Aula sexo

Conceitos básicos da ecologia do sexo

1. Sexo
Ecologia de Populações
Prof. Dr. Harold Gordon Fowler
[email protected]

2. Sexo

3. Sumário do Tópico
Vantagens da reprodução sexual
–Elimina as mutações ruins (proles não reproduzem)
–Adaptação a ambientes mutantes
–Adaptação aos aspetos de ambientes
constantes
–Separa as mutações benéficas das
mutações ruins

4. As duas formas principais de
reprodução nos animais e plantas:
•A reprodução assexuada “sem sexo” : a criação
de indivíduos novos com todos os genes provem
de um pai sem a fusão de ovo e esperma
-Depende principalmente da divisão mitótica

•A reprodução sexual: criação de proles pela fusão de
gametas haplóides para formar um ovo fertilizado
(zigoto) que é diplóide
-aumenta a variabilidade genética das proles ao
gerar combinações únicas dos genes herdados dos
dois pais
-pode aumentar o sucesso reprodutivo dos pais
quando os fatores ambientais mudam
rapidamente

5. Variedade de Métodos de
Reprodução
Seleção Natural: atributos desvantajosos
tendem sumir e os atributos vantajosos são
repassados.
Os atributos herdáveis são codificados em
trechos de DNA nos cromossomos do núcleo
em cada célula de um organismo.
A genoma humana contem ~ 20,000–25,000
genes.
Tempo é o fator principal na evolução.

6. Variedade dos Métodos
de Reprodução
As primeiras formas de vida a usar DNA
foram organismos unicelulares
microscópicos, que reproduziram a se
dividir (fissão binária).
Atualmente, as bactérias trocam DNA por
meio da conjugação; bactéria se
conectam por um túbulo fino (pilus), e o
DNA (plasmidieo) passa pelo túbulo a
genoma recipiente da bactéria.

7. Uma breve historia do sexo
Bilhões de anos atrás
Formação da
Terra
Eucarióticos unicelulares

Dividem por mitose


Organismos

multicelulares

Reproduzem via gametas


Origem da vida

(mistura de genes não específicos)


Conjugação de bactéria



Copula e fertilização interna



Mamíferos

com
placentas

8. Por que o sexo???
A reprodução assexuada é mais rápida e
mais fácil  mais proles por indivíduo.
–Bactéria.
–Tiririca.
–Lagartos.
–Com a reprodução sexual ocorre uma
diluição da própria herança

9. Reprodução Assexuada

10. Sexo: Definições
Nas eucariotas: sexo é a produção de gametas
por meiose, e depois singamia
Fêmea: a forma do organismo que carrega a
maior sustento para a prole (o ovo). Todos
os outros "sexos" são machos por definição.

11. A conseqüência genética mais importante do
sexo: união numa única célula os genes de
duas células parentais.
O processo da recombinação genética que
ocorre durante a meiose também assegura
que os genes são diferentes mas
cromossomos (homólogos) podem ser
combinados em um único cromossomo.
Sexo: Definições

12. Variedade de Métodos de
Reprodução
Os organismos unicelulares dividem por
meio da mitose, ou seja têm reprodução
assexuada.

13. Muitos invertebrados reproduzem
de forma assexuada
•Fissão: a separação do pai em dois ou
mais indivíduos de tamanhos similares
•Brotamento: indivíduos novos originam do
crescimento de indivíduos existentes
-Cnidarians e tunicaos
-Podem se soltar do pai ou ficar fixado
(formação de colônias extensivas como
corais)
•Fragmentação: A quebra do corpo em vários
pedaços
-Todo pedaço não se desenvolve em adulto

14. Regeneração precisa acompanhar a
fragmentação
•Novo crescimento de partes faltantes do corpo
•Esponjas, cnidarians, polichaetos, tunicados
(reprodução)








-Muitas estrelas do mar podem regenerar partes
faltantes do corpo — não é reprodução, mas muitas
estrelas do mar podem reproduzir de um apêndice
perdido

15. Vantagens potenciais da
reprodução assexuada
•Permite indivíduos que vivem isoladamente
produzir filhotes sem encontrar um par do outro
sexo


•Pode produzir muitos filhotes em pouco tempo


•Favorável em ambientes estáveis — produz
precisamente os genótipos de sucesso

16. Variedade de Métodos de
Reprodução
Os organismos multicelulares: capacidade
de reprodução sexual (mistura de genes
de dois indivíduos por meio da fusão de
duas gametas).
Gametas: usualmente haplóides (metade
do número de cromossomos num célula
diplóide normal).
Gametas Haplóides: produzidas pela
meiose.

17. Historia de Idéias da
Reprodução
• Idéia do século 18 da pré-formação:
ovo ou espermatozóides pré-formados,
infante miniaturo, ou o homúnculo

•Epigênese de Aristóteles: a forma de
um animal gradualmente emerge de um
ovo sem forma

18. Gametas

19. Gametas originam da meiose
•Gameta feminina: ovo (não fertilizado); grande, não
móveis






•Gameta masculina: espermatoides; muito menores,
móveis

20. Reprodução

Gametas que fertilizam =
espermatozóide


Gametas que proporcionam
vantagem após a
fertilização = ovo

21. Fertilização: União do espermatoides e o ovo
Externa: os ovos são soltos pela fêmea num ambiente úmido
onde são fertilizados pelo macho

1.Habitat precisa ser úmido para evitar a ressaca e
permita que os espermatoides nadam.
2. Timing é crítico para encontrar ovos receptivos
3. Fatores ambientais podem causar uma população a
soltar as gametas de uma vez, ou sinais químicas de
um indivíduo soltando gametas podem desencadear a
soltura em outros indivíduos
4. Indivíduos podem exibir comportamento de cortejo
que resulta na fertilização do ovo

Reprodução

22. Fertilização: União do espermatoides e o ovo
Interna: Os espermatoides são depositados sobre ou
próximo ao trato reprodutivo da fêmea, e a fertilização
ocorre dentro do trato

1.Adaptação que permite os espermatoides alcançar o
ovo num ambiente seco
2. Requer comportamento que resulta na copula

O comportamento não característico é eliminado pela
seleção natural.

As aranhas fêmeas podem comer os machos que não dão
ou respondem a sinais específicos durante a copula.
Reprodução

23. Duas temas principais na
evolução do sistema reprodutivo:
1.A transferência gradual para a
fertilização interna comparada com a
fertilização externa

2.A separação da relação estrutural
entre o sistema de excreção o sistema
reprodutivo

24. Toda espécies produz mais filhotes que podem sobreviver e
reproduzir
Fertilização Externa = mais zigotos, mas com menos
sobrevivência proporcional
Fertilização Interna = menos zigotos
Tipos principais de proteção
Cascos duros dos ovos
Desenvolvimento do embrião dentro do trato
reprodutivo da fêmea
Cuidado Parental dos ovos e filhotes
Os ovos terrestres podem sobreviver em ambientes
duros
Muitos animais retêm o embrião no trato
reprodutivo da fêmea
Os embriões são nutridos pela placenta
Reprodução

25. Por que o sexo???

26. O sexo é um enigma evolutivo.

É muito inferior a reprodução assexuada
mensurado pelo produção reprodutiva.

–Se uma população tem a metade fêmeas
sexuais e outra metade fêmeas assexuadas, a
condição assexuada aumentaria.
Todas as proles de fêmeas assexuadas seriam
filhas reprodutivas.
Somente a metade das proles das fêmeas sexuais
seria feminina; a outra metade seria
necessariamente machos.
A Seleção Natural assegura a
reprodução sexual

27. A seleção natural mantém a
reprodução sexual

O sexo gera variação genética durante a meiose e
fertilização.

A variação de geração a geração pode ser o mais
importante para estabelecer a razão sexual.

A desvantagem da reprodução sexual é que ela produz
menos proles do que a reprodução assexuada.

A variação produzida durante a meiose ganha uma
desvantagem, e a reprodução sexual domina.

28. Por que o sexo???
Vantagens:

Limita mutações ruins

–Assexuada: todas as filhas recebem todas
as mutações

–Sexual: Distribuição aleatória das
mutações. Os indivíduos com as piores
mutações geralmente não reproduzem

29. Por que o Sexo???
Vantagens:

Gera combinações benéficas de genes

–Adaptação a mudança do ambiente

–Adaptação a todo aspecto de ambientes
constantes
Hipótese de Jack Spratt

–Pode separar as mutações benéficas das
mutações ruins

30. Por que dois sexos diferentes?
Por que não compartilhar genes com um
par similar?

Hermafroditas: lombrigas, moluscos,
plantas florescentes

–Cada indivíduo  gametas masculinas e
femininas, mas não se auto-fecundam

31. Reprodução Sexual:
Seleção destrutiva das gametas

32. Por que dois sexos diferentes?
Investimento reprodutivo:
Quanto esperar de seu par?

As fêmeas contribuem mais recursos:
produzem ovos grandes que se
desenvolvem dentro de seu corpo,
leite…..
Mas podem escolher o par — o indivíduo
que protege-a e que pode ajudar cuidar
dos filhotes.

33. Sexo
Uma decisão crítica da historia vital refere a se
reproduz sexualmente ou não, e se copula com ela
mesma.

–Essa também envolve a ecologia, porque a utilidade
evolutiva da reprodução sexual é principalmente para
produzir proles viáveis.
–Se o organismo é bem adaptado ao ambiente, pode
criar um desvantagem porque o sexo quebra as
combinações potencialmente úteis de alelos.
–Nos ambientes mutantes ou incertos, a reprodução
sexual pode ser crítica para a sobrevivência contínua
de uma linhagem genética.

34. Muitos animais podem reproduzir usando somente
um mecanismo (assexuado ou sexual) ou
ambos!! IMAGINE!
•Pulgões, rotíferas, Daphnia — a fêmea pode produzir ovos os dois tipos
dependendo das condições ambientais.

Um tipo é fertilizado
Outro tipo desenvolve pelo partenogênese – o ovo desenvolve sem
ser fertilizado
Nascem adultos haplóides – produzem ovos sem a meiose
Daphnia— troca de assexuada a sexual; relacionada a estação
Assexuada = condições favoráveis; sexual = stress ambiental
Zangões de abelha de mel desenvolvem partenogeneticamente, e as
fêmeas de ovos fertilizados
•Vários gêneros de peixes, anfíbios e lagartos reproduzem
exclusivamente por uma forma complexa de partenogênese
-envolve o duplicação dos cromossomos após a meiose —
“zigotos” diplóides

35. Os animais podem reproduzir sexualmente ou de forma assexuada
exclusivamente, ou podem alternar entre os dois modos.
{“alternação de gerações”}
Em pulgões, rotíferos, e o crustáceo de água doce, Daphnia, cada fêmea pode
produzir dois tipos de ovos dependentes das condições ambientais.
Daphnia: A reprodução assexuada ocorre em condições boas,
cedo na estação. As fêmeas produzem filhas
clonais partenogenéticas.
A reprodução sexual ocorre durante as
condições ambientais adversas:
escassez de alimento e fim da estação.
Alguns machos se desenvolvem de ovos
partenogenéticos e algumas fêmeas produzem
ovos mais obscuros que requerem
fertilização pelos machos.
{machos produzidos somente quando as
condições ambientais são ruins: sexo uma
boa idéia!}
Os ovos fertilizados formam efipia dormentes:
resistentes ao frio, dessecação e digestão e podem
ficar viáveis no sedimento por anos,
- dispersam no espaço e tempo.

36. Porque o sexo?

CUSTOS: Alelos recessivos podem
combinar para produzir uma
característica homocigotica
Meiose — somente a metade dos genes
são transferidos
Fêmeas “mal gastam” esforços para
produzir machos
Cruzamento sob interesses conflitantes
com as fêmeas geralmente perdendo

37. Produção dos mecanismos e aparelhos
sexuais
Outros custos da reprodução
sexual

38. Produção dos mecanismos e aparelhos sexuais
Outros custos da reprodução
sexual
Comportamento de copula
Transmissão de doença
Escape da fêmea de predadores

39. Desvantagem da reprodução sexual
Parentes
Prole
Gametas
Espermatozóides Ovos

40. Teoricamente, o sexo tem um “desvantagem
dobro.”
–Uma fêmea que produz duas proles por
geração geraria uma população de oito fêmeas
após quatro gerações se reproduz
assexuadamente, mas somente uma fêmea se
reproduz sexualmente.
Fêmea assexuada Fêmea sexual
Geração 1
Geração 4
Geração 3
Geração 21

41. Teoricamente, o sexo tem um “desvantagem
dobro.”
Acontece porque os machos não reproduzem
ecologicamente.
Fêmea assexuada
Geração 4
Geração 3
Geração 2
Geração 1
Fêmea sexual

42. Por que o sexo e a recombinação?
Barton NH, Charlesworth B
SCIENCE 281 (5385): 1986-1990 SEP 25 1998.
Abstract: a maioria dos organismos superiores
reproduzem sexualmente, a pesar da vantagem
reprodutivo automática da reprodução assexuada.
Isso implica a operação de forças seletivas que conferem uma vantagem a
sexualidade e a recombinação genética, a nível populacional ou individual.
Numa população de fêmeas partenogenéticas:
A população pode produzir filhotes mais rapidamente – todas
São mães e cada filha reproduz 100% dos genes da mãe e
não 50%;


Com o sexo, as mutações isoladas em locos diferentes em indivíduos diferentes podem ser
combinadas em um indivíduo: as mutações benéficas podem interagir sinergisticamente e
as mutações deletérias podem ser eliminadas em grupos . Ambos os processos podem
Acelerar a adaptação e selecionar a recombinação sexual.
O efeito do sexo e a recombinação {combinando as mutações benéficas isoladas
em} locos genéticos diferentes, o que aumenta a eficiência da seleção natural,
é provavelmente um fator principal que favorece sua evolução e manutenção. …
Mas as filhas, famílias e populações são geneticamente mais
homogêneas, com ecologias menos variáveis e mais
suscetíveis a evolução de parasitas
http://www.pbs.org/wgbh/evolution/sex/advantage/index.html

43. O sexo precisa conferir alguma vantagem
seletiva para compensar os custos de uma
produção reprodutiva menor.
–De outra forma, uma migração de indivíduos
assexuados ou uma mutação que permite a
reprodução assexuada ganharia na competição
com os indivíduos sexuais e os alelos que
favorecem o sexo.
De fato, a maioria dos eucarióticos assegura
o sexo, ainda em aquelas espécies que
podem também reproduzir
assexuadamente.
Porque o sexo?

44. Benefícios: Proles Variáveis

Benefício de larga duração — preveni a extinção
da espécies (seleção de grupo?)

Beneficio de curta duração — aptidão elevado em
alguns indivíduos

Algumas espécies reproduzem sexualmente ou
assexuadamente, dependente das condições
ecológicas (pulgões, parasitas)

Proles variáveis não competem tanto como proles
idênticos (loteria)

Reparo de DNA e o sexo é um sub-produto

45. As populações podem evoluir mais
rapidamente para enfrentar condições
mutantes ou desenvolver novas defesas
contra as doenças.
Vantagem do sexo

46. A reprodução sexual acelera o acumulo de
mutações benéficos num único organismo
Vantagem da Reprodução
Sexual
Os organismos que reproduzem lentamente
podem acelerar em resposta a uma doença
(Hipótese da Rainha Vermelha)
Genomas que acumulam as mutações são
‘reparadas’

47. A explicação “de praxe” da manutenção do sexo é
que os processos de meiose e fertilização geram
variação genética sobre qual a seleção natural
pode operar.
–Porém, a hipótese de que o sexo é assegurado a pesar
das desvantagens porque produz adaptação futura
num mundo variável é difícil defender.
–A Seleção Natural atua sobre o presente,
favorecendo os indivíduos atuais que melhor se
ajustam ao ambiente local atual.
Uma hipótese mais forte apresenta as vantagens
de sexo devido a variação genética numa escala
de tempo de geração a geração.
Vantagem da Reprodução Sexual

48. A resistência a doenças pode ser uma moeda atual da
variabilidade que vence as desvantagens do sexo.
–As parasitas reconhecem e infetam seus hospedeiros
ao se grudar as moléculas receptoras das células do
hospedeiro.
–Entre os hospedeiros, os indivíduos têm mais
probabilidade de carregar alelos diferentes para
essas moléculas receptoras e, assim, variam na
vulnerabilidade às parasitas.
–Ao mesmo tempo, as parasitas evoluem rapidamente
suas capacidades de usar receptoras específicas do
hospedeiro.
–O sexo proporciona um mecanismo para mudar a
distribuição de alelos e variando eles entre as proles.
–Essa co-evolução numa relação hospedeiro – parasita é
conhecida como “o Efeito da Rainha Vermelha.”
Vantagem da Reprodução Sexual

49. Reprodução Assexuada versus Sexual

50. O Poder do Sexo
Uma combinação boa de alelos bons:
(1) alelos de pescoços compridas
(2) alelos de coração forte

51. Pescoço Coração
comprido normal
Pescoço Coração
normal forte
Pescoço Coração
Normal normal
- Pode alcançar ramos altas,
mais desmaia demais (coração
não proporciona sangue
suficiente a cabeça)
-Não pode alcançar ramos
altos, mas pode correr
bastante e têm uma
longevidade comprida
Começamos com dois antílopes, cada
um com um alelo raro
Pescoço Coração
Normal normal

52. …produção de um
Filhote super-adaptado
Pescoço Coração
normal forte
Pescoço Coração
normal forte
Pescoço Coração
Normal normal
Pescoço Coração
Normal normal
Pescoço Coração
Comprido normal
Pescoço Coração
comprido normal

53. - Porque a maioria das fêmeas serão normal / normal para
ambos os locos, a combinação boa de genes será quebrada
nos filhotes
O que acontece quando os filhotes cruzam?
Pescoço Coração
comprido normal
Pescoço Coração
normal normal
Pescoço Coração
normal normal
Pescoço Coração
comprido normal

54. Mas com a recombinação…
Pescoço Coração
comprido forte
Pescoço Coração
Normal normal
Pescoço Coração
Normal normal
Pescoço Coração
comprido normal
Pescoço Coração
Normal forte

55. O poder da recombinação
Hipótese: a recombinação permite uma mutação
nova amostrar vários fundos genéticos

- a maioria das mutações não terão sorte e
ocorrem no fundo dos “vivos mortos”, os
cromossomos que carregam alelos ruins que serão
extintos (em populações assexuadas)

- a recombinação inibe a seleção contra o fundo
genético (os outros alelos do cromossomo) de
sobrepor a seleção direta sobre a mutação

-

56. Reprodução limita as mutações ruins
Proles
Proles
Pais
Pais
Assexuada
Sexual
O Gene normal
X Gene com
Mutação ruim

57. Resumo: Reprodução
Existem dois modos principais da reprodução animal.
A reprodução assexuada que é a criação de indivíduos novos
com genes que vem da mãe e sem a fusão do ovo e esperma.
Na maioria dos casos, a divisão celular mitótica sem a
Meiose e singamia. {fissão, fragmentação, brotamento,
partenogênese…}
A reprodução sexual que é a criação de proles pela fusão de
gametas haplóides para formar um zigoto diplóide.
As gametas são formadas pela meiose.
A gameta feminina, o ovo (não fertilizado), é geralmente
relativamente grande e sem mobilidade. A gameta
masculina, o espermatozóide, é geralmente uma célula
pequena com mobilidade.

58. Resumo: Os dois modos principais da
reprodução nos animais
•Reprodução assexuada “sem sexo” (formação de
indivíduos novos com genes de um parente sem a
fusão do ovo e espermatoides
-Depende principalmente da divisão mitótica

•Reprodução sexual: formação do filhote pela
fusão de gametas haplóides para formar um ovo
fertilizado (zigoto) que é diplóide
-aumenta a variabilidade genética dos filhotes
ao gerar combinações únicas dos genes
herdados de dois pais
-pode aumentar o sucesso reprodutivo dos
pais quando os fatores ambientais mudam
rapidamente

59. O que aprendemos?
59 Ecologia de Populações
Elimina as mutações ruins
(proles não reproduzem)
Separa as mutações
benéficas das
mutações ruins


As vantagens da
reprodução sexual

Adaptação a ambientes
mutantes

l

60. O que aprendemos?
60 Ecologia de Populações
Os indivíduos são
transeuntes. Uma população
transcende sua longevidade
somente por meio da
reprodução, a criação de
indivíduos novos.


Muitos aspectos da
forma e função dos
animais podem ser
vistos como adaptações
para aumentar o sucesso
reprodutivo.

l

61. O que aprendemos?
61 Ecologia de Populações
Também pode aumentar o
sucesso reprodutivo {de
largo prazo} dos pais
quando o ambiente muda ou
a prole dispersa ou na
evolução de doenças.


A reprodução sexual
aumenta a variabilidade
genética da prole
ao gerar combinações
únicas de genes
herdados dos dois pais.

l