A formação dos órgãos começa com a separação de um grupo de células dos demais e a consequente formação de um primeiro tecido que está destinado a crescer com o tempo e aumentar significativamente de volume.
A forma do órgão depende de vários processos que envolvem a ativação de genes específicos, variações na taxa de divisão celular, morfologia e adesão celular, incluindo também a morte programada de alguns deles (apoptose).
Durante a organogênese, as células recebem pistas químicas e físicas do ambiente que as informam sobre sua posição relativa no embrião e alteram sua arquitetura interna, permitindo que se diferenciem e se especializem.
O desenvolvimento das estruturas e órgãos não ocorre de forma caótica, mas com uma lógica estrita, de modo que cada folíolo embrionário forme órgãos bem específicos em relação à posição que ocupará ao final da gastrulação.
No início da investigação dos embriões, ainda no século XVII, quando foram utilizados os primeiros microscópios, pensava-se que o desenvolvimento do embrião consistia no crescimento de um organismo já formado. Rapidamente ficou claro que este não é absolutamente o caso.
Os órgãos do corpo se desenvolvem a partir dos tecidos do embrião (organogênese). Na tabela abaixo você encontra a origem embriológica de algumas partes do corpo humano.
Na verdade, a origem embriológica de muitos órgãos remonta a um folheto germinativo específico. Por exemplo, os tecidos que formam os rins são originários da mesoderme.
As estruturas do corpo também podem ser formadas pela interação dos cotilédones. Os dentes, por exemplo, são formados pela interação de duas camadas germinativas: a parte mais externa, o esmalte do dente, é formada a partir do ectoderma, e a parte interna, a polpa, é formada a partir do mesoderma.
É interessante que diversas glândulas e anexos dérmicos, como os pelos nos mamíferos e as penas nas aves, resultam dessa interação pouco comum, que leva dois tecidos embrionários a produzir partes do corpo (como dentes, mamas, penas e pelos.
Semelhanças entre embriões Animais diferentes podem apresentar embriões bastante semelhantes nos estágios iniciais de desenvolvimento, apesar de os indivíduos adultos não serem nada parecidos.
É difícil reconhecer formas físicas humanas nesse pequeno embrião, mas ele já possui uma região anterior (cabeça, seta 1) distinta da região posterior (seta 2). Observe as dobras na região do pescoço e como uma delas parece bordar a boca (seta 3). Nos peixes, essas estruturas dão origem a estruturas que sustentam as brânquias dos adultos, chamadas de arcos branquiais.
Observe na figura abaixo como os arcos branquiais, que estão presentes no embrião do tubarão, têm uma correspondência com as regiões do embrião humano nas primeiras semanas de vida intrauterina. No tubarão, o primeiro arco branquial do embrião vai formar a mandíbula do adulto – e o mesmo ocorre no embrião humano.
A grande diferença entre os dois é que, nos seres humanos, além de formar as mandíbulas inferior e superior, as células que constituem o primeiro arco branquial dão origem também a dois pequenos ossos cruciais para a audição e aos vasos sanguíneos que os envolvem.
A grande semelhança no desenvolvimento dos embriões é reflexo de semelhanças no material genético das espécies. Há regiões do DNA extremamente semelhantes em todos os organismos que não são unicelulares.
Se você considerar a origem das diversas formas de vida na Terra, perceberá que foi muito grande o tempo decorrido entre o surgimento de seres vivos que se resumiam a células individuais (unicelulares) e o aparecimento de animais capazes de formar um corpo (pluricelulares), e que a aparição destes é relativamente recente no planeta.
Esses dados levam a crer que durante quase três bilhões de anos não havia meios de promover a associação cooperativa de células para formar um corpo. No entanto, quando isso se tornou possível, esses novos seres passaram a se diversificar incrivelmente.
Os primeiros animais com corpo surgiram nos mares há pouco mais de 500 milhões de anos. Há pouco menos de 400 milhões de anos apareceram os primeiros vertebrados capazes de sair da água e explorar o meio terrestre.
Genes controladores de embriões
Estudos realizados na década de 1990 e 2000 demonstram que as células da região organizadora do embrião (veja a seção “Conectando outras áreas”, na página 234) têm certos segmentos de DNA muito ativos, que funcionam como genes organizadores.
A construção do corpo de um indivíduo está intimamente ligada à organização do DNA nos cromossomos. O desenvolvimento embrionário das regiões anterior e posterior do corpo guarda relação com a posição relativa de trechos de DNA.
Assim, os genes ligados à formação das estruturas da cabeça ficam ao lado dos genes ligados à formação das estruturas do meio do corpo, e estes, por sua vez, ficam ao lado dos genes ligados à formação das estruturas da parte posterior do corpo.
O desenvolvimento do embrião é controlado por um grupo de genes que está presente em diversos organismos, denominado grupo de genes Homeobox. Eles ativam outros genes e, assim, promovem o desenvolvimento de certas partes no embrião.
Os genes Hox, um subgrupo dos genes Homeobox, são responsáveis pela determinação do padrão do eixo corporal. A posição desses genes na molécula de DNA das células determina onde se desenvolverão as pernas ou os olhos, por exemplo.
O mais incrível é que os genes Hox são extremamente similares em todos os animais. Em larvas de mosca-das-frutas, por exemplo, eles ativam os milhares de genes envolvidos na formação de pernas e olhos dos insetos adultos.
Quando esses mesmos genes se expressam em um embrião humano, ativam genes completamente diferentes, envolvidos na produção de pernas e olhos humanos, cujas estruturas são muito diferentes das pernas e dos olhos de insetos.
Observe na figura a seguir o olho composto de um inseto, formado por um grande número de unidades denominadas omatídeos, bem diferente do olho humano. No entanto, os genes envolvidos na formação das estruturas de omatídeos e na de olhos de outros animais, inclusive do ser humano, são ativados pelo mesmo conjunto de genes.
A mosca-das-frutas tem oito genes Hox em apenas um conjunto linear, situados sequencialmente. Os invertebrados tipicamente têm entre um gene Hox (em poríferos) e treze genes Hox em um único conjunto linear.
O ser humano e outros mamíferos têm quatro conjuntos lineares desses genes, com um total de 38 genes Hox. Qualquer alteração nos genes Hox resulta em problemas graves de malformação do embrião.
Em mamíferos, esse tipo de situação geralmente provoca abortos espontâneos no início da gravidez. Acredita-se que as diferentes organizações de conjuntos de genes Hox surgiram há cerca de 500 milhões de anos, em um período em que os ancestrais dos grupos de animais atuais, como artrópodes, moluscos, equinodermos, vertebrados, etc., já existiam.
Anexos embrionários
O registro fóssil mais antigo de animais formados por muitas células revela que eram animais aquáticos. veja aqui no site uma aula sobre anexos embrionários.
O ovo aquático
Durante os primeiros 100 milhões de anos de existência, os animais, ou seja, os seres vivos heterótrofos com muitas células, limitaram-se a viver em ambientes aquáticos. Isso significa que seus ovos não enfrentavam o problema da falta de água.
Um grupo de células envolvido por uma pequena película gelatinosa é um ovo aquático perfeito. Ovos de moluscos, de muitos peixes e de anfíbios são exatamente assim.
Quando eclodem, os pequenos peixes das espécies ovíparas ainda estão envoltos em uma vesícula vitelínica (ou saco vitelínico; veremos mais detalhes do ovo aquático na atualidade adiante, neste item).
No entanto, há cerca de 375 milhões de anos começaram a surgir seres com características intermediárias entre os peixes atuais e os animais com quatro pernas. Ainda eram peixes, mas já tinham nadadeiras lobadas, nadadeiras especiais capazes de sustentar o corpo e deslocar-se fora da água.
Esses peixes de nadadeiras lobadas viviam em grandes rios, cheios de predadores vorazes, peixes de até cinco metros de comprimento e com dentes do tamanho de um lápis.
A possibilidade de passar algum tempo fora da água constituía uma vantagem, pois se manteriam fora do alcance dos predadores. No entanto, a reprodução dependia da água e eles tinham de retornar ao ambiente hostil, sujeitando-se novamente aos perigos da predação.
Os embriões dos anfíbios desenvolvem- -se em ovos recobertos por uma gelatina, que se desseca com facilidade. Por essa razão, os ovos dos anfíbios dependem da presença de água no ambiente, e seu revestimento constitui-se de uma massa gelatinosa permeável ao gás carbônico e ao oxigênio (bem como às substâncias tóxicas que o embrião produz).
O ovo terrestre e o âmnio
No ambiente terrestre, os desafios para um embrião que se desenvolve dentro de um ovo consistem em: conter a perda de água, garantir o acesso ao gás oxigênio, conseguir estocar alimento e armazenar as substâncias tóxicas produzidas em um reservatório separado.
Os répteis e as aves atuais se reproduzem com ovos radicalmente diferentes dos ovos dos anfíbios. Em comum, ambos possuem muito alimento, o vitelo. No entanto, contrariamente aos ovos dos anfíbios, os ovos de répteis e os de aves desenvolvem-se longe da água, em ambiente terrestre e seco.
Répteis e aves têm ovos com grande reserva de vitelo na vesícula vitelínica, que é bem irrigada por vasos sanguíneos. Esses dois grupos de animais possuem membranas extraembrionárias especiais. Uma dessas membranas constitui uma bolsa que armazena resíduos, denominada alantoide.
Como o alantoide é irrigado por vasos sanguíneos, contribui também com as trocas de gases e retira massa da casca. Nas aves, à medida que o alantoide acumula resíduos e ganha tamanho, ele aumenta o contato com a casca e dela retira cálcio.
Cerca de 80% do cálcio presente no corpo das aves ao nascer provém da casca do ovo. Ao prover o embrião com cálcio, a casca perde rigidez e seu enfraquecimento facilita a saída do filhote quando estiver pronto. A casca do ovo é rígida o bastante para resistir a choques mecânicos, mas é porosa, garantindo-se, assim, o trânsito de gases.
Outra membrana extraembrionária, o âmnio, constitui-se de um fluido aquoso ao redor do embrião, que o protege de choques mecânicos, hidrata e mantém seu ambiente quimicamente estável. Essa estrutura tem importância crucial para o desenvolvimento dos embriões em ambiente terrestre.
O âmnio é tão importante que certos zoólogos chamam os animais que possuem âmnio de “amniotas”, incluindo nesse grupo os animais que denominamos répteis, aves e mamíferos. Envolvendo os anexos embrionários vistos até aqui, há uma membrana chamada cório, que realiza as trocas gasosas com o meio.
Embora os ovos de répteis e os de aves sejam muito parecidos em termos da quantidade de vitelo que contêm e da presença de membranas extraembrionárias, apresentam diferenças, por exemplo, em relação aos cuidados necessários ao seu desenvolvimento. As aves são animais endotérmicos e a temperatura requerida para o crescimento de seu embrião é superior à temperatura ambiente.
Também podem ser observadas diferenças no cuidado parental. As aves, de maneira geral, apresentam este comportamento: seus ovos são intensamente cuidados, sendo guardados e aquecidos pelos pais até o momento da eclosão.
Após o nascimento, os filhotes ainda são alimentados ativamente pelos pais nas primeiras semanas de vida. Quanto aos répteis, embora algumas espécies mostrem algum tipo de cuidado com os ovos e a prole, a regra geral é deixar os ovos à própria sorte no ambiente e não cuidar da prole. Os répteis são animais ectotérmicos.
O âmnio e o ovo dos mamíferos
O desenvolvimento intrauterino dos mamíferos representa, em termos evolutivos, uma condição posterior ao desenvolvimento embrionário externo. Essa nova condição transformou os desafios que eram enfrentados pelo embrião em desenvolvimento fora do corpo da mãe.
Em primeiro lugar, a reprodução deixou de ser dependente da disponibilidade imediata de alimento do ambiente. De certa forma, vertebrados como anfíbios, répteis e aves precisam ingerir alimentos continuamente para produzir ovos com estoque nutritivo capaz de suprir todas as necessidades do embrião.
No caso dos mamíferos, o estoque de gordura da mãe permite manter o desenvolvimento do feto mesmo enfrentando condições ambientais adversas. A placenta é uma estrutura que não pode ser encontrada em outros amniotas, mas está presente na maioria dos mamíferos.
Ela se forma de tecidos da mãe e do embrião, inclusive do cório, que forma as vilosidades coriônicas. A placenta se desenvolve no útero e desempenha diversas funções, entre elas a de fornecer alimento ao embrião continuamente, já que o óvulo dos mamíferos tipicamente tem pouca quantidade de vitelo. Além disso, as trocas gasosas e de substâncias nitrogenadas também ocorrem através da placenta.
A placenta recebe os vasos sanguíneos do embrião e estes chegam muito perto do sangue da mãe, mas não há mistura de sangue. As substâncias nutritivas e o gás oxigênio se difundem pelos líquidos que banham as células e passam do corpo da mãe para o embrião.
Da mesma forma, o gás carbônico e certos resíduos nitrogenados, como a ureia, se difundem no sentido inverso, passando do sangue do embrião para o sangue da mãe. A placenta forma uma barreira que permite certas trocas entre embrião e mãe, conforme mostra a tabela.
É importante compreender que a placenta constitui uma barreira entre o corpo da mãe e do embrião, mas não impede que substâncias como drogas, álcool, medicamentos e vírus passem do corpo da mãe para o feto.
Células-tronco embrionárias e novas terapias
As células do embrião humano, em seus dias iniciais, se diferenciam gradualmente, formando os folhetos germinativos, que, em última instância, vão gerar todos os tecidos e órgãos do corpo. As células embrionárias capazes de gerar diferentes órgãos são chamadas células-tronco (ou células TE).
As células-tronco embrionárias foram isoladas pela primeira vez em camundongos, na década de 1980. As células TE são obtidas de embriões nos estágios iniciais de desenvolvimento, com poucas células. Elas retêm o potencial para produzir qualquer tipo de célula no organismo, o que as torna pluripotentes (ou totipotentes).
Na aula aqui no site sobre tecido sanguíneo, vimos como as células do sangue são continuamente geradas por células-tronco hematopoiéticas na medula óssea vermelha de alguns ossos. Quando ocorrem disfunções dessas células, advêm problemas sérios no sangue ou na imunidade do indivíduo, como falta de glóbulos brancos ou de plaquetas.
Nesses casos é necessário repor as células-tronco hematopoiéticas em um procedimento médico. A primeira aplicação médica das células-tronco foi no tratamento de doenças ligadas à produção de células sanguíneas. As pesquisas prosseguem, também no Brasil, e com células-tronco que não são embrionárias.
Espera-se descobrir métodos de implante dessas células para regenerar órgãos e tecidos. Por exemplo, o músculo cardíaco, que geralmente é lesado quando ocorre um infarto, poderia ser regenerado com células-tronco.
Resumo
1 – Os folhetos embrionários dão origem a órgãos e um mesmo órgão pode ser formado por mais de um folheto .
2 – Os genes que controlam o desenvolvimento embrionário são altamente conservados nos animais.
3 – O embrião desenvolve membranas que formam os anexos embrionários.
4 – Répteis e aves desenvolveram anexos embrionários que lhes permitiram a reprodução longe da água.
5 – O âmnio é um anexo embrionário fundamental para os animais terrestres.
6 – Répteis, aves e mamíferos têm embriões com âmnio.
7 – A maioria dos mamíferos é vivípara e seus embriões recebem nutrientes da mãe por meio de uma estrutura denominada placenta.
6. A placenta permite a troca de substâncias entre o sangue do feto e o da mãe, sem que ocorra mistura de sangue.
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Referências bibliográficas
NUNES, Andreia Marcelino. Genes Hox e a padronização do esqueleto axial. 2011. Tese de Doutorado.
OLIVEIRA, Priscila Soares. Morfologia do sistema visual de cinco espécies de abelhas noturnas do gênero Megalopta e as relações com o ambiente onde vivem. 2019. Tese de Doutorado. Universidade de São Paulo.
