7.1: Reprodução sexual
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A reprodução sexual foi uma inovação evolutiva precoce após o aparecimento das células eucarióticas. O fato de a maioria dos eucariotos se reproduzirem sexualmente é evidência de seu sucesso evolutivo. Em muitos animais, é o único modo de reprodução. No entanto, os cientistas reconhecem algumas desvantagens reais da reprodução sexual. Superficialmente, filhotes geneticamente idênticos aos progenitores podem parecer mais vantajosos. Se o organismo progenitor estiver ocupando com sucesso um habitat, filhotes com as mesmas características teriam o mesmo sucesso. Há também o benefício óbvio de um organismo que pode produzir descendentes por brotamento assexuado, fragmentação ou óvulos assexuados. Esses métodos de reprodução não requerem outro organismo do sexo oposto. Não há necessidade de gastar energia para encontrar ou atrair um parceiro. Essa energia pode ser gasta na produção de mais descendentes. De fato, alguns organismos que levam um estilo de vida solitário mantiveram a capacidade de se reproduzir assexuadamente. Além disso, as populações assexuadas têm apenas indivíduos do sexo feminino, portanto, cada indivíduo é capaz de se reproduzir. Em contraste, os machos nas populações sexuais (metade da população) não estão produzindo filhos sozinhos. Por causa disso, uma população assexual pode crescer duas vezes mais rápido que uma população sexual, em teoria. Isso significa que, na competição, a população assexual teria a vantagem. Todas essas vantagens da reprodução assexuada, que também são desvantagens da reprodução sexual, devem significar que o número de espécies com reprodução assexuada deve ser mais comum.
No entanto, organismos multicelulares que dependem exclusivamente da reprodução assexuada são extremamente raros. Por que a reprodução sexual é tão comum? Essa é uma das questões importantes da biologia e tem sido o foco de muitas pesquisas desde a segunda metade do século XX até agora. Uma explicação provável é que a variação que a reprodução sexual cria entre os filhos é muito importante para a sobrevivência e reprodução desses filhos. A única fonte de variação nos organismos assexuados é a mutação. Essa é a fonte definitiva de variação nos organismos sexuais. Além disso, essas diferentes mutações são continuamente remodeladas de uma geração para a outra, quando pais diferentes combinam seus genomas únicos e os genes são misturados em combinações diferentes pelo processo de meiose. Meiose é a divisão do conteúdo do núcleo que divide os cromossomos entre os gametas. A variação é introduzida durante a meiose, bem como quando os gametas se combinam na fertilização.
EVOLUÇÃO EM AÇÃO: A hipótese da Rainha Vermelha
Não há dúvida de que a reprodução sexual oferece vantagens evolutivas aos organismos que empregam esse mecanismo para produzir descendentes. A questão problemática é por que, mesmo diante de condições bastante estáveis, a reprodução sexual persiste quando é mais difícil e produz menos descendentes para organismos individuais? A variação é o resultado da reprodução sexual, mas por que as variações contínuas são necessárias? Entre na hipótese da Rainha Vermelha, proposta pela primeira vez por Leigh Van Valen em 1973. 1 O conceito foi nomeado em referência à corrida da Rainha Vermelha no livro de Lewis Carroll, Through the Looking-Glass, no qual a Rainha Vermelha diz que é preciso correr a toda velocidade apenas para ficar onde está.
Todas as espécies coevoluem com outros organismos. Por exemplo, predadores coevoluem com suas presas e parasitas coevoluem com seus hospedeiros. Um exemplo notável de coevolução entre predadores e suas presas é a coadaptação única de morcegos voadores noturnos e suas presas mariposas. Os morcegos encontram suas presas emitindo cliques agudos, mas as mariposas desenvolveram ouvidos simples para ouvir esses cliques para evitar os morcegos. As mariposas também têm comportamentos adaptados, como voar para longe do morcego quando o ouvem pela primeira vez ou cair repentinamente no chão quando o morcego está sobre elas. Os morcegos desenvolveram cliques “silenciosos” na tentativa de evitar a audição da mariposa. Algumas mariposas desenvolveram a capacidade de responder aos cliques dos morcegos com seus próprios cliques como uma estratégia para confundir as habilidades de ecolocalização dos morcegos.
Cada pequena vantagem obtida pela variação favorável dá à espécie uma vantagem sobre concorrentes próximos, predadores, parasitas ou até presas. O único método que permitirá que uma espécie em coevolução mantenha sua própria parcela dos recursos é também melhorar continuamente sua capacidade de sobreviver e produzir descendentes. À medida que uma espécie ganha uma vantagem, outras espécies também devem desenvolver uma vantagem ou serão superadas. Nenhuma espécie avança muito porque a variação genética entre os descendentes da reprodução sexual fornece a todas as espécies um mecanismo para produzir indivíduos adaptados. Espécies cujos indivíduos não conseguem acompanhar se extinguem. O slogan da Rainha Vermelha era: “É preciso correr tudo para ficar no mesmo lugar”. Esta é uma descrição adequada da coevolução entre espécies concorrentes.
Ciclos de vida de organismos que se reproduzem sexualmente
A fertilização e a meiose se alternam nos ciclos da vida sexual. O que acontece entre esses dois eventos depende do organismo. O processo de meiose reduz pela metade o número cromossômico do gameta resultante. A fertilização, a união de dois gametas haplóides, restaura a condição diploide. Existem três categorias principais de ciclos de vida em organismos multicelulares: diploide dominante, em que o estágio diplóide multicelular é o estágio de vida mais óbvio (e não há estágio haplóide multicelular), como acontece com a maioria dos animais, incluindo humanos; haplóide dominante, no qual o estágio haplóide multicelular é o estágio de vida mais óbvio (e não há estágio diplóide multicelular), como acontece com todos os fungos e algumas algas; e alternância de gerações, em que os dois estágios, haplóide e diploide, são aparentes em um grau ou outro, dependendo do grupo, como acontece com plantas e algumas algas.
Quase todos os animais empregam uma estratégia de ciclo de vida dominante nos diplóides, na qual as únicas células haplóides produzidas pelo organismo são os gametas. Os gametas são produzidos a partir de células germinativas diplóides, uma linha celular especial que produz apenas gametas. Uma vez que os gametas haplóides são formados, eles perdem a capacidade de se dividir novamente. Não há estágio de vida haplóide multicelular. A fertilização ocorre com a fusão de dois gametas, geralmente de indivíduos diferentes, restaurando o estado diploide (Figura\(\PageIndex{1}\) a).
CONEXÃO ARTÍSTICA
Se ocorrer uma mutação para que um fungo não seja mais capaz de produzir um tipo de acasalamento negativo, ele ainda será capaz de se reproduzir?
A maioria dos fungos e algas emprega uma estratégia de ciclo de vida na qual o “corpo” multicelular do organismo é haplóide. Durante a reprodução sexual, células haplóides especializadas de dois indivíduos se unem para formar um zigoto diploide. O zigoto sofre imediatamente meiose para formar quatro células haplóides chamadas esporos (Figura\(\PageIndex{1}\) b).
O terceiro tipo de ciclo de vida, empregado por algumas algas e por todas as plantas, é chamado de alternância de gerações. Essas espécies têm organismos multicelulares haplóides e diplóides como parte de seu ciclo de vida. As plantas multicelulares haplóides são chamadas de gametófitas porque produzem gametas. Nesse caso, a meiose não está envolvida na produção de gametas, pois o organismo que produz os gametas já é haplóide. A fertilização entre os gametas forma um zigoto diploide. O zigoto passará por várias rodadas de mitose e dará origem a uma planta multicelular diploide chamada esporófito. Células especializadas do esporófito sofrerão meiose e produzirão esporos haplóides. Os esporos se transformarão em gametófitos (Figura\(\PageIndex{1}\) c).
Resumo da seção
Quase todos os eucariotos passam por reprodução sexual. A variação introduzida nas células reprodutivas pela meiose parece ser uma das vantagens da reprodução sexual que a tornou tão bem-sucedida. Meiose e fertilização se alternam nos ciclos da vida sexual. O processo de meiose produz células reprodutivas geneticamente únicas chamadas gametas, que têm metade do número de cromossomos da célula-mãe. A fertilização, a fusão de gametas haplóides de dois indivíduos, restaura a condição diploide. Assim, organismos que se reproduzem sexualmente alternam entre os estágios haplóide e diploide. No entanto, as formas pelas quais as células reprodutivas são produzidas e o tempo entre a meiose e a fertilização variam muito. Existem três categorias principais de ciclos de vida: diploide dominante, demonstrado pela maioria dos animais; haplóide dominante, demonstrado por todos os fungos e algumas algas; e alternância de gerações, demonstrada por plantas e algumas algas.
Conexões artísticas
Figura\(\PageIndex{1}\): Se ocorrer uma mutação para que um fungo não seja mais capaz de produzir um tipo de acasalamento negativo, ele ainda será capaz de se reproduzir?
- Responda
-
Sim, ele será capaz de se reproduzir assexuadamente.
Notas de pé
- 1 Leigh Van Valen, “Uma nova lei evolutiva”, Teoria da Evolução 1 (1973): 1—30.
Glossário
- alternância de gerações
- um tipo de ciclo de vida no qual os estágios diploide e haplóide se alternam
- diploide dominante
- um tipo de ciclo de vida no qual o estágio diplóide multicelular é predominante
- haplóide dominante
- um tipo de ciclo de vida no qual o estágio haplóide multicelular é predominante
- gametófito
- um estágio do ciclo de vida haplóide multicelular que produz gametas
- célula germinativa
- uma célula especializada que produz gametas, como óvulos ou espermatozóides
- ciclo de vida
- a sequência de eventos no desenvolvimento de um organismo e a produção de células que produzem descendentes
- meiose
- um processo de divisão nuclear que resulta em quatro células haplóides
- esporófito
- um estágio do ciclo de vida diplóide multicelular que produz esporos