responsável pelas trocas gasosas entre o embrião e o ambiente. Outra função desse anexo é absorver cálcio da casca, usado no fortalecimento dos ossos. Ao perder esse mineral, a casca vai ficando mais frágil, facilitando a saída do filhote ao final do desenvolvimento. O âmnio é uma bolsa que envolve o embrião. No seu interior, há o liquido amniótico, no qual o embrião fica mergulhado e protegido contra desidratação e choques mecânicos. Ao longo do desenvolvimento esse liquido vai sendo absorvido. O cório (ou serosa) é uma membrana originada da dobra do âmnio, e envolve o embrião e todos os outros anexos embrionários, protegendo todo esse conjunto. Além disso, com o alantoide, é responsável pela troca gasosa do embrião com o ambiente. PLACENTA A maioria dos mamíferos se desenvolve no interior do útero materno. Eles não estão dentro de ovos com casca e não carregam consigo seu alimento ou uma vesícula para as excretas. Estando dentro do corpo das mães, até a obtenção de oxigênio seria difícil. Como resolver esses problemas? A resposta a essa pergunta é: placenta. A placenta é um órgão formado principalmente a partir de anexos embrionários e de tecidos maternos derivados do endométrio (camada que reveste o útero internamente). O embrião dos mamíferos também fica mergulhado no líquido amniótico, contido no interior do âmnio (bolsa amniótica), assim como ocorre com os repteis e as aves. Como o embrião dos mamíferos está conectado ao útero materno pela placenta, que é rica em vasos sanguíneos, todas as trocas de substâncias, como nutrientes, gases, anticorpos, hormônios e excretas, ocorrem entre o sangue materno e o sangue fetal. Não há vesícula vitelínica desenvolvida, ela permanece atrofiada e é encontrada no interior do cordão umbilical. O mesmo ocorre com o alantoide, que não armazena excretas, elas são enviadas diretamente à circulação materna. É importante ressaltar que não ocorre mistura de sangue materno e fetal durante o desenvolvimento embrionário. Todas as substâncias são trocadas por difusão através das paredes dos vasos sanguíneos. A porção embrionária da placenta é formada pelo cório e pela mesoderme do alantoide, que origina os muitos vasos sanguíneos desse órgão. Quanto aos anexos embrionários, podemos concluir que todos eles (vesícula vitelínica, alantoide, âmnio e cório) estão presentes desde os répteis até os mamíferos. Nos mamíferos placentários, algumas dessas estruturas estão atrofiadas no cordão umbilical (vesícula vitelínica e alantoide).
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