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Esta é a 5ª edição da extensa obra de Gilbert, um clássico da biologia. O livro é dividido em 5 Partes e 23 capítulos. …

Esta é a 5ª edição da extensa obra de Gilbert, um clássico da biologia. O livro é dividido em 5 Partes e 23 capítulos.
Como aborda um aspecto muito amplo do desenvolvimento biológico, vou citar apenas as 5 Partes, que são bem genéricas, porque seu eu fosse me ater aos capítulos e temas, essa postagem ficaria muito longa. Mas já garanto que é um importante livro para se ter sempre à mão. E não se preocupe, pois neste único download a versão é completa.

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  • 1. Biologia do DesenvolvimentoQ U I N T A E D I Ç Ã O
  • 2. Biologia do DesenvolvimentoQ U I N T A E D I Ç Ã O Scott F. Gilbert Swarthmore College Tradução e Revisão Adolfo Max Rothschild Zuleika Rothschild Francisco A. de Moura Duarte Maria Helena Corrêa Marques
  • 3. A capa FOTOGRAFIA DA CAPA: O mRNA para o Fator 8 de Crescimento Fibroblástico pode ser detectado pela hibridização in situ da montagem total usando RNA marcado quimicamente que é complementar a essa mensagem. No embrião de pinto de 3 dias, a mensagem do Fgf8 é encontrada no ectoderma mais distal dos brotos dos membros, no limite entre o cérebro posterior e o cérebro intermediário, nos somitos, nos arcos branquiais do pescoço e na cauda em desenvolvimento. O FGF8 é importante para diversos processos desenvolvimentais e desempenha papéis críticos no crescimento dos membros e na padronização do desenvolvimento do cérebro. Capítulos 3, 7 e 18. (Fotografia cortesia de E. Laufer, C.-Y. Yeo e C. Tabin.) FOTOGRAFIA DA CONTRACAPA: Fotografia de um embrião de pinto de 20-21 dias nos estágios de “pipping” (bicando a casca internamente) e pré-eclosão. Note o revestimento peridérmico proeminente na extremidade do bico (dente do ovo), usado pelo pinto para fazer buracos na casca do ovo, a qual se tornou mais fina e mais quebradiça, como uma conseqüência da utilização de minerais pelo embrião para seu crescimento esquelético. Esse estágio desenvolvimental marca a transição do embrião em um pinto que respira ar. Capítulos 1 e 5. (Fotografia do International Poultry Journal, cortesia de R. Tuan.) As páginas de título PÁGINAESQUERDA: Aexpressão gênica gera limites nos discos imagi- nais da Drosophila. Os discos grandes e pequenos dentro da larva da mosca formam as asas e os halteres, respectivamente, no adulto. Nes- se estágio, a proteína Apterous (vermelho) é expressa somente nos compartimentos dorsais; a proteína Cubitus interruptus (azul) mar- ca os compartimentos anteriores (mas não os posteriores) (uma linha formando esse limite pode ser observada). A coloração verde (origi- nária da proteína Vestigial) no interior demarca o limite entre o mem- bro livre e a articulação ligando-o à parede torácica. Capítulo 19. (Fo- tografia cortesia de J. Williams, S. Paddock e S. Carroll.) PÁGINA DIREITA: Expressão do gene paraxis no embrião de pinto no estágio de 6 somitos. Hibridização in situ da montagem total usando RNA marcado com “digoxygenin” complementar a uma porção da mensagem paraxis do pinto mostra a expressão desse gene durante a formação do somito. A proteína Paraxis é importante no estabeleci- mento da estrutura desses grupos mesodérmicos. Capítulos 2 e 9. (Montagem fotográfica cortesia de R. Tuan.) Do original: Developmental biology, Fifth Edition Copyrigth ® 1997 by Sinauer Associates, Inc. Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do livro, SP, Brasil) _____________________________________ Gilbert, Scott F., 1949- Biologia do desenvolvimento / Scott F. Gilbert. -- 5. ed. -- Ribeirão Preto, SP : FUNPEC Editora, 2003. Título original : Developmental biology Vários tradutores e revisores. Bibliografia. ISBN 85-87528-61-0 1. Biologia do desenvolvimento I. Título. 03-4459 CDD-571.8 _____________________________________ Índices para catálogo sitemático: 1. Bilogia do Desenvolvimento: Ciências da vida 571.8 Direitos para a língua portuguesa cedidos pela Sinauer Associates, Inc. para a Fundação de Pesquisas Científicas de Ribeirão Preto que se reserva a propriedade desta tradução. Proibida a reprodução dos textos originais, mesmo parcial e por qualquer processo, sem autorização da editora.
  • 4. Para Daniel, Sarah, e David
  • 5. Tabela de Conteúdos Introdução ao desenvolvimento animal 1 O objetivo da biologia do desenvolvimento 1 Os problemas da biologia do desenvolvimento 2 Os estágios do desenvolvimento animal 3 Nossa herança eucariótica 5 Desenvolvimento entre eucariotos unicelulares 6 Controle da Morfogênese no Desenvolvimento em Acetabulária 6 Diferenciação em Ameboflagelados Naegleria 10 As Origens da Reprodução Sexual 12 Eucariotos coloniais: A evolução da diferenciação 16 As Volvocaceanas 16 Informações adicionais & Especulações Sexo e Individualidade em Volvox 18 Diferenciação e Morfogênese em Dictyostelium 21 Informações adicionais & Especulações Evidência e Anticorpos 25 Informações adicionais & Especulações Como o Grex Sabe Qual Lado Está Para Cima 27 Padrões desenvolvimentais entre metazoários 28 Os Poríferos 29 Protostomatas e Deuterostomatas 30 PARTE I Introdução à Biologia do Desenvolvimento 1 Genes e desenvolvimento: Introdução e técnicas 35 As origens embriológicas da teoria dos genes 35 Núcleo ou Citoplasma: Qual Controla a Hereditariedade? 35 O Cromossomo X como uma Ponte Entre Genes e Desenvolvimento 37 A cisão entre a embriologia e a genética 38 Primeiras tentativas da genética do desenvolvimento 39 Evidência para a equivalência genômica 40 Metaplasia 40 Clonagem de Anfibios: A Restrição da Potência Nuclear 42 Clonagem de Anfíbios: A Pluripotência de Células Somáticas 43 Informações adicionais & Especulações Clonando Mamíferos por Prazer e Lucro 45 Sobre E.coli e elefantes: O modelo operon 47 Síntese diferencial de RNA 49 Hibridização de ácido nucléico 54 Clonagem de DNA genômico 55 Hibridização de DNA: entre e intra espécies 58 Seqüenciamento de DNA 59 Análise de mRNA através de bibliotecas de cDNA 61 Técnicas de localização de RNA 63 Hibridização In Situ 63 Transferências Northern 64 2
  • 6. Tabela dos Conteúdos vii Encontrando mensagens raras pela reação da polimerase em cadeia 66 Determinando a função do gene: células e organismos transgênicos 69 Técnicas de inserção de DNA novo em uma célula 69 Camundongos quiméricos 70 Experimentos com genes com endereçamento (Gene targeting ou Knockout) 70 Determinando a função de uma mensagem: RNA antisense 73 Reinvestigação de velhos problemas com novos métodos 73 Uma conclusão e um alerta 75 Base celular da morfogênese: Afinidade celular diferencial 79 Afinidade celular diferencial 80 O modelo termodinâmico de interações celulares 84 Informações adicionais & Especulações Evidência para o modelo termodinâmico 87 A base molecular das adesões célula-célula 88 As classes de moléculas de adesão celular 88 Informações adicionais & Especulações Anticorpos monoclonais e genética reversa 89 Moléculas de adesão celular 92 Identificando moléculas de adesão celular e seu papel no desenvolvimento 92 Caderinas 92 CAMs da superfamília de imunoglobulinas 95 Moléculas da junção celular: proteínas da junção em fenda 97 A base molecular da afinidade célula-substrato 99 Afinidade diferencial a substrato 99 A matriz extracelular 99 Receptores celulares para moléculas da matriz extracelular 104 Adesão diferencial resultante de sistemas de adesão múltipla 106 Moléculas de receptores e vias de transdução de sinais 107 A via JAK-STAT 107 A via RTK-Ras 108 Informações adicionais & Especulações Mutações negativas dominantes em receptores 110 A via do inositol fosfato 111 Cruzamentos entre vias 112 A matriz extracelular e a superfície da célula como fontes de sinais críticos para o desenvolvimento 112 Interações recíprocas na superfície celular 113 3 PARTE II Padrões de Desenvolvimento Fertilização: Iniciando um novo organismo 121 Estrutura dos gametas 121 Espermatozóide 121 O óvulo 125 Reconhecimento do óvulo e do espermatozóide: Ação à distância 128 Atração do Espermatozóide 128 Ativação Espermática: A Reação Acrossômica no Ouriço-do-Mar 129 Informações adicionais & Especulações Ação à Distância: Gametas de Mamíferos 131 Reconhecimento do óvulo e espermatozóide: Contato de gametas 132 Reconhecimento Espécie-Específico em Ouriços- do-Mar 132 Ligação de Gametas e Reconhecimento em Mamíferos 135 Fusão de gametas e a prevenção da polispermia 139 Fusão entre as membranas do óvulo e do espermatozóide 139 Prevenção da Polispermia 140 Informações adicionais & Especulações A Ativação do Metabolismo dos Gametas 147 Ativação do metabolismo do óvulo 149 Respostas precoces 149 Respostas tardias 151 Fusão do material genético 152 Informações adicionais & Especulações A Não-Equivalência dos Pronúcleos de Mamíferos 154 Rearranjo do citoplasma do óvulo 156 Preparação para a Clivagem 158 Clivagem: Criando multicelularidade 167 PADRÕES DE CLIVAGEM EMBRIONÁRIA 168 Clivagem holoblástica radial 169 A holotúria, Synapta 169 Ouriço-do-Mar 170 Anfíbios 173 Clivagem holoblástica espiral 175 4 5
  • 7. viii Tabela dos Conteúdos Informações adicionais & Especulações Adaptação pela modificação da clivagem embrionária 178 Clivagem Holoblástica Bilateral 179 Clivagem holoblástica rotacional 180 Compactação 181 Informações adicionais & Especulações A Superfície da Célula e o Mecanismo de Compactação 184 Formação da massa celular interna 185 Fuga da Zona Pelúcida 185 Informações adicionais & Especulações Gêmeos e células embrionárias precursoras 186 Clivagem Meroblástica 188 Clivagem discoidal 189 Clivagem Superficial 192 Informações adicionais & Especulações Exceções, Generalizações, e Clivagem Parasítica da Vespa 195 MECANISMO DE CLIVAGEM 196 Regulando o ciclo da clivagem 196 Fator promotor de maturação 197 Informações adicionais & Especulações MPF e Seus Reguladores 198 O mecanismo citoesquelético da mitose 201 A formação de novas membranas 203 Gastrulação: Reorganizando as células embrionárias 209 Gastrulação em ouriço-do-mar 210 Ingresso do Mesênquima Primário 210 Primeiro estágio da invaginação do arquêntero 215 Segundo e terceiro estágios da invaginação do arquêntero 217 Gastrulação em peixes 218 A transição da blástula intermediária e a aquisição de motilidade celular 218 Formação das camadas germinais 220 Gastrulação de anfíbios 221 Movimentos celulares durante a gastrulação de anfíbios 221 Posicionando o blastóporo 224 Movimentos celulares e a construção do arquêntero 226 Migração do mesoderma involutivo 229 Informações adicionais & Especulações Reguladores moleculares do desenvolvimento: Fibronectinas e as vias da migração mesodérmica 230 Epibolia do ectoderma 232 Gastrulação em aves 233 Generalidades sobre gastrulação em aves 233 6 Mecanismos de gastrulação em aves 238 Gastrulação em mamíferos 242 Modificações para desenvolvimento dentro de outro organismo 242 Formação de membranas extra-embrionárias 245 Iníciododesenvolvimentovertebrado: Neurulação e ectoderma 253 FORMAÇÃO DO SISTEMA NERVOSO CENTRAL 254 Neurulação: aspectos gerais 254 Neurulação primária 255 A mecânica da neurulação primária 257 A formação da placa neural 257 Formação do assoalho da placa neural 258 A modelagem e dobramento da placa neural 259 Fechamento do tubo neural 260 Informações adicionais & Especulações A modelagem dorsoventral do sistema nervoso 264 Neurulação secundária 264 Diferenciação do tubo neural 265 Formação das regiões do cérebro 265 Informações adicionais & Especulações Determinando as regiões do cérebro anterior e cérebro médio 268 Arquitetura de Tecido no Sistema Nervoso Central 270 Organização do cerebelo 272 Organização cerebral 274 Tipos de neurônios 276 Desenvolvimento do olho em vertebrados 279 Dinâmica do desenvolvimento ótico 279 Diferenciação da retina neural 280 Informações adicionais & Especulações Porque os bebês não enxergam bem 282 Diferenciação do cristalino e da córnea 283 A CRISTA NEURAL 284 A crista neural e seus derivados 284 A crista neural do tronco 285 Vias de migração das células da crista neural do tronco 285 A matriz extracelular e a migração da crista neural do tronco 287 Informações adicionais & Especulações Análise das mutações que afetam o desenvolvi- mento das células da crista neural 290 A potência do desenvolvimento das células da crista neural do tronco 291 Diferenciação final das células da crista neural 292 A crista neural cefálica 293 Vias migratórias das células da crista neural cefálica 293 Potência de desenvolvimento das células da crista neural cefálica 295 7
  • 8. Tabela dos Conteúdos ix A crista neural cardíaca 296 A EPIDERME E A ORIGEM DAS ESTRUTURAS CUTÂNEAS 297 A origem das células epidérmicas 297 Apêndices cutâneos 299 Conclusões 300 Especificidade axônica 307 A geração da diversidade neuronial 307 Especificação do Neurônio Motor de Vertebrado 308 Especificação dos Neurônios Motores em Drosophila 310 Formação de padrões no sistema nervoso 312 Seleção de trajetórias: Orientação pela matriz extracelular 313 Orientação pelo Terreno Físico: Orientação por Contato 313 Orientação para Gradientes de Adesão: Haptotaxia 314 Condução por Sinais Migratórios específicos do Axônio: A Hipótese das Trajetórias Marcadas 315 Orientação pela Repulsão Específica de Cones de Crescimento 317 Informações adicionais & Especulações Sexo,Odor e Adesão Específica 319 Seleção de trajetória: Orientação por moléculas difusíveis 320 Sinais para condução múltipla 323 Neurônios Motores Vertebrados 323 Axônios da Retina 325 Seleções de alvos 326 Especificidades Adesivas em Diferentes Regiões do Tectum 328 Seleção de endereço: Desenvolvimento dependente de atividade 331 Sobrevivência diferencial após a inervação: Fatores neurotróficos 331 Informações adicionais & Especulações Neurônios Fetais em Hospedeiros Adultos 334 O desenvolvimento de comportamentos: constância e plasticidade 334 8 Início do desenvolvimento vertebrado: Mesoderma e endoderma 341 MESODERMA 341 Mesoderma dorsal: A notocorda e a diferenciação dos somitos 341 Mesoderma Paraxial 341 Somitômeros e a Iniciação da Formação do Somito 343 Geração de Tipos de Células Somíticas 344 Miogênese: Diferenciação do Músculo Esquelético 347 Informações adicionais & Especulações Construção Muscular e a Família MyoD de Reguladores Transcricionais 349 Osteogênese: O Desenvolvimento dos Ossos 351 Informações adicionais & Especulações Controle da Condrogênese na Placa de Crescimento 357 Mesoderma da Placa Lateral 358 Formação das Membranas Extra-Embrionárias 359 O Coração 361 Formação dos vasos sangüíneos 366 Informações adicionais & Especulações Redirecionando o Fluxo Sangüíneo no Mamífero Recém-nascido 372 O Desenvolvimento de células sangüíneas 373 O Conceito de Célula-tronco 373 Células-tronco Pluripotenciais e Microambientes Hematopoéticos 374 Desenvolvimento Osteoclástico 377 Locais de Hematopoiese 378 ENDODERMA 380 Faringe 380 O tubo digestivo e seus derivados 382 Fígado, Pâncreas e Vesícula Biliar 382 O Tubo Respiratório 383 9
  • 9. x Tabela dos Conteúdos Regulação transcricional da expressão gênica: Fatores de transcrição e a ativação de promotores específicos 391 Éxons e Íntrons 392 Estrutura e função do promotor 394 Estrutura do promotor 396 Função do promotor 397 Informações adicionais & Especulações RNA polimerase e os fatores trans-reguladores no promotor 399 Estrutura e função dos intensificadores 402 Necessidade de intensificadores 402 Função do intensificador: Modelos temporais e espaciais de transcrição 403 Fatores de transcrição: Os trans-reguladores dos promotores e dos intensificadores 404 Proteínas de homeodomínio 405 Os fatores de transcrição POU 406 Informações adicionais & Especulações Regulação da transcrição dos genes de cadeia leve das imunoglobulinas 409 Fatores de transcrição básicos do tipo hélice-alça- hélice 415 Informações adicionais & Especulações Regulando as proteínas bHLH miogênicas: Governando a troca entre proliferação e diferenciação de células musculares 416 Fatores de transcrição do zíper básico da leucina 416 Informações adicionais & Especulações Armadilhas do intensificador: natural e experimental 418 Fatores de Transcrição Dedo de Zinco 420 Receptores Nucleares de Hormônios e Seus Elementos Responsivos a Hormônios 420 Proteínas que dobram o DNA 423 Ativação dependente de contexto ou silenciamento 423 Regulação da atividade do fator de transcrição 425 Regulação transcricional da expressão gênica: A ativação da cromatina 431 Nucleossomos e a ativação da cromatina reprimida 431 Acessibilidade a fatores trans-reguladores 432 Sítios hipersensíveis à DNAase I 434 PARTE III Mecanismo da Diferenciação Celular 10 Ruptura e reorganização de nucleossomos: o papel dos complexos de ruptura 436 Ruptura e reorganização de nucleossomos: o papel da competição de histonas 437 Regiões de controle de loco: transcrição do gene da globina 437 Informações adicionais & Especulações Trocas no gene de globina 440 Metilação de DNA e atividade gênica 442 Correlações entre metilação do promotor e inatividade gênica 442 Metilação e a manutenção dos padrões de transcrição 443 Informações adicionais & Especulações Metilação e impressão gênica 444 Compensação de dosagem do cromossomo X de mamíferos 446 Informações adicionais & Especulações O mecanismo de inativação do cromossomo X 449 Associação do DNA ativo com a matriz nuclear 451 Ligação da cromatina ativa a uma matriz nuclear 451 Topoisomerases e a transcrição gênica 453 Isoladores e domínios 454 Resumo 455 Controle do desenvolvimento pelo processamento e tradução diferencial do RNA 461 CONTROLE DO DESENVOLVIMENTO PELO PROCESSAMENTO DIFERENCIAL DE RNA 461 Controle do desenvolvimento precoce pela seleção de RNA nuclear 462 Os mecanismos de emenda de RNA: Spliceosomes 465 Emenda alternativa do RNA: Criando proteínas alternativas a partir do mesmo gene 466 Um gene, Muitas Proteínas Relacionadas 466 Processamento Alternativo de RNA e Determinação Sexual em Drosophila 468 Uso Disseminado do Processamento de RNA para o Controle da Expressão Gênica 471 REGULAÇÃO DA TRADUÇÃO DOS PROCESSOS DESENVOLVIMENTAIS 471 Mecanismos da tradução eucariótica 472 Controle da síntese protéica pela longevidade diferencial do mRNA 474 Degradação Seletiva de mRNAs 475 Controle da tradução de mensagens do oócito 476 11 12
  • 10. Tabela dos Conteúdos xi Caracterização de RNAs Mensageiros Armazenados em Oócitos 477 Informações adicionais & Especulações Determinando o Destino Celular por Meio do mRNA Localizado do Oócito 480 Mecanismos para a regulação da tradução das mensagens dos oócitos 481 A Hipótese da Mensagem Materna Mascarada 482 A Hipótese da Cauda Poli(A) 483 A Hipótese da Eficiência da Tradução 486 Outros sistemas de ativação do mRNA: Mensagens sem “Cap” e Mensagens Seqüestradas 486 Informações adicionais & Especulações A Ativação do Genoma Embrionário 488 Regulação dos genes da tradução em larvas e adultos 490 Determinação de Gametas em C. elegans 490 RNA Antisenso Natural 491 “Disjuntores” do Controle da Tradução 492 Editoração do RNA 493 Controle da tradução e síntese protéica coordenada: Produção de Hemoglobina 494 Epílogo: Regulação Pós-tradução 497 Especificação celular autônoma por determinantes citoplasmáticos 505 Comprometimento celular e diferenciação 505 Pré-formação e epigênese 507 Os Teratologistas Franceses 509 Especificações autônomas em embriões de tunicados 510 O determinante formador de músculos do crescente amarelo 511 Especificação citoplasmática das linhagens endodérmicas e epidérmicas e o eixo ântero- posterior 514 Localização citoplasmática em embriões de moluscos 515 O lóbulo polar 517 Especificação celular no nematódeo Caenorhabditis elegans 521 Controle maternal da identidade do blastômero: O controle genético das células progenitoras faríngeas de C. elegans 524 Regulação em C. elegans 527 Informações adicionais & Especulações “Ser ou Não Ser: Esse é o Fenótipo” 529 Divisões celulares assimétricas no desenvolvimento tardio 530 Localização citoplasmática de determinantes de células germinativas 531 Determinação de células germinativas em nematódeos 531 Determinação da célula germinativa em insetos 532 Componentes do plasma polar da Drosophila 534 Determinação de células germinativas em anfíbios 536 Resumo 538 PARTE IV Especificação do Destino Celular e os Eixos Embrionários 13 A genética da especificação axial em Drosophila 543 Resumo do desenvolvimento de Drosophila 543 AS ORIGENS DA POLARIDADE ÂNTERO-POSTERIOR 545 Visão Panorâmica 545 Os genes de efeito materno 546 Evidência Embriológica da Regulação da Polaridade pelo Citoplasma do Oócito 546 O Modelo Molecular: Gradientes Protéicos no Embrião Precoce 547 Informações adicionais & Especulações Modelos de Gradientes da Informação Posicional 551 Evidência que o Gradiente da Proteína Bicoid Constitui o Centro de Organização Anterior 552 O Centro de Organização Posterior: Localizando e Ativando o Produto de nanos 556 O Grupo Gene Terminal 557 Os genes da segmentação 559 Uma Visão Panorâmica 559 Os Genes de gap 561 Os Genes pair-rule 563 Os Genes de Polaridade Segmentar 565 Os genes de Seleção homeótica 569 Padrões de Expressão dos Genes Homeóticos 569 Iniciando os Padrões da Expressão dos genes Homeóticos 572 Mantendo os Padrões de Expressão dos genes Homeóticos 572 Os Elementos Cis-Reguladores e o Complexo Bithorax 574 14
  • 11. xii Tabela dos Conteúdos Informações adicionais & Especulações Regulação Molecular do Desenvolvimento: As Proteínas do Homeodomínio 576 A GERAÇÃO DA POLARIDADE DORSOVENTRAL EM DROSOPHILA 577 A proteína Dorsal: Morfógeno para a polaridade dorsoventral 577 Translocação da Proteína Dorsal 577 Provendo o sinal assimétrico para a translocação da proteína Dorsal 578 Sinal do Núcleo do Oócito para as Células Foliculares 578 Sinalização das Células Foliculares para o Citoplasma do Oócito 580 O Estabelecimento do Gradiente da Proteína Dorsal 581 PRIMÓRDIOS DE ÓRGÃOS E EIXOS 585 O modelo de coordenadas cartesianas e a especificação dos primórdios dos órgãos 585 Resumo: Alguns princípios do desenvolvimento da Drosophila 586 Especificação do destino celular por interações célula-célula progressivas 591 Desenvolvimento regulativo 591 Testando a teoria do plasma germinativo 592 August Weismann: A teoria do plasma germinativo 592 Wilhelm Roux: Desenvolvimento em mosaico 593 Hans Driesch: Desenvolvimento Regulativo 594 Sven Hörstadius: Potência e gradientes em oócitos 597 Formação de um organismo integrado: Restringindo a potência das células vizinhas 598 Regulação durante o desenvolvimento de anfíbios 600 Hans Spemann: Determinação progressiva das células embrionárias 600 Hans Spemann e Hilde Mangold: Indução embrionária primária 603 O centro de Nieuwkoop 606 A formação do centro de Nieuwkoop e a polaridade mesodérmica 606 A especificação da polaridade dorsoventral na fertilização 607 A base molecular da indução mesodérmica 609 Estabelecendo a regionalização dorsal: o possível papel da β-catenina 609 O funcionamento do centro de Nieuwkoop: funções para Vg1 e Noggin 610 Indução de especificidade mesodérmica ventral e lateral 612 A criação da atividade do organizador 613 Proteínas secretadas do organizador 613 Informações adicionais & Especulações BMP4 e a lagosta de Geoffroy 616 Fatores de transcrição induzidos no organizador 619 Informações adicionais & Especulações Como o Organizador Neuraliza o Ectoderma? 621 A especificidade regional de indução 621 A determinação das diferenças regionais 621 O modelo do duplo gradiente 623 Correlatos moleculares da caudalização neural 624 Informações adicionais & Especulações Sinais verticais e horizontais do organizador 626 Genes homeobox na especificação neural 628 Competência e cascatas indutivas 628 Estabelecimento dos eixos corporais em mamíferos e aves 635 Iniciando o eixo ântero-posterior 635 Estabelecendo um Centro de Nieuwkoop 635 Expressão Gênica em Tecidos Organizadores 636 Especificando o eixo ântero-posterior de mamífero: A hipótese do código Hox 637 Homologia dos Complexos de Genes Homeóticos entre Drosophila e Mamíferos 637 Expressão de Genes Hox no Sistema Nervoso Central e seus Derivados 638 Análise Experimental de um Código Hox: Gene Alvo 640 Transformação Parcial de Segmentos por Eliminação de Genes Hox Expressos no Tronco 642 Análise Experimental do Código Hox: Teratogênese do Ácido Retinóico 643 Evidência para um Código Hox da Anatomia Comparada 645 Informações adicionais & Especulações Animais como Variações sobre o Mesmo Tema Desenvolvimental 646 Eixos dorsoventral e esquerdo-direito em mamíferos e aves 647 15 16
  • 12. Tabela dos Conteúdos xiii Interações proximais de tecidos: Indução secundária 655 Interações instrutivas e permissivas 655 Competência e receptores 656 Fatores parácrinos 657 Os Fatores de Crescimento Fibroblástico 658 A família hedgehog 659 A família Wnt 660 A superfamília TGF-ß 661 Sinalização Justácrina 662 Interações epitélio-mesênquima 663 Especificidade Regional da Indução 663 Especificidade Genética da Indução 666 Cascatas de indução embrionária: Indução do cristalino 667 Os Fenômenos da Indução do Cristalino 667 A Base Celular da Indução do Cristalino 668 Formação da Córnea 672 Formação de órgãos parenquimatosos 672 Morfogênese do Rim de Mamífero 673 Os Mecanismos da Organogênese Renal 676 Informações adicionais & Especulações Diferenciação Coordenada e Morfogênese no Dente 682 Mecanismos de ramificação na formação de órgãos parenquimatosos 683 A Matriz Extracelular como um Elemento Crítico na Ramificação 684 Fatores Parácrinos Efetuando Padrões de Ramificação 686 Indução ao nível de uma única célula 687 Indução Vulvar no Nematóide Caenorhabditis elegans 690 Informações adicionais & Especulações Interações Célula-Célula e Possibilidade na Determinação de Tipos Celulares 692 Desenvolvimento do membro de tetrápode 701 Padronização no membro 701 Formação do broto do membro 702 O campo do membro 702 Especificação dos campos do membro: Genes Hox e ácido retinóico 703 Crescimento do broto de membro precoce: fatores de crescimento dos fibroblastos como indutores do broto do membro 704 Indução da crista ectodérmica apical 704 Produção do eixo próximo-distal dos membros 706 A crista ectodérmica apical: O componente ectodérmico 706 A zona progressiva: O componente mesodérmico 708 Genes Hox e a especificação do eixo próximo- distal do membro 709 Interações entre a AER e a zona progressiva 711 Mutações nas interações entre a zona progressiva e a AER 711 Informações adicionais & Especulações A regeneração dos membros da salamandra e a retenção do eixo próximo-distal 714 Especificação do eixo ântero-posterior dos membros 716 A zona de atividade polarizante 716 Sonic hedgehog como definidor da ZPA 717 Interações entre a AER e a ZPA para integrar crescimento e padrão 718 Especificando a ZPA 721 A produção do eixo dorsoventral 721 Distinguindo o membro anterior do membro posterior 722 Informações adicionais & Especulações Lições de limbless 724 Morte celular e a formação de dígitos 724 Informações adicionais & Especulações Evolução do membro tetrápode 726 Interações celulares à distância: Hormônios como mediadores do desenvolvimento 733 Metamorfose: o direcionamento hormonal do desenvolvimento 733 Metamorfose anfíbia 734 Controle hormonal da metamorfose de anfíbios 735 Respostas Moleculares aos Hormônios da Tireóide Durante a Metamorfose 740 Informações adicionais & Especulações Heterocronia 743 Metamorfose em insetos 746 Eversão e Diferenciação dos Discos Imaginais 746 Informações adicionais & Especulações A determinação dos discos imaginais da perna e da asa 750 Remodelação do sistema nervoso 753 PARTE V Interações Celulares Durante a Formação do Órgão 17 18 19
  • 13. xiv Tabela dos Conteúdos Controle Hormonal da Metamorfose de Insetos 754 A biologia Molecular da Atividade da Hidroxiecdisona 757 Informações adicionais & Especulações Controle ambiental sobre a forma e a função da larva 761 Interações hormonais múltiplas no desenvolvimento da glândula mamária 762 Estágio embrionário 762 Adolescência 765 Gravidez e lactação 765 Determinação do sexo 773 Determinação cromossômica do sexo em mamíferos 774 Determinação Sexual Primária 774 Determinação Secundária do Sexo 774 As Gônadas em Desenvolvimento 775 Determinação sexual primária dos mamíferos: Genes cromossômicos Y para a determinação dos testículos 777 SRY: O Determinante Sexual do Cromossomo Y 778 Determinação sexual primária em mamíferos: Genes autossômicos na determinação de testículos 780 SOX9: Reversão Autossômica na Displasia Campomélica 780 SF1: A Ligação Entre SRY e as Trajetórias Desenvolvimentais Masculinas 780 Determinação sexual primária em mamíferos: Desenvolvimento ovariano 781 DAX1: Um Potencial Gene Determinante de Ovário no Cromossomo X 781 Wnt4a: Um Potencial Gene Determinante de Ovário em um Autossomo 781 Determinação sexual secundária em mamíferos 782 Regulação Hormonal do Fenótipo Sexual 782 Testosterona e Diidrotestosterona 783 Hormônio Anti-Mülleriano 784 O Sistema Nervoso Central 785 Informações adicionais & Especulações O Desenvolvimento de Comportamentos Sexuais 787 Determinação sexual cromossômica em Drosophila 788 A Via do Desenvolvimento Sexual 788 O Gene Sex-lethal como o Pivô para a Determinação do Sexo 790 Os Genes transformer 793 doublesex: O Gene Comutador da Determinação Sexual 793 Genes-alvo para a Cascata de Determinação Sexual 794 Hermafroditismo 795 Hermafroditismo no Nematóide C. elegans 795 Hermafroditismo em Peixes 797 Determinação ambiental do sexo 798 Determinação Sexual Dependente de Temperatura em Reptéis 798 Determinação Sexual Dependente da Localização em Bonellia viridis e Crepidula fornicata 799 Resumo 800 Regulação ambiental do desenvolvimento animal 805 REGULAÇÃO AMBIENTAL DO DESENVOLVIMENTO NORMAL 806 Sugestões ambientais usadas pelos organismos para completar seus desenvolvimentos 806 A colonização larval 806 Refeições de sangue 808 Simbiose no desenvolvimento 808 Diferenças ambientais previsíveis como sugestões para o desenvolvimento 810 Sazonalidade e sexo: Afídios e Volvox 810 Diapausa 812 Plasticidade fenotípica: Polifenismo e regras de reação 813 Polifenismo sazonal em borboletas 814 Polifenismo nutricional 816 Determinação sexual dependente do ambiente 817 Fatores ambientais imprevisíveis controlando o desenvolvimento animal 818 Defesas induzíveis contra a predação 819 Plasticidade fenotípica e mudanças no ambiente 820 Informações adicionais & Especulações Assimilação Genética 821 A contínua plasticidade do desenvolvimento 822 O sistema imune: Desenvolvimento no adulto 822 Aprendizado: Um sistema nervoso adaptável ao ambiente 823 DISTÚRBIOS AMBIENTAIS DO DESENVOLVIMENTO NORMAL 827 Malformações e distúrbios 827 Agentes teratogênicos 828 Ácido retinóico como um teratogênico 829 Talidomida como um teratogênico 830 Álcool como um teratogênico 833 Outros agentes teratogênicos 835 Informações adicionais & Especulações Estrógenos Ambientais 836 Interações genética-ambiental 837 Resumo 837 20 21
  • 14. Tabela dos Conteúdos xv A saga da linhagem germinativa 843 Migração das células germinativas 843 Migração das Células Germinativas em Anfíbios 843 Migração das Células Germinativas em Mamíferos 844 Informações adicionais & Especulações Teratocarcinomas e Células-Tronco Embrionárias 847 Migração de Células Germinativas em Aves e Répteis 848 Migração de Células Germinativas Primordiais em Drosophila 849 Meiose 850 Informações adicionais & Especulações Grandes Decisões: Mitose ou Meiose? Espermatozóide ou Óvulo? 853 Espermatogênese 855 Espermiogênese 857 Informações adicionais & Especulações Expressão Gênica Durante o Desenvolvimento do Espermatozóide 858 Oogênese 860 Meiose oogênica 860 Maturação do Oócito em Anfibios 861 Conclusão da meiose: Progesterona e Fecundação 864 Transcrição Gênica em Oócitos 865 Oogênese Meroística em Insetos 867 Informações adicionais & Especulações A Origem dos Eixos Embrionários de Drosophila Durante a Oogênese 869 Oogênese em Mamíferos 870 Informações adicionais & Especulações O Reinício da Meiose nos Oócitos de Mamíferos 875 Mecanismos desenvolvimentais da mudança evolucionária 883 “Unidade de Tipo” e “Condições de Existência” 883 A Síntese de Charles Darwin 883 E. B.Wilson e F. R. Lillie 885 A evolução do desenvolvimento precoce: E. Pluribis Unum 885 A emergência dos embriões 885 Formação de um Novo Filo: Modificando os Caminhos do Desenvolvimento 887 Modularidade: O pré-requisito para mudança evolutiva através do desenvolvimento 891 Modularidade 891 Dissociação: Heterocronia e Alometria 891 Duplicação e Divergência 893 Co-opção 894 Progressão correlacionada 896 Restrições ao desenvolvimento 898 Restrições Físicas 898 Restrições Morfogenéticas 898 Restrições Filéticas 899 Evolução Conjunta do Ligante e Receptor: Isolamento Reprodutivo 901 O mecanismo genético do desenvolvimento da mudança evolucionária: Genes reguladores homólogos 902 Pax6 e o desenvolvimento do olho 902 BMP4 e a Morfogênese dos Membros 904 Genes Hox e a Evolução dos Vertebrados 905 Genes Hox e a Evolução dos Artrópodes 907 Caminhos homólogos do desenvolvimento 909 Criando novos tipos de células: O mistério evolucionário básico 911 Uma nova síntese evolucionária 912 Fontes Para as Citações das Aberturas dos Capítulos C-1 Índice de Autores IA-1 Índice de Assuntos IA-2 Índice de Abreviaturas IA-3 22 23
  • 15. s últimos anos do século 20 encontram a biologia do desenvolvi- mento retornando à posição que ela ocupou no início do século: a disciplina que unifica os estudos da hereditariedade, evolução e fisiologia. Em 1896, a primeira edição de B. Wilson do The Cell in Development and Inheritance anunciou “a verdade maravilhosa que uma única célula pode conter em seu interior sua extensão microscópica da soma-total da herança das espécies.” Hoje, a biologia do desenvolvimento está na vanguarda desse estudo de nossa herança natural. Nos seus aspectos moleculares, ela toca a química física na sua investigação dos mecanismos bioquímicos pelos quais proteínas diferentes são produzidas em células diferentes do mesmo geno- ma. Ela também está na liderança dos estudos evolucionários que procuram entender como mudanças macroevolucionárias ocorreram. Ela abriu recen- temente uma área nova da biologia do desenvolvimento ecológico, onde mu- danças ambientais são vistas criando alterações no desenvolvimento do organismo. Durante os últimos 3 anos, a biologia do desenvolvimento tam- bém expandiu para a medicina, fundindo-se com a genética clínica para criar uma ciência revitalizada da embriologia humana, uma ciência que já se tornou importante na explanação das malformações congênitas. A quinta edição do Biologia do Desenvolvimento foi revisada e reescrita para refletir essas revoluções que estão acontecendo. Aconteceram quatro mudanças importantes na estrutura do livro desde sua última edição. Pri- meiro, tornou-se impossível discutir os princípios fundamentais da em- briologia sem o conhecimento da atividade gênica ou vias da transdução de sinais. Portanto, essa informação foi trazida dentro da seção introdutória do livro de modo que interações celulares, tais como fertilização e indução, podem ser apreciadas tanto no âmbito molecular quanto no morfológico. Segundo, novo interesse nos efeitos do ambiente no desenvolvimento normal e anormal conduziu a um novo capítulo. O Capítulo 21, “Regulação Ambiental do Desenvolvimento Animal,” diz respeito às vias pelas quais o meio ambiente afeta o fenótipo do organismo. Interesse na proteção ambiental e em controvérsias envolvendo a possibilidade de poluentes teratogênicos forçaram uma nova percepção das influências que o meio ambiente repre- senta no desenvolvimento normal e anormal. Na verdade, os biologistas do desenvolvimento podem rapidamente encontrar-se à frente dos movimen- tos da conservação ecológica. As primeiras quatro edições deste livro bus- caram integrar abordagens molecular, celular e orgânica à biologia do de- senvolvimento; esta edição adiciona a dimensão ecológica. Terceiro, esta edição introduz novas ênfases nos papéis dos fatores parácrinos no desenvolvimento. Não somente os estudos da transdução de sinais estão colocados na seção introdutória deste livro, como a Parte V O Prefácio
  • 16. Prefácio xvii da Quinta Edição inicia com uma visão geral das famílias do fator de cres- cimento fibroblástico, TGF-β, Wnt e Hedgehog dos fatores de crescimento e diferenciação. Quarto, este livro está conectado a um website onde estudantes e pro- fessores podem encontrar mais material em muitos tópicos selecionados. Tal material inclui (1) detalhes de experimentos que são extremamente especializados para serem colocados no texto, (2) informação histórica so- bre áreas particulares da biologia do desenvolvimento e personalidades envolvidas, (3) implicações médicas de fenômenos particulares do desen- volvimento, (4) debates ou comentários em questões relevantes para o cam- po, e (5) atualizações do material do texto nessa área da biologia de cresci- mento cada vez mais rápido. Filmes e entrevistas gravadas estão incluídas e esses artigos de destaque poderão ser expandidos à medida que a tecnologia os tornar mais fáceis para serem usados. Esse website está conectado tam- bém a outros websites e podem ser usados para enriquecer a perspectiva de alguém sobre o que está acontecendo no desenvolvimento animal. A presen- ça de um website nos permite manter o direcionamento deste livro às pesso- as para as quais isso foi originalmente pretendido: estudantes dos últimos anos da graduação e do início da pós-graduação. Ele também me ajudou a não deixar o livro tornar-se um substituto para peso de papel. A visão de Roux foi que a biologia do desenvolvimento “algum dia cons- tituiria a base de todas as outras disciplinas biológicas e, em continuada simbiose com essas disciplinas, desempenharia uma parte proeminente nas soluções dos problemas da vida.” Essas foram palavras audaciosas, até mes- mo arrogantes há cem anos atrás; hoje, elas expressam uma aceitação ampla- mente sustentada. O desenvolvimento integra todas as áreas da biologia e desempenha um papel crucial em relacionar o genótipo ao fenótipo. O desen- volvimento pode ser estudado usando qualquer organismo e em qualquer nível de organização, de moléculas a filos. À medida que o campo continuar a se expandir e se aprofundar , uma palavra de advertência é requerida: a biologia do desenvolvimento não pode ser aprendida ou ensinada em um único semestre. Este texto é uma tentati- va para prover cada pessoa com material suficiente para seu curso, mas um instrutor não necessita se sentir culpado por não determinar todos os capí- tulos, e os estudantes não necessitam se sentir privados se eles não lerem todos os capítulos. Isto é o começo do caminho, não sua conclusão. Como usar o website Qualquer pessoa pode entrar no website através de sua homepage [http://zygote.swarthmore.edu/index.html] ou através da sua lista de ar- quivos de capítulos localizada no [http://zygote.swarthmore.edu/info.html]. Alternativamente, nós colocamos acessos específicos endereçados em todo o livro onde quer que exista uma entrada relevante no momento da publica- ção. Todos esses endereços começam com [http://zygote.swarthmore.edu/] e são seguidos por um código dado no livro texto. Assim, a localização especificada na página 20 do livro é: http://zygote.swarthmore.edu/intro2.html Mais localizações estão sendo adicionadas no website, e essas podem ser acessadas entrando nos arquivos do capítulo. Em adição, clicando no botão “Outros Arquivos” abaixo de cada capítulo, as conexões para outros websites serão facilitadas. Divirta-se.
  • 17. xviii Prefácio Agradecimentos Esta edição, como suas precursoras, deve muito às sugestões e críticas dos estudantes em minhas classes de biologia do desenvolvimento e genética do desenvolvimento. O grupo de funcionários e docentes extremamente corporativo da Universidade Swarthmore também desempenharam pa- péis importantes na produção deste livro, e os bibliotecários da área de ciência E. Horikawa e M. Spencer merecem agradecimentos especiais por terem segurado volumes recentes na biblioteca enquanto eu estava escre- vendo o livro. Os cientistas que revisaram estes capítulos forneceram enor- me ajuda tanto na precisão técnica dos capítulos quanto nas sugestões para trabalho futuro. Esses investigadores incluem: S. Carroll, J. Cebra- Thomas, E. M. De Robertis, S. DiNardo, E. Eicher, C. Emerson, G. Grunwald, D. J. Grunwald, M. Hollyday, L. A. Jaffe, W. Katz, R. Keller, K. Kemphues, D. Kirk, G. Martin, H. F. Nijhout, D. Page, R. Raff, R. Schultz, C. Stern, S. Tilghman, R. Tuan e M. Wickens. Eu também quero agradecer aos muitos cientistas que desviaram do seu caminho para ajudar a tornar esta edição melhor lendo porções específicas dos capítulos. Eles incluem: M. Bronner- Fraser, J. Fallon, N. M. Le Douarin, E. McCloud, J. Opitz, K. Sainio, H. Sariola, I. Thesleff e T. Valente. Se eu deixei alguém fora, por favor me desculpem. É desnecessário dizer que os julgamentos editoriais finais foram de minha responsabilidade. Meus agradecimentos especiais a Judy Cebra-Thomas que não somente me aconselhou em certos capítulos mas quem deu exce- lente ajuda durante meu período sabático permitindo-me terminar este livro. Agradecimentos também aos cientistas e filósofos, especialmente: C. van der Weele, R. Amundson, L. Nyhart, R. Burian, H. F. Nijhout, A. F. Sterling, K. Smith e A. I. Tauber, que participaram nos workshops de biolo- gia do desenvolvimento da Sociedade Internacional para a História, Filo- sofia e Estudos Sociais da Biologia. Algumas das melhores críticas cons- trutivas deste livro-texto vieram dessas pessoas. Andy Sinauer uma vez mais conseguiu reunir as mesmas e extraor- dinárias pessoas neste projeto, e foi um privilégio trabalhar com eles. Meus agradecimentos a ele e aos editores Nan Sinauer e Carol Wigg, coordenador de produção Chris Small, artistas John Woolsey e Gary Welch, designer Susan Schmidler, editor de texto Janet Greenblatt, e artista de layout Janice Holabird. As habilidades editoriais de Tinsley Davis são extremamente re- conhecidas. Devido ao fato de que os prazos finais devem ser cumpridos e outro trabalho posto de lado, eu tenho que agradecer minha família por mais uma vez me permitir prosseguir com isso. Em particular, este livro nunca poderia ter sido completado se não fosse pelo encorajamento de mi- nha esposa, Anne Raunio, que, como uma obstetra, gosta do lado mais prá- tico da biologia do desenvolvimento. Meus agradecimentos a todos vocês. SCOTT F. GILBERT 1 DE MARÇO DE 1997
  • 18. 1 Introdução ao desenvolvimento animal 1 2 Genes e desenvolvimento: Introdução e técnicas 35 3 Base celular da morfogênese:Afinidade celular diferencial 79 I Introdução à Biologia do Desenvolvimento
  • 19. CAPÍTULO 1 Introdução ao Desenvolvimento Animal 1 O 1 A natureza parece nunca mudar, ainda que sua aparência esteja sempre mudando. É nosso dever como artistas transmitir junta- mente com todos os seus elementos a emo- ção dessa permanente transformação. Paul Cezanne (ca. 1900) Feliz é a pessoa que consegue discernir as causas das coisas. Virgílio (37 A.C.) 1 CONCEITO DE EMBRIÃO é assombroso, e a formação de um embrião é a tarefa mais árdua que alguém haverá de realizar. Para se tornar um embrião, você teve que construir a si mesmo a partir de uma única célula. Teve que respirar antes que tivesse pulmões, digerir alimentos antes que seus órgãos estives- sem formados, construir ossos a partir de uma massa e ordenar os neurônios antes mesmo de adquirir a capacidade de pensar. Uma diferença marcante entre você e a máquina é que a máquina nunca é requisitada para uma função antes que esteja terminada. Todo animal tem que estar em funcionamento enquanto se auto-constrói. O objetivo da biologia do desenvolvimento Para plantas e animais, o único caminho para o desenvolvimento a partir de uma célula, é desenvolvendo um embrião. O embrião é o intermediário entre o genótipo e o fenótipo, ou seja, entre os genes herdados e o organismo adulto. Enquanto a maior parte da biologia estuda a estrutura adulta e função, a biologia do desenvolvimento encontra maior interesse nos estágios mais transitórios. Biologia do desenvolvimento é a ciên- cia do vir a ser, a ciência do processo. Dizer que um inseto efêmero vive apenas um dia não significa nada para um biologista do desenvolvimento, porque o inseto pode ser adulto apenas por um dia, mas passou outros 364 dias como um embrião e larva. As questões levantadas por um biologista do desenvolvimento são freqüente- mente questões mais ligadas ao vir a ser do que ao ser propriamente dito. Dizer que mamíferos XX são geralmente fêmeas e mamíferos XY são geralmente machos, não explica a determinação sexual para um biologista do desenvolvimento. Esse quer sa- ber como o genótipo XX produz um ser feminino e como o genótipo XY produz um ser masculino. Da mesma maneira, um geneticista gostaria de saber como os genes globina são transmitidos de uma geração à outra, e um fisiologista pode fazer perguntas sobre a função da globina no corpo. Porém, o biologista do desenvolvimento pergunta porque os genes globina se expressam somente nas hemácias e como essas se tornam ativas apenas em certas fases do desenvolvimento (ainda não sabemos as respostas). Biologia do desenvolvimento é uma ciência excelente para pessoas que querem integrar diferentes níveis da biologia. Diante de um problema, podemos estudá-lo a Introdução ao desenvolvimento animal
  • 20. 2 PARTE I Introdução à Biologia do Desenvolvimento níveis molecular e químico (p. ex., Como os genes globina são transcritos, e como os fatores que ativam sua transcrição interagem uns com os outros e com o DNA?), a níveis celular e tissular (p. ex., Quais são as células capazes de produzir globina, e como o mRNA da globina deixa o núcleo?), a nível de órgãos ou sistema de órgãos (p. ex., Como vasos capilares são formados em cada tecido, e como são instruídos a se conectarem e ramificarem?)e,atémesmo,aníveisecológicoseevolucionários(p.ex.,Comodiferenças na ativação do gene globina permitem o fluxo de oxigênio da mãe para o feto, e como fatores ambientais acionam a diferenciação de mais hemácias?). Biologistas do desen- volvimento podem estudar qualquer organismo e todo tipo de célula. Biologia do desenvolvimento é um dos campos que mais tem crescido e também um dos mais emocionantes da biologia. Parte dessa emoção vem dos assuntos estu- dados, porque estamos apenas começando a entender o mecanismo molecular do desenvolvimento animal. Outra parte da emoção vem do papel unificador que a biolo- gia do desenvolvimento assume nas ciências biológicas. A biologia do desenvolvi- mento está criando uma estrutura que integra a biologia molecular, fisiologia, biologia celular, anatomia, pesquisa do câncer, neurobiologia, imunologia, ecologia, e biologia evolucionária. O estudo do desenvolvimento tornou-se essencial para a compreensão de qualquer área da biologia. Os problemas da biologia do desenvolvimento O desenvolvimento é realizado por duas funções principais: gera diversidade e ordem celular dentro de cada geração, o que assegura a continuidade da vida que passa de uma geração à outra. Assim, existem duas questões fundamentais para a biologia do desenvolvimento: Como um ovo fertilizado origina um ser adulto, e como esse ser adulto produz um outro ser? Cada espécie tem suas próprias respostas, mas algumas generalizações podem ser feitas. Tradicionalmente, essas questões têm sido subdivi- didas em quatro problemas gerais da biologia do desenvolvimento: • O problema da diferenciação. Uma única célula, o ovo fertilizado, se desen- volve e gera centenas de células de diferentes tipos - células musculares, células epidérmicas, neurônios, linfócitos, células do sangue, células gorduro- sas, e assim por diante. Essa geração de diversidade celular é chamada diferen- ciação. Desde que cada célula do corpo contém o mesmo conjunto de genes, precisamos entender como esse mesmo conjunto de instruções genéticas pode produzir diferentes tipos de células. • O problema da morfogênese. Nossas células diferenciadas não são distribuí- das aleatoriamente; pelo contrário, são organizadas em intrincados tecidos e órgãos. Esses órgãos estão dispostos de tal maneira que: dedos estão nas pontas e não no meio de nossas mãos, os olhos estão na nossa cabeça e não nos pés ou intestinos. Essa criação de forma ordenada, é chamada morfogêne- se. Como as células se auto-organizam e formam um arranjo correto? • O problema do crescimento. Somos maiores do que um ovo, mas como as células sabem quando devem parar de se dividir? Se cada célula de nossa face realizasse mais uma divisão celular, seríamos considerados horrivelmente mal formados. Se cada célula de nossos braços tivesse realizado apenas mais uma série de divisões, poderíamos amarrar nossos sapatos sem nos abaixar. • O problema da reprodução. O espermatozóide e o óvulo são células muito especializadas. Somente eles podem transmitir instruções para produzir um organismo de uma geração para outra. Como essas células são separadas para formar a próxima geração, e quais as informações no núcleo e no citoplasma que permitem tal funcionamento? Recentemente, tem-se dado grande ênfase a um quinto problema: • O problema da evolução. A evolução envolve mudanças herdadas durante o desenvolvimento. Quando dizemos que o cavalo de um dedo só de hoje, teve um ancestral de cinco dedos, estamos dizendo que mudanças no desenvolvi-
  • 21. CAPÍTULO 1 Introdução ao Desenvolvimento Animal 3 mento da cartilagem e dos músculos ocorreram ao longo de muitas gerações de embriões nos ancestrais do cavalo. Como mudanças no desenvolvimento cri- am novas formas de corpo? Quais modificações hereditárias são possíveis, dadas as restrições impostas pela necessidade do organismo sobreviver en- quanto se desenvolve? Os estágios do desenvolvimento animal De acordo com Aristóteles, o primeiro grande embriologista da história, a ciência começa com a curiosidade: “é graças a curiosidade que as pessoas começaram a filosofar, e a curiosidade permanece desde o início do conhecimento.” O desenvolvi- mento de um ser a partir do ovo tem sido motivo de admiração através da história da humanidade. O simples procedimento de se abrir um ovo de galinha a cada dia do seu período de incubação de três semanas proporciona uma notável experiência quando se observa desde uma fina camada de células até o total desenvolvimento da ave. Aristóteles realizou esse procedimento e observou a formação dos principais órgãos. Qualquer um pode se admirar com esse fenômeno, ainda que ordinário, mas cientistas são os que procuram descobrir como o desenvolvimento realmente ocorre. E ainda mais do que dissipar essa admiração, novo conhecimento só faz aumentá-la. Organismos pluricelulares não se formam de imediato, ao contrário, são formados por um processo relativamente lento de mudança progressiva, o qual chamamos de desenvolvimento. Em quase todos os casos, o desenvolvimento de um organismo pluricelular começa com uma única célula - ovo fertilizado ou zigoto, que dividido através da mitose, produz todas as células do corpo. O estudo do desenvolvimento animal tem sido tradicionalmente chamado de embriologia, se referindo ao fato de que entre a fertilização e o nascimento, o organismo em desenvolvimento é conhecido como embrião. Mas o desenvolvimento não cessa no nascimento, ou mesmo na vida adulta, porque a maioria dos organismos nunca pára de se desenvolver.Acada dia nós repomos mais de um grama de células de pele (fazendo com que as células mais velhas se desprendam assim que nos movemos), e nossa medula óssea sustenta o desenvol- vimento de milhões de novos eritrócitos a cada minuto de nossas vidas. Portanto, nos últimosanostemsidocomumsefalarembiologiadodesenvolvimento,comoadiscipli- na que estuda processos embrionários e outros do desenvolvimento. As principais características do desenvolvimento animal estão ilustrados na Figu- ra 1.1.Avida de um novo indivíduo é iniciada pela fusão do material genético de dois gametas, o espermatozóide e o óvulo. Essa fusão, chamada fertilização, estimula o ovo a iniciar o desenvolvimento. Os estágios subseqüentes do desenvolvimento são coletivamente chamados de embriogênese. Por todo reino animal existe uma incrível variedade de tipos embrion