Exercícios: Gâmetas, fecundação e desenvolvimento

Descreva a estrutura do espermatozoide (cabeça, peça intermediária e flagelo) e a do óvulo (grande tamanho e reservas de vitelo) de um mamífero, e relacione cada característica com a sua função: mobilidade versus alimento para o embrião.

Indique as gônadas e as vias de saída dos gametas no aparelho reprodutor de um mamífero, e refira em que ponto do aparelho feminino ocorre a fecundação.

Ordene as fases da fecundação — união dos núcleos dos gametas, encontro entre gametas, ativação do óvulo e penetração do espermatozoide — e explique numa frase o que ocorre em cada uma.

Explique o que é a meiose e por que razão é imprescindível para produzir gametas: o que aconteceria com o número de cromossomos da espécie em cada geração se os gametas fossem diploides?

Distinga zigoto, embrião e feto no desenvolvimento de um mamífero, indicando os limites aproximados de cada etapa e quais processos predominam nelas (divisão, organogênese, crescimento).

O que é a placenta e que três funções vitais ela desempenha para o feto (nutrição, respiração, excreção)? Explique por que é importante que o sangue da mãe e o do feto não se misturem diretamente.

Explique o que são o saco amniótico e o líquido amniótico, e que funções desempenham durante a gravidez (proteção mecânica, temperatura estável, liberdade de movimentos).

Distinga os gêmeos monozigóticos (verdadeiros/idênticos) dos dizigóticos (falsos/fraternos): como se origina cada tipo, que semelhança genética apresentam e por que razão os primeiros são sempre do mesmo sexo e os segundos não necessariamente.

Observe a imagem dos gametas de um mamífero. a) Identifique as estruturas numeradas e explique o papel de cada uma durante a fecundação. b) Justifique por que o óvulo é milhares de vezes maior do que o espermatozoide e o que cada gameta fornece ao zigoto. c) Indique que barreiras o espermatozoide precisa atravessar antes de se unir ao núcleo do óvulo.

O ovo amniótico de répteis e aves inclui anexos embrionários: âmnio, cório, alantoide e vesícula vitelínica. Explique a função de cada anexo e justifique por que esse conjunto permitiu aos vertebrados deixarem de depender da água para se reproduzir.

Após a fecundação, o zigoto inicia a segmentação e, em seguida, a gastrulação. Explique em que consiste cada processo, o que são os folhetos embrionários (ectoderme, mesoderme e endoderme) e indique um órgão adulto derivado de cada um.

Descreva as fases do ciclo menstrual (folicular, ovulação, lútea e menstruação) e o papel dos principais hormônios (FSH, LH, estrogênios e progesterona) em cada uma delas, de forma simplificada.

Explique o que acontece no útero quando não há fecundação: como diminui a progesterona, o que é a menstruação e por que o ciclo é interrompido se o embrião se implantar (que hormônio o mantém no início?).

Descreva o processo da fecundação humana: onde ocorre (tuba uterina), o que é a reação acrossômica e quais mecanismos impedem a polispermia (que entre mais de um espermatozoide).

As primeiras semanas de gravidez são as mais sensíveis. Explique o que é a organogênese, por que os agentes teratogênicos (álcool, determinados medicamentos, infecções como a rubéola) causam danos sobretudo no primeiro trimestre e o que é a síndrome alcoólica fetal.

Descreva as fases do parto (dilatação, expulsão e dequitação) e o papel da ocitocina e das contrações uterinas, explicando por que é um exemplo de retroalimentação positiva.

Uma expedição biológica descobre em uma caverna isolada duas espécies aparentadas de anfíbios com estratégias reprodutivas muito distintas:

• Espécie A: Põe cerca de 1.500 ovos pequenos (diâmetro < 1,5 mm) e pobres em vitelo em poças temporárias com abundantes predadores.

• Espécie B: Põe apenas 12 ovos grandes (diâmetro > 6,0 mm), muito ricos em vitelo, em fendas úmidas protegidas, dos quais eclodem indivíduos completamente formados sem passar por fase de girino livre.

1. a) Justifique em termos de custo bioenergético e sobrevivência por que a espécie B pôde prescindir da metamorfose e da fase larval aquática, relacionando isso com o tipo de ovo (quantidade de vitelo) e o tipo de desenvolvimento.
2. b) Um pesquisador afirma: «A espécie A é evolutivamente mais eficiente porque o desenvolvimento indireto implica sempre um menor custo reprodutivo para a progenitora». Refute essa afirmação analisando as vantagens e desvantagens adaptativas de cada estratégia em função da estabilidade do meio.
3. c) Resolva o seguinte aparente paradoxo: os mamíferos eutérios têm um ovo praticamente desprovido de vitelo (alécito) e, no entanto, apresentam um desenvolvimento direto sem fase larval. Como resolveram esse conflito evolutivo?

Imagine um cenário evolutivo hipotético: num planeta semelhante à Terra, um grupo de animais aquáticos desenvolve primeiro o ovo com casca impermeável e membranas extraembrionárias (amniota) antes de ter desenvolvido mecanismos de fecundação interna, mantendo a fecundação externa na água.

1. a) Avalie a viabilidade biofísica desse cenário: por que o aparecimento do ovo com casca protetora impermeável antes da fecundação interna representa uma contradição biológica insuperável para o processo de penetração gamética?
2. b) Alguns anfíbios atuais depositam suas posturas em folhas ou transportam os girinos na pele fora da água livre, mas nenhum possui um ovo verdadeiramente amniota. A partir desse fato, justifique por que a fecundação interna por si só não foi suficiente para que os vertebrados conseguissem se tornar independentes por completo dos habitats úmidos.
3. c) Analise como interagem a gravidade, a dessecação e a troca gasosa no meio aéreo para impor a sequência evolutiva cronológica observada: 1º fecundação interna, 2º ovo amniota.

Uma equipe de conservação procura salvar da extinção o rinoceronte-branco-do-norte, espécie da qual apenas sobrevivem duas fêmeas inférteis para gestar, mas da qual se conservam amostras de sêmen congelado de vários machos e culturas de fibroblastos de pele de doze exemplares falecidos.

Avaliam-se duas estratégias biotecnológicas:

• Estratégia A: Fecundação in vitro (FIV) mediante microinjeção intracitoplasmática (ICSI) com óvulos extraídos das fêmeas vivas e sêmen congelado, transferindo os embriões para fêmeas de rinoceronte-branco-do-sul como gestantes de substituição.

• Estratégia B: Transferência nuclear de células somáticas (clonagem) utilizando os fibroblastos congelados e óvulos enucleados de rinoceronte-branco-do-sul.

1. a) Compare ambas as estratégias em relação à variabilidade genética futura: qual delas permite uma maior diversidade alélica na descendência obtida e por que razão a clonagem seria prejudicial como estratégia única a longo prazo?
2. b) Do ponto de vista da biologia celular e do desenvolvimento embrionário, que barreiras moleculares específicas associadas à reprogramação epigenética do núcleo doador explicam a elevadíssima taxa de abortos e malformações congênitas habituais na Estratégia B em comparação com a Estratégia A?
3. c) Avalie os limites bioéticos de aplicar essas tecnologias: se uma empresa se oferecesse para comercializar a clonagem de animais de estimação falecidos, que objeções biológicas e de bem-estar animal você apresentaria para desaconselhar essa prática?

Uma mulher de 29 anos com antecedentes de salpingite por clamídia vai ao pronto-socorro com dor pélvica lancinante na fossa ilíaca direita e uma amenorreia de 7 semanas. O exame de sangue quantifica uma concentração de beta-hCG de 4.200 mUI/ml, mas a ultrassonografia transvaginal mostra a cavidade uterina vazia com um endométrio decidualizado e uma massa de 3,2 cm localizada na ampola tubária direita.

1. a) Explique a relação de causa e efeito entre a infecção prévia e a implantação ectópica: que funções celulares do epitélio ciliado tubário e da musculatura lisa da tuba uterina se deterioraram a ponto de impedir o avanço normal da mórula até o útero?
2. b) Justifique por que motivo se observa no útero um endométrio proliferado e espessado apesar de não abrigar nenhum embrião. Que estrutura embrionária produz a beta-hCG e que via hormonal mantém o suporte endometrial?
3. c) Preveja as consequências fisiopatológicas imediatas se não se atuar clinicamente antes da semana 9-10 de gestação, comparando a capacidade plástica e vascular do miométrio uterino com as limitações histológicas da parede tubária diante da invasão do sinciciotrofoblasto.

Em um laboratório reproduz-se o protocolo de transferência nuclear de células somáticas (SCNT) que permitiu obter a ovelha Dolly, utilizando material biológico de três ovelhas distintas:

• Doadora A (raça Finn Dorset, cara branca): fêmea adulta da qual se isolam fibroblastos mamários cultivados in vitro (células diferenciadas, 2n = 54).

• Doadora B (raça Scottish Blackface, cara preta): fêmea da qual se extraem óvulos não fecundados e se retira o fuso meiótico com o seu conjunto de cromossomos.

• Fêmea receptora C (raça Scottish Blackface, cara preta): fêmea em cujo útero se implanta o embrião em estágio de blastocisto após a eletrofusão do núcleo de A com o citoplasma enucleado de B.

1. a) Determine de forma fundamentada a contribuição genética exata de cada doadora (A, B e C) para o cordeiro nascido, especificando a origem do genoma nuclear, do genoma mitocondrial e o fenótipo de coloração da cabeça.
2. b) Com poucos anos de vida, o clone apresentou artrite prematura e sinais celulares de senescência acelerada. Explique por que o comprimento dos telômeros nas células do clone não correspondia ao de um recém-nascido normal e quais limitações a reprogramação nuclear de uma célula somática diferenciada enfrenta em comparação com a gametogênese natural.
3. c) Se o objetivo não fosse a gestação do cordeiro, mas sim a extração de células-tronco pluripotentes da massa celular interna do blastocisto para regenerar tecidos, que diferença biológica e legal sustenta a aprovação dessa clonagem terapêutica diante da proibição universal da clonagem reprodutiva em humanos?