Ciclo de vida

Em biologia, ciclo de vida é a série de mudanças que um organismo sofre desde o seu início por meio da reprodução, seja através da reprodução assexuada ou da reprodução sexual, até ao início da geração seguinte nessa mesma fase do ciclo.

Para alguns organismos, particularmente pequenos e simples como bactérias e alguns protists, o ciclo de vida é completo em uma geração. Este é também o caso de muitos animais, onde o macho e a fêmea se fundem para formar a nova descendência. Nas plantas, a reprodução é multi-geracional, também conhecida como alternância de gerações.

Embora os tipos de ciclo de vida possam ser colocados em algumas categorias amplas (haplôntico, diplôntico, etc.), os ciclos de vida específicos de cada espécie apresentam grande diversidade, como o momento do início de várias etapas, métodos de fertilização, etc. A diversidade entre os organismos vivos é um princípio biológico básico e um componente importante na alegria que o ser humano experimenta da natureza. Naturalmente, os organismos em espécies próximas e taxa compartilham ciclos de vida similares. A presença quase ubíqua da reprodução sexual, combinada com a recombinação genética, promove a singularidade também entre os indivíduos.

Ciclos de vida de reprodução sexual

Existem três tipos de ciclos de vida, dependendo da ploidia, um múltiplo do número de cromossomas em uma célula:

• ciclo de vida haplôntico
• ciclo de vida diplôntico
• ciclo de vida diplobiontico (também referido como ciclo de vida diplobiontico, haplodiplôntico ou dibiontico)

Estes três tipos de ciclos apresentam fases alternadas haplóides (n) e diplóides (2n).

O organismo haplóide torna-se diplóide através da fertilização, com união de gâmetas. Isto resulta em um zigoto diplóide. Para retornar a uma fase diplóide, a meiose deve ocorrer.

Os ciclos diferem no produto da meiose, e se a mitose (crescimento) ocorre. A meiose zigótica e a meiose gametica tem um estágio e forma mitótica durante a fase n na meiose zigótica e durante a fase 2n na meiose gametica. Portanto, a meiose zigótica e a meiose cinegética são colectivamente termo haplobionética (meiose única por fase). A meiose esportiva, por outro lado, tem dois eventos de meiose (diplobiose): um em cada fase.

Ciclo de vida diplópica

Meiose gametica

Na meiose gametica, o zigoto diplóide sofre mitose para produzir um indivíduo diplóide multicelular ou um grupo de células mais diplóides. As células dos indivíduos diplóides então sofrem meiose para produzir gametas haplóides.

As gametas haplóides não sofrem mitose, e não crescem em um organismo haplóide maior. Pelo contrário, os gâmetas haplóides fundem-se e produzem o zigoto diplóide com gâmetas do tipo oposto.

Em todo o ciclo, os gâmetas são as únicas células haplóides; a mitose ocorre apenas na fase diplóide.

O indivíduo diplóide multicelular é um diplóide, daí que a meiose gametica seja também chamada um ciclo de vida diplóide. Os diplontes incluem:

• Animais
• algumas algas castanhas

Ciclo de vida diplóide

Meiose zigótica

Uma meiose zigótica é uma meiose de um zigoto diplóide imediatamente após a cariogamia, a fusão de dois núcleos celulares. Desta forma, o organismo termina a sua fase diplóide e produz várias células haplóides. Estas células sofrem mitose (dividir mitoticamente) para formar indivíduos maiores, multicelulares, ou mais células haplóides. Dois tipos opostos de gametas (por exemplo, masculino e feminino) destes indivíduos ou células se fundem para se tornarem um zigoto diplóide.

Em todo o ciclo, os zigotos são a única célula diplóide; a mitose ocorre apenas na fase diplóide.

Os indivíduos ou células como resultado da mitose são haplontes, daí que este ciclo de vida também seja chamado de ciclo de vida haplôntico. Os haplontes são:

• Todos os fungos
• algumas algas verdes
• Muitos protozoários

Vida diplobiónica ciclo

Meiose esporica

Alternação de gerações

Em meiose esporica, também conhecida como meiose intermediária, as mitoses ocorrem tanto na fase diplóide como na haplóide. O organismo apresenta alternância de gerações, que apresenta esporófitos multi-celulares (que são diplóides) e gametófitos multi-celulares (que são haplóides) produtores de esporófitos esportivos. Diagramaticamente, a meiose esporica se parece com as metades complexas da meiose gameta e a meiose zigótica são fundidas em um.

Este tipo de ciclo é diplobiontico (também conhecido como diploplôntico, haplodiplôntico, ou dibiontico).

Meiose esporica ocorre em plantas e muitas algas. Ter indivíduos multicelulares em ambas as fases significa que para algumas algas marinhas, é difícil determinar se um espécime macroscópico é gametófito ou esporófito a menos que seja observado sob um microscópio, isto é chamado de isogamia. No entanto, nem todas as espécies com meiose esporádica têm tanto grandes gerações de gametófitos como esporófitos. A tendência em plantas mais altas é ter gametófitos menores que são mais dependentes e parasitas dos esporófitos, um fenômeno conhecido como heterogamia.

Ciclo de vida de reprodução assexual

Em casos de reprodução assexual, o ciclo de vida é completo em uma geração, onde um indivíduo herda todos os seus cromossomos de um dos pais e é geneticamente idêntico aos seus pais. Prokaryotes, como as bactérias, sofrem fissão binária, onde cada célula se divide ao meio para formar duas células com DNA idêntico ao da célula original. Para que a célula original se divida, o cromossoma procariótico, que é uma única molécula de DNA, deve primeiro replicar-se e depois ligar-se a uma parte diferente da membrana celular. A maioria dos protistas, eucariotas unicelulares, também se reproduzem assexuadamente, exceto sob estresse, eles se reproduzem sexualmente.

Fissão binária

Fissão binária é a forma de reprodução assexuada usada pela maioria dos procariotas para se reproduzir. Este processo resulta na reprodução de uma célula viva por divisão em duas partes iguais ou quase iguais.

Fissão binária começa quando ocorre a replicação do DNA. Cada fita circular de DNA é então ligada à membrana da célula. A célula se alonga, fazendo com que os dois cromossomos se separem. A membrana celular então invagina (cresce para dentro) e divide a célula em duas células filhas através de um processo chamado citocinese.

Os organismos que se reproduzem através da fissão binária geralmente crescem exponencialmente.

Este tipo de reprodução assexuada normalmente resulta em duas células idênticas. No entanto, o DNA bacteriano tem uma taxa de mutação relativamente alta. Esta rápida taxa de mudança genética é o que torna as bactérias capazes de desenvolver resistência aos antibióticos e as ajuda a explorar a invasão em uma ampla gama de ambientes.

Várias eucariotas unicelulares também se reproduzem pela divisão da célula original em duas células, embora isso envolva mitose e citocinese semelhantes às células de um organismo eucariótico multicelular. Embora historicamente essas divisões unicelulares de eucariotas tenham sido referidas na literatura como fissão binária, esse termo hoje é muitas vezes reservado para reprodução procariótica, que não envolve mitose, uma vez que carecem de um núcleo ligado à membrana. Entre os eucariotas que se reproduzem através da divisão da célula original em duas são

• Mais protistas (por exemplo, Amoeba proteus)
• Entamoeba histolytica (um protozoário que é um parasita intestinal humano)
• Pyrodictium abyssi (uma artéria anaeróbia hipertermófila de fontes hidrotermais do mar profundo)
• Schizosaccharomyces pombe (um organismo fúngico que é uma espécie de levedura)

Adicionado, as mitocôndrias e cloroplastos de células eucarióticas também se dividem por fissão binária.

Muitos organismos multicelulares também têm a capacidade de se reproduzir assexualmente. Muitos desses organismos brotarão de um aglomerado localizado de células, que então cresce através da mitose para formar um novo indivíduo. Animais como as esponjas podem se reproduzir através da fragmentação de seus corpos. Muitas plantas têm a capacidade de se reproduzir assexuadamente também.

Alternação de gerações

Ciclo de vida esporádico ou diploplôntico. Um esporófito diplóide (2n) sofre de meiose para produzir células reprodutivas haplóides (1n), muitas vezes chamadas esporos. As células haplóides sofrem mitose para produzir um gametófito. O gametófito produz gametas haplóides que se fundem para formar um esporófito zigótico diplóide.

Alternação de gerações é um termo aplicado a um ciclo reprodutivo (um ciclo de vida diplobiótico) de certas plantas vasculares, fungos e protistas. O termo é um pouco confuso para pessoas familiarizadas apenas com o ciclo de vida de um animal típico. Um nome mais compreensível seria “alternância de fases de uma única geração” porque normalmente consideramos uma geração de uma espécie para englobar um ciclo de vida completo. O ciclo de vida dos organismos com “alternância de gerações” é caracterizado por cada fase que consiste em um de dois organismos separados, de vida livre: um gametófito (talo ou planta), que é geneticamente haplóide, e um esporófito (talo ou planta), que é geneticamente diplóide.

Uma planta haplóide da geração gametófita produz gametas por mitose. Dois gâmetas (originários de organismos diferentes da mesma espécie ou do mesmo organismo) combinam-se para produzir um zigoto, que se desenvolve em uma planta diplóide da geração esporófita. Este esporófito produz esporos por meiose, que germinam e se transformam num gametófito da geração seguinte. Este ciclo, de gametófito a gametófito, é a forma pela qual plantas e muitas algas sofrem reprodução sexual.

Distinções

A face inferior de um frond Dicksonia Antarctica mostrando o sori, ou estruturas de sustentação do esporo.

A distinção de “vida livre” é importante, porque todos os organismos sexualmente reprodutores podem ser considerados como envolvendo fases alternadas, pelo menos a nível celular como meiose. No entanto, nem todos os biólogos concordam. É frequentemente afirmado que a alternância de gerações se refere tanto ao estágio diplóide como haplóide sendo “multicelular” e isto é mais importante do que “vida livre” (Taylor T.N. et al. 2005). Tal distinção muda o conceito para uma separação entre animais e plantas.

Todas as plantas têm estágios esporófitos diplóides e esporófitos haplóides que são multicelulares, e as diferenças entre grupos de plantas estão nos tamanhos relativos, formas e habilidades tróficas das formas esporófitas ou gametófitas, assim como o nível de diferenciação nos gametófitos. Um exemplo seria comparar pólen e óvulos com tálio gametófito bissexual.

Biólogos reconhecem duas categorias de alternância: a primeira se as formas esporófita e gametófita são mais ou menos idênticas, alternância é chamada de isomórfica; e a segunda se as formas têm aparências muito diferentes, alternância é chamada de heteromórfica. Como foi observado acima, os termos aplicados a este tipo de ciclo de vida são chamados de diplobiótico, diplohaplôntico, haplodiplôntico ou dibiônico.

Heterogamia é um termo usado para descrever a alternância entre as fases partenogênica e sexualmente reprodutiva que ocorre em alguns invertebrados e vertebrados. Embora conceitualmente semelhante à “alternância de gerações”, a genética da heterogamia é significativamente diferente.

Fungi

Fungal mycelia são tipicamente haplóides. Quando micélios de diferentes tipos de acasalamento se encontram, eles produzem duas células multinucleadas em forma de bola, que se juntam através de uma “ponte de acasalamento”. Os núcleos passam de um micélio para o outro, formando um heterokaryon (que significa “núcleos diferentes”). Este processo é chamado plasmogamia. A fusão real para formar núcleos diplóides é chamada cariogamia, e pode não ocorrer até que esporângios sejam formados. A cariogamia produz um zigoto diplóide, que é um esporófito de curta duração que logo sofre meiose para formar esporos haplóides. Quando os esporos germinam, eles se desenvolvem em novos micélio.

Protistas

Alguns protistas passam por uma alternância de gerações, incluindo os moldes de lodo, foraminíferos e muitas algas marinhas.

O ciclo de vida dos moldes de lodo é muito parecido com o dos fungos. Os esporos haplóides germinam para formar células de enxame ou myxamoebae. Estes fundem-se num processo referido como plasmogamia e cariogamia para formar um zigoto diplóide. O zigoto desenvolve-se em plasmodium, e o plasmodium maduro produz, dependendo da espécie, um a muitos corpos frutiting contendo esporos haploid.

Foraminifera sofre uma alternação heteromorphic das gerações entre uma gamont haploid e uma fase agamont diploid. O organismo unicelular haplóide é tipicamente muito maior que o organismo diplóide.

Alternação de gerações ocorre em quase todas as algas marinhas. Na maioria das algas vermelhas, muitas algas verdes e algumas algas castanhas, as fases são isomórficas e de vida livre. Algumas espécies de algas vermelhas têm uma alternância trifásica complexa de gerações. As algas marrons são um exemplo de uma alga marrom com uma alternância heteromórfica de gerações. Espécies do gênero Laminaria têm um grande talo esporófito que produz esporos haplóides que germinam para produzir gametófitos fêmeas e machos microscópicos de vida livre.

Plantas

Plantas não vasculares

Gametophyte de gametófitos de fígado

Plantas não traqueófilas incluindo os hepáticos, os cornos e os musgos sofrem uma alternância de gerações; a geração de gametófitos é a mais comum. O gametófito haplóide produz gâmetas haplóides em gametangia multicelular. A gametangia fêmea é chamada arquegônio e produz ovos, enquanto as estruturas machos chamadas anterídio produzem espermatozóides. É necessária água para que os espermatozóides possam nadar até ao arquegónio, onde os óvulos são fertilizados para formar o zigoto diplóide. O zigoto evolui para um esporófito que depende do gametófito pai. Os esporófitos maduros produzem esporos haplóides por meiose nos esporângios. Quando um esporo germina, ele cresce em outro gametófito.

Plantas vasculares

Diagrama de alternância de gerações em samambaias.

Ferns e seus aliados, incluindo clubmoss e rabos de cavalo, reproduzem-se através de uma alteração de gerações. A planta notoriamente observada no campo é a esporófita diplóide. Esta planta cria por meiose esporos haplóides unicelulares, que são derramados e dispersos pelo vento (ou em alguns casos, por flutuação na água). Se as condições forem adequadas, um esporo germina e cresce até se tornar um corpo vegetal bastante discreto, chamado protalo.

O protalo haplóide não se assemelha ao esporófito, e como tal os fetos e seus aliados têm uma alternância heteromórfica de gerações. O protalo é de curta duração, mas realiza a reprodução sexual, produzindo o zigoto diplóide que então cresce do protalo como o esporófito.

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Reprodução mamífera e ciclo de vida precoce

Em mamíferos placentários, os descendentes nascem como juvenis: animais completos com os órgãos sexuais presentes embora não funcionais. Após vários meses ou anos, os órgãos sexuais desenvolvem-se ainda mais até à maturidade e o animal torna-se sexualmente maduro. A maioria dos mamíferos fêmeas só são férteis durante certos períodos e, durante esses períodos, diz-se que estão “no cio”. Neste ponto, o animal está pronto para acasalar. Os mamíferos macho e fêmea individuais se encontram e realizam a cópula.

Gestação, chamada de gravidez em humanos, é o período de tempo durante o qual o feto se desenvolve, dividindo-se através da mitose dentro da fêmea. Durante este tempo, o feto recebe toda a sua nutrição e sangue oxigenado da fêmea, filtrado através da placenta, que é ligada ao abdómen do feto através de um cordão umbilical. Quando o feto está suficientemente desenvolvido, os sinais químicos iniciam o processo de parto. O recém-nascido, que é chamado de criança em humanos, deve tipicamente iniciar a respiração por si só pouco tempo após o nascimento.

Em monotremes, as fêmeas põem ovos. Elas seguram os ovos internamente por várias semanas, fornecendo nutrientes, e depois os depositam e os cobrem como aves. Após menos de duas semanas as crias eclodem e rastejam para dentro da bolsa da sua mãe, tal como os marsupiais, onde se alimentam durante várias semanas à medida que crescem.

Os marsupiais reproduzem-se essencialmente da mesma forma, embora as suas crias nasçam numa fase de desenvolvimento muito mais precoce do que os outros mamíferos. Após o nascimento, os marsupiais rastejam para dentro da bolsa da mãe e se prendem a uma teta, onde recebem nutrição e acabam se desenvolvendo em animais auto-suficientes.

Teoria da história de vida

Na biologia animal e humana, a teoria da história de vida é um método de compreensão de comportamentos evoluídos e estratégias para otimizar o sucesso reprodutivo.

Teoria de história de vida é um quadro analítico amplamente utilizado em biologia, psicologia e antropologia evolutiva, que postula que muitos dos traços fisiológicos e comportamentos dos indivíduos podem ser melhor compreendidos em termos das características maturacionais e reprodutivas chave que definem o curso da vida.

Exemplos dessas características incluem:

• Idade do desmame
• Idade da maturidade sexual ou puberdade
• Tamanho corporal adulto
• Gramas de mortalidade específica
• Fecundidade específica
• Tempo da primeira actividade sexual ou acasalamento
• Tempo da primeira reprodução
• Duração da gestação
• Tamanho de luz
• Intervalo de nascimento

Variações nestas características reflectem diferentes afectações de recursos de um indivíduo (i.e., tempo, esforço e gasto energético) para funções de vida concorrentes, especialmente crescimento, manutenção do corpo e reprodução. Para qualquer indivíduo, os recursos disponíveis em qualquer ambiente em particular são finitos. O tempo, o esforço e a energia utilizados para um propósito diminuem o esforço de tempo, e a energia disponível para outro. Por exemplo, os recursos gastos no crescimento para um tamanho corporal maior não podem ser gastos aumentando o número de descendentes. Em termos gerais, os custos de reprodução podem ser pagos em termos de energia sendo desviada da reparação e manutenção do corpo e pela redução do investimento em competência imunológica.

• Dettmering, C., et al. 1998. O ciclo de vida trimórfico em foraminíferos: As observações das culturas permitem uma nova avaliação. European Journal of Protistology 34:363-368.
• Graham, L., J. Graham, e L. Wilcox. 2003. Biologia Vegetal. Upper Saddle River, NJ: Pearson Education.
• Raven, P. H., e G. B. Johnson. 1996. Biologia. Dubuque, IA: Wn.C. Brown Publishers.
• Roff, D. 1992. The Evolution of Life Histories (A Evolução das Histórias de Vida): Teoria e Análise. Nova York: Chapman & Hall.
• Stearns, S. 1992. A Evolução das Histórias de Vida. Oxford, Inglaterra: Oxford University Press.
• Taylor, T. N., et. al. 2005. Life history biology of early land plants (Biologia da história de vida das plantas terrestres primitivas): Compreender a fase de gametófito. Anais da Academia Nacional de Ciências 102:5892-5897.