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fertilização

objetivos de aprendizado

• O que é fertilização?
• Fertilização externa e interna em animais
• Quatro tipos de fertilização em plantas
• Processo de fertilização em animais e plantas

O que é fertilização?

A fertilização é o processo pelo qual os gametas masculinos e femininos são fundidos, iniciando o desenvolvimento de um novo organismo.

O gameta masculino ou 'esperma' e o gameta feminino 'ovo' ou 'óvulo' são células sexuais especializadas, que se fundem para iniciar a formação de um zigoto durante um processo chamado reprodução sexual.

Tipos de fertilização

Fertilização em animais

O processo de fecundação nos animais pode ocorrer interna ou externamente, diferença que é em grande parte determinada pelo método de nascimento. Os seres humanos fornecem um exemplo de fertilização interna, enquanto a reprodução de cavalos-marinhos é um exemplo de fertilização externa.

Fertilização externa

A fertilização externa geralmente ocorre em ambientes aquáticos, onde óvulos e espermatozóides são liberados na água. Depois que o espermatozóide atinge o óvulo, ocorre a fertilização.

A maior parte da fertilização externa acontece durante o processo de desova, onde uma ou várias fêmeas liberam seus óvulos e os machos liberam espermatozóides na mesma área, ao mesmo tempo. A liberação do material reprodutivo pode ser desencadeada pela temperatura da água ou pela duração da luz do dia. Quase todos os peixes desovam, assim como crustáceos (como caranguejos e camarões), moluscos (como ostras), lulas e equinodermos (como ouriços-do-mar e pepinos-do-mar).

Pares de peixes que não são desovadores transmitidos podem apresentar comportamento de cortejo . Isso permite que a fêmea selecione um macho em particular. O gatilho para liberação de óvulos e espermatozóides (desova) faz com que o óvulo e o espermatozóide sejam colocados em uma pequena área, aumentando a possibilidade de fertilização.

A fertilização externa em um ambiente aquático protege os ovos de secar. A desova por transmissão pode resultar em uma maior mistura de genes dentro de um grupo, levando a uma maior diversidade genética e a uma maior chance de sobrevivência das espécies em um ambiente hostil. Para organismos aquáticos sésseis como esponjas, a desova por transmissão é o único mecanismo de fertilização e colonização de novos ambientes. A presença dos ovos fertilizados e dos filhotes em desenvolvimento na água oferece oportunidades para a predação, resultando na perda da prole. Portanto, milhões de óvulos devem ser produzidos por indivíduos, e a prole produzida por esse método deve amadurecer rapidamente. A taxa de sobrevivência dos ovos produzidos através da desova de transmissão é baixa.

Fertilização Interna

A fertilização interna ocorre com mais frequência em animais terrestres, embora alguns animais aquáticos também usem esse método. Existem três maneiras pelas quais os descendentes são produzidos após a fertilização interna.

• Na oviparidade, os ovos fertilizados são colocados fora do corpo da fêmea e se desenvolvem ali, recebendo nutrição da gema que faz parte do ovo. Isso ocorre na maioria dos peixes ósseos, muitos répteis, alguns peixes cartilaginosos, a maioria dos anfíbios, dois mamíferos e todas as aves. Répteis e insetos produzem ovos coriáceos, enquanto pássaros e tartarugas produzem ovos com altas concentrações de carbonato de cálcio na casca, tornando-os duros. Os ovos de galinha são um exemplo deste segundo tipo.

• Na ovoviparidade, os ovos fertilizados são retidos na fêmea, mas o embrião obtém sua nutrição da gema do ovo e os filhotes estão totalmente desenvolvidos quando eclodem. Isso ocorre em alguns peixes ósseos (como o lebistes reticulatus ), alguns tubarões, alguns lagartos, algumas cobras (como a cobra-liga Thamnophis sirtalis ), algumas víboras e alguns animais invertebrados (como a barata sibilante de Madagascar Gromphadorhina portentosa ).

• Na viviparidade, os filhotes se desenvolvem dentro da fêmea, recebendo nutrição do sangue da mãe através de uma placenta. A prole se desenvolve na fêmea e nasce viva. Isso ocorre na maioria dos mamíferos, alguns peixes cartilaginosos e alguns répteis.

A fertilização interna tem a vantagem de proteger o óvulo fertilizado da desidratação em terra. O embrião é isolado dentro da fêmea, o que limita a predação dos jovens. A fertilização interna aumenta a fertilização dos óvulos por um macho específico. Menos descendentes são produzidos através deste método, mas sua taxa de sobrevivência é maior do que a da fertilização externa.

Fertilização em plantas

A fertilização nas plantas ocorre após a polinização e germinação. A polinização ocorre através da transferência de pólen - que são os microgametas masculinos das plantas com sementes, produzindo o esperma - de uma planta para o estigma (órgão reprodutor feminino) de outra. O grão de pólen absorve água e ocorre a germinação.

O grão de pólen germinado brota um tubo polínico, que cresce e penetra no óvulo (a estrutura do ovo da planta) através de um poro chamado micrópila. O esperma é então transferido através do tubo polínico do pólen.

Nas plantas com flores, ocorre um evento de fertilização secundária. Dois espermatozóides são transferidos de cada grão de pólen, um dos quais fertiliza o óvulo para formar um zigoto diplóide. O núcleo do segundo espermatozóide se funde com dois núcleos haplóides contidos em um segundo gameta feminino chamado célula central. Esta segunda fertilização forma uma célula triplóide, que posteriormente incha e desenvolve um corpo de frutificação.

Autofertilização

O processo de fertilização, que envolve a fertilização cruzada entre gametas de dois indivíduos diferentes, masculino e feminino, é chamado de alogamia. A autogamia, também conhecida como autofecundação, ocorre quando dois gametas de um indivíduo se fundem; isso ocorre em hermafroditas, como platelmintos e certas plantas.

Processo de Fertilização

Fertilização de Plantas

A fusão de duas unidades reprodutivas sexuais diferentes (gametas) é chamada de fertilização. Este processo foi descoberto por Strasburger (1884).

1. GERMINAÇÃO

Germinação do grão de pólen no estigma e crescimento do tubo polínico: Os grãos de pólen atingem o estigma receptivo do carpelo pelo ato da polinização. Os grãos de pólen, depois de aderidos ao estigma, absorvem água e incham. Após o reconhecimento mútuo e aceitação dos grãos de pólen, o grão de pólen germina (in vivo) para produzir um tubo polínico que cresce em estigma em direção à cavidade ovariana.

GB Amici (1824) descobriu o tubo polínico em Portulaca oleracea. Geralmente, apenas um tubo polínico é produzido por um grão de pólen (monossifônico). Mas algumas plantas como membros de Cucurbitaceae produzem muitos tubos polínicos ( polissifônicos ). O tubo polínico contém um núcleo vegetativo ou núcleo tubular e dois gametas masculinos. Mais tarde, a célula vegetativa degenera. O tubo polínico agora atinge o óvulo depois de passar pelo estilete.

2. ENTRADA DO TUBO PÓLEN NO ÓVULO

Após atingir o ovário, o tubo polínico entra no óvulo. O tubo polínico pode entrar no óvulo por qualquer uma das seguintes vias:

uma. Porogamia - Quando o tubo polínico entra no óvulo através da micrópila, denomina-se porogamia . É o tipo mais comum, por exemplo, Lily

b. Chalazogamia - A entrada do tubo polínico no óvulo da região calazal é conhecida como chalazogamia. A chalazogamia é menos comum, por exemplo, Casuarina, Juglans, Betula, etc.

c. Mesogamia - O tubo polínico entra no óvulo pela sua parte média, ou seja, através do tegumento (por exemplo , Cucurbita, Populus ) ou através do funículo (por exemplo, Pistacia ).

3. ENTRADA DO TUBO PÓLEN NO SAC EMBRIONÁRIO

O tubo polínico entra no saco embrionário apenas a partir da extremidade micropilar, independentemente do seu modo de entrada no óvulo. O tubo polínico passa entre uma sinérgide e os óvulos ou entra em uma das sinérgides através do aparelho filiforme. As sinérgides direcionam o crescimento do tubo polínico secretando algumas substâncias químicas ( secreção quimiotrópica ). A ponta do tubo polínico entra em uma sinérgide. A sinérgida penetrada começa a degenerar. Após a penetração, a ponta do tubo polínico aumenta e se rompe liberando a maior parte de seu conteúdo, incluindo os dois gametas masculinos e o núcleo vegetativo na sinérgide.

4. FERTILIZAÇÃO DUPLA

Os núcleos de ambos os gametas masculinos são liberados no saco embrionário. Um gameta masculino se funde com o ovo para formar o zigoto diplóide. O processo é chamado singamia ou fertilização generativa.

O zigoto diplóide finalmente se desenvolve em um embrião. O outro gameta masculino se funde com os dois núcleos polares (ou núcleo secundário) para formar o núcleo triploide primário do endosperma. O processo é chamado de fusão tripla ou fertilização vegetativa. Esses dois atos de fecundação constituem o processo de dupla fecundação. A fertilização dupla ocorre apenas em angiospermas.

Processo de fertilização em animais

A fertilização é o processo no qual um único espermatozoide haplóide se funde com um único óvulo haplóide para formar um zigoto. Os espermatozóides e óvulos possuem características específicas que tornam esse processo possível.

O ovo é a maior célula produzida na maioria das espécies animais. Um óvulo humano é aproximadamente 16 vezes maior que um espermatozóide humano. Os ovos de diferentes espécies contêm quantidades variadas de gema , nutrientes para apoiar o crescimento do embrião em desenvolvimento. O óvulo é cercado por uma camada gelatinosa , composta por glicoproteínas (proteínas que possuem açúcares presos a elas), que libera quimioatraentes específicos da espécie (atratores químicos) que guiam os espermatozoides até o óvulo. Nos mamíferos, essa camada é chamada de zona pelúcida . Nos mamíferos placentários, uma camada de células foliculares circunda a zona pelúcida. A zona pelúcida/camada gelatinosa é separada do ovo por uma membrana chamada envelope vitelino , que está fora da membrana plasmática da célula. Logo abaixo da membrana plasmática do óvulo estão os grânulos corticais, vesículas contendo enzimas que degradarão as proteínas que mantêm o envelope vitelino ao redor da membrana plasmática quando ocorrer a fertilização.

O esperma é uma das menores células produzidas na maioria das espécies animais. O esperma consiste em uma cabeça contendo DNA compactado, uma cauda flagelar para nadar e muitas mitocôndrias para fornecer energia para o movimento do esperma. A membrana plasmática do espermatozóide contém proteínas chamadas bindina, que são proteínas específicas da espécie que reconhecem e se ligam a receptores na membrana plasmática do óvulo. Além do núcleo, a cabeça do espermatozóide também contém uma organela chamada acrossoma, que contém enzimas digestivas que degradarão a camada gelatinosa/zona pelúcida para permitir que o espermatozóide alcance a membrana plasmática do óvulo.

Para garantir que a prole tenha apenas um conjunto diplóide completo de cromossomos, apenas um espermatozóide pode se fundir com um óvulo. A fusão de mais de um espermatozóide com um óvulo ou polispermia é geneticamente incompatível com a vida e resulta na morte do zigoto. Existem dois mecanismos que impedem a polispermia: o "bloqueio rápido" da polispermia e o "bloqueio lento" da polispermia.

O acima e os outros passos de fertilização são discutidos abaixo:

• O esperma é atraído e entra em contato com a camada gelatinosa/zona pelúcida.
• As interações entre os receptores no espermatozóide e as glicoproteínas no óvulo iniciam a reação acrossômica. As enzimas digestivas são liberadas do acrossoma e destroem a camada gelatinosa/zona pelúcida, criando assim um caminho para o espermatozóide se aproximar do óvulo.
• O espermatozóide atinge a membrana plasmática do óvulo e as membranas plasmáticas do espermatozóide e do óvulo se fundem. Essa interação é mediada pelas proteínas bindina do espermatozoide, que se ligam a proteínas receptoras de ligação na membrana plasmática do óvulo. Essa interação é específica da espécie, com versões ligeiramente diferentes da proteína bindina e das proteínas receptoras de bindina em cada espécie diferente.
• A fusão das membranas do espermatozóide e do óvulo inicia a despolarização elétrica de toda a membrana plasmática do óvulo, temporariamente (por 10-20 segundos) impedindo que qualquer outro espermatozóide se funda com a membrana plasmática do óvulo. Essa despolarização da membrana, mediada por um influxo de íons sódio, é o bloqueio rápido da polispermia.
• A despolarização da membrana inicia uma onda cruzada de cálcio liberada através da membrana plasmática.
• A onda de cálcio inicia a reação cortical no ovo: os grânulos corticais se fundem com a membrana plasmática do ovo, liberando enzimas digestivas que degradam as proteínas receptoras de bindina que servem como locais de ancoragem dos espermatozoides e as proteínas que mantêm a camada vitelina contra a membrana plasmática.
• A reação cortical resulta no afastamento da camada vitelina da membrana plasmática do ovo, para criar o envelope de fertilização. O envelope de fertilização é uma barreira que impede que espermatozoides adicionais cheguem ao óvulo e é o bloqueio lento da polispermia.
• Os eventos culminam na ativação do ovo, fazendo com que o ovo reconheça que a fertilização ocorreu e resultando no início do desenvolvimento.