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Como o número de cromossomos evolui ao longo das gerações?

Como o número de cromossomos evolui ao longo das gerações?



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A mitose é um mecanismo complexo que, por meio de mutações e cruzamentos, determina como um cromossomo é composto. Mas, nesse ponto, o número de cromossomos já está determinado: como esse número pode evoluir ao longo das gerações? Qual mecanismo está envolvido?


Uma mutação é um termo geral que se refere a qualquer alteração de uma sequência nucleotídica. Inclui pequenas mutações como indels (inserção ou deleção de um único nucleotídeo) e substituições ou mutações maiores, como, por exemplo, fusões de cromossomos, duplicações de cromossomos inteiros, translocação Robertsoniana, duplicações de genomas inteiros e exclusões de genes. Algumas dessas mutações maiores podem afetar o número de cromossomos (e o número de ploidia).

Essas mutações geralmente podem ser causadas pela não disjunção de cromossomos homólogos durante a meiose.

A maioria dessas mutações é deletéria, mas algumas não são e podem eventualmente corrigir (fixação = atingir uma frequência de 1,0) na população.

Um exemplo muito comum de tais mutações em humanos é a mutação que está causando a síndrome de Down.


Como o número de cromossomos muda durante o processo de evolução?

Nota: Não estou questionando a evolução, apenas perguntando sobre algo que não entendo porque não sou um biólogo, mas um homem comum.

Olá, estou me perguntando como o número de cromossomos muda de geração para geração. Supondo que haja um animal com 100 cromossomos e, eventualmente, um indivíduo nasceu com 102 (eu nem sei se é isso & # x27s como isso acontece e se o animal é suposto sair deficiente, etc?), Como será esse indivíduo se reproduzem, a menos que outro indivíduo tenha nascido com 102, então os dois devem se encontrar ou então são considerados inférteis, pois não podem se reproduzir com os indivíduos que têm 100 cromossomos "normais"! E não tenho certeza de como os números dos cromossomos mudam com a evolução, como afirmei entre colchetes acima. Obrigado!

Postei isso aqui e não em / askcience porque foi excluído duas vezes por algum motivo.

Vou tentar fazer isso, embora não seja muito bom em explicar as coisas.

A maneira como você formula sua pergunta indica que você já conhece o básico, mas irei revisá-lo.

As células se dividem por mitose ou meiose. A mitose é a divisão celular regular: uma célula se dividindo por mitose alinha todos os seus cromossomos no centro e, em seguida, os separa por "fibras" anexadas ao meio de cada um. Portanto, eles primeiro parecem uma linha de x & # x27s, depois se dividem em & gt e & lt. Meiose é quando a mesma coisa acontece, mas os cromossomos não se duplicam primeiro. A maioria das células possui duas cópias de um cromossomo. Essas células têm uma e são chamadas de células sexuais.

Agora que o & # x27s saiu do caminho, há uma maneira principal de esse processo funcionar mal. Não disjunção - isto é, os x & # x27s permanecem como um x em um lado (em uma célula filha) e não existem no outro. Isso pode acontecer tanto na mitose quanto na miose, e pode acontecer com qualquer cromossomo, embora alguns cromossomos sejam mais prováveis ​​de acontecer. Para dar um exemplo, a não disjunção de um dos cromossomos resulta na síndrome de Down & # x27s, pois a criança tem três cópias desse cromossomo em cada célula, em vez de duas. Portanto, o resultado nem sempre é mortal.

Agora, vamos entrar no cerne da questão. Algumas espécies são mais propensas à não disjunção do que outras. Porque? Porque é uma mutação que não foi gerada deles. Porque? Porque essas espécies são comumente plantas e podem se autopolinizar ou se reproduzir assexuadamente. É muito comum encontrar uma família de plantas que tem uma quantidade diferente de cromossomos do resto delas, até mesmo cópias duplas de cada cromossomo, simplesmente porque eles surgiram de um mutante que sobreviveu por tempo suficiente para se reproduzir, ou, como você observou corretamente, encontre outra de sua espécie, já que os híbridos raramente sobrevivem.

No entanto, isso não quer dizer que isso só acontece nas plantas. Isso também acontece em alguns mamíferos - por exemplo, há uma espécie de macaco em uma ilha asiática que tem o dobro (don & # x27t qoute me) a quantidade de cromossomos do que a maioria das espécies de macaco (que paira em torno de 24). Isso ocorre quando um espécie é propensa à mutação (como em um grupo isolado reprodutivamente) e o suficiente desse tipo de mutação ocorre dentro de um determinado período de tempo para permitir que esse mutante se reproduza.

Isso também é, se bem me lembro, muito comum em sapos.

Quanto à sua última pergunta - sim, esses mutantes geralmente são inviáveis ​​e morrem antes do nascimento, se não forem eliminados quase imediatamente. Eles também são frequentemente ligeiramente deformados, pois as células não têm mecanismo para lidar com duplicatas (excluindo os cromossomos xx). Em humanos, apenas pessoas com Down & # x27s e uma mutação nos cromossomos sexuais sobrevivem. No entanto, dependendo das circunstâncias, a mutação pode ser benéfica (como a variação nas plantas) ou não prejudicial o suficiente para matar o mutante antes que ele se reproduza e, assim, novas espécies são criadas espontaneamente.

Se você quiser saber mais, eu & # x27d sugiro que você não disjunta no google, há alguns bons vídeos no Youtube explicando o conceito.

EDIT: desculpe por erros de digitação, eu & # x27m no meu telefone desculpe se eu & # x27m errado em qualquer lugar, eu & # x27m um primeiro ano na Biomolec.


ELI5: Humanos têm 23 pares de cromossomos, mas nossos ancestrais distantes não têm. Como o número de cromossomos muda ao longo de várias gerações?

Mesclando. No caso dos humanos e de nossos ancestrais com outros primatas, em nossa linhagem 2 cromossomos acidentalmente se fundiram em algum ponto, levando-nos de 24 cromossomos para 23 cromossomos. (Especificamente, o cromossomo que identificamos como cromossomo humano # 2).

Agora, como e quando exatamente isso aconteceu, é impossível saber. Você pode se perguntar como essa mudança pode ser propagada. Afinal as mulas existem porque cavalos e burros têm diferentes números de cromossomos, e isso leva a uma prole estéril, certo?

Bem, não, realmente não. O mutante individual com o cromossomo fundido ainda teria todos os genes que aqueles com os cromossomos não fundidos têm, mas o mesmo não acontece com cavalos e burros. Algum A descendência deste mutante estaria de fato em desvantagem ao se reproduzir com alguém que tem cromossomos não fundidos, basta olhar para as várias doenças que acompanham a duplicação de outros cromossomos, como a Síndrome de Down & # x27s. No entanto, alguns dos descendentes simplesmente herdarão o cromossomo fundido. Com o tempo, por meio da deriva genética, ou de alguma vantagem reprodutiva desconhecida, esse genótipo cromossômico fundido poderia vir a preencher a população.

editar: para ser mais claro, vamos considerar os dois cromossomos ancestrais A e B.

Uma pessoa normal (ancestral) terá 2 As e 2 Bs em cada célula não gameta (células que não são espermatozoides ou óvulos). Agora considere um mutante, que tem um A e um B fundidos. Isso não significa que eles não tenham um A ou B! Essa pessoa tem 1 A, 1 B e 1 AB. Observe que a quantidade total de informações genéticas é preservada. Não há um A ou B extra em lugar nenhum, os genes de um conjunto de cromossomos A e B foram simplesmente fundidos em um único cromossomo.

Agora, quando o normal produz um gameta, ele terá 1 A e 1 B.

Quando nosso mutante produz um gameta, ele pode ter uma variedade de resultados possíveis:

O gameta pode ter um A e um AB

O gameta pode ter um B e um AB

O gameta pode ter um A e um B

O gameta poderia ter um AB

Por que o gameta pode se tornar assim é um pouco complicado, então, para um ELI5, você terá que aceitar minha palavra.

Agora, ao reproduzir com o normal, as duas primeiras possibilidades são ruins, por exemplo, A / B + A / AB = 3A 2B, levando a uma dose extra de material genético de A.

A terceira possibilidade é boa, resultará apenas em uma prole normal.

A quarta possibilidade é tb bem, e o que leva à propagação da fusão. Basta pensar nisso, o mutante tem 1 A, 1 B e 1 AB, e esta prole obterá 1 A do normal, 1 B do normal e 1 AB do mutante, resultando na mesma combinação

Agora a pergunta: como você se livra dos extras 1 A e 1 B? Bem, no futuro, se você tiver dois descendentes do mutante original que produzem o quarto tipo de gameta, o AB se conectará com o AB, dando a você 2 AB e o cromossomo humano moderno 2.

Presumivelmente, com o tempo, as populações 1 A, 1B, 1 AB morreram, deixando apenas as 2 populações AB de hominídeos.


Tipos de Reprodução

Os organismos se reproduzem de uma das duas maneiras gerais: assexuadamente ou sexualmente. No reprodução assexuada indivíduos (por exemplo, bactérias, Hydra) produzem descendentes geneticamente idênticos denominados clones. Por exemplo, muitas plantas podem ser clonadas por propagação vegetativa de raízes e estacas de caule.


Reprodução assexuada - fissão binária em bactérias (clique na imagem para ampliar).

A reprodução assexuada às vezes é vantajosa para os organismos porque geralmente é rápida e requer menos energia. A principal desvantagem da reprodução assexuada é que a prole é geneticamente idêntica ao pai, e essa falta de variação genética pode ser prejudicial se as condições mudarem e a diversidade genética se tornar valiosa. Essa situação pode ocorrer com a introdução de uma nova doença ou predador, mudanças nas condições ambientais ou outros fatores.

No reprodução sexual o material genético de dois pais se combina para formar descendentes que são geneticamente distintos de seus pais (e que também são distintos de outros irmãos produzidos pelos mesmos pais). Mesmo que a reprodução sexual exija mais energia e tempo do que a reprodução assexuada, ela fornece aos filhos uma composição genética única que pode fornecer a eles uma vantagem seletiva em um ambiente imprevisível. A chave para entender como essa variação genética é mantida está em examinar o comportamento dos cromossomos durante o período sexual vida útil.

Em muitos dos organismos que discutiremos, a troca (ou recombinação) de informação genética está obrigatoriamente acoplada à reprodução, razão pela qual tal organismo é caracterizado como em reprodução sexuada. No entanto, a troca (ou recombinação) de informações genéticas nem sempre está associada à reprodução. Por exemplo, a conjugação em bactérias pode ser acompanhada por uma breve troca de material genético sem divisão, portanto, as bactérias podem se envolver em uma forma de sexo (ou seja, troca de material genético) conhecida como conjugação e também sofrer reprodução assexuada (fissão binária). Sexo e reprodução nem sempre estão ligados.


Como o número de cromossomos evolui ao longo das gerações? - Biologia

Em minhas últimas postagens, falei sobre quanto do seu genoma (autossômico) você herda de um ancestral específico [1,2]. No gráfico abaixo, mostro uma árvore genealógica que se origina de um indivíduo. Cada camada sucessiva mostra os ancestrais de um indivíduo & # 8217s de outra geração de volta no tempo, pais, avós, bisavós e assim por diante (vermelho para mulheres, azul para homens).


A cada geração anterior, seu número de ancestrais duplica, até que você seja descendente de tantas pessoas (por exemplo, 20 gerações anteriores, você tem potencialmente 1 milhão de ancestrais) que é
é bem provável que algumas pessoas naquela época sejam seus ancestrais várias vezes. Com que rapidez, então, o número de ancestrais genéticos cresce, ou seja, aqueles ancestrais que contribuíram com material genético para você?

Espera-se que cada geração que retrocedamos reduza pela metade a quantidade de material genético autossômico que um ancestral lhe dá. Como esse material é herdado em pedaços, só temos que voltar

9 gerações até que seja bem provável que um ancestral específico tenha contribuído com zero de seu material autossômico para você (veja a postagem anterior). Esse processo é inerentemente aleatório, pois o processo de recombinação (a quebra dos cromossomos em pedaços) e a transmissão são conjuntos de eventos aleatórios. Para dar mais intuição e demonstrar a natureza da aleatoriedade, pensei ter preparado algumas simulações do processo genético de herança no tempo.

Abaixo, mostro o mesmo gráfico acima (voltando 11 gerações), mas agora os ancestrais que não contribuem com nenhum pedaço (autossômico) de material genético são coloridos de branco (eu dou a% de ancestrais com contribuição zero abaixo). Eu também queria ilustrar como era variável a contribuição do material genético (autossômico) entre os ancestrais em uma geração específica. Portanto, alterei o tom da cor do ancestral para mostrar com que fração do genoma eles contribuíram. Ao escolher uma escala, dividi essa fração pela contribuição máxima de qualquer ancestral naquela geração, de modo que o indivíduo que mais contribuiu tenha o tom mais escuro. Abaixo da figura, apresento o intervalo de% de contribuições para esse indivíduo e a média (que segue 0,5 k).

É muito divertido rastrear ramos específicos e ver sua contribuição mudar ao longo do tempo. Essas figuras foram inspiradas nas que encontrei no blog de genealogia genética. Não tenho certeza de como eles os geraram e são apenas para fins ilustrativos. Fiz scripts para fazer as simulações e plotar em R. I & # 8217 vou postar esses scripts no github em breve.

Para dar uma ideia de como esse processo é variável, aqui & # 8217s outro exemplo

Com base nisso, fica claro que o número de ancestrais está aumentando, mas não tão rápido quanto o número de ancestrais genealógicos. Para ilustrar isso, deduzi uma aproximação simples do número de ancestrais genéticos ao longo das gerações (dou detalhes abaixo). Usando essa aproximação, deduzi o número de ancestrais genéticos e genealógicos, em uma geração específica, remontando a mais de 20 gerações:

Seu número de ancestrais genealógicos, na geração k, está crescendo exponencialmente (eu recortei a figura, caso contrário, parece boba). O número de ancestrais genéticos no início cresce tão rapidamente quanto o número de ancestrais genealógicos, pois é muito provável que um ancestral de algumas gerações atrás também seja um ancestral genético. Depois de mais algumas gerações, seu número genético de ancestrais genéticos começa a diminuir sua taxa de crescimento, enquanto o número de ancestrais genealógicos está crescendo rapidamente, menos e menos deles são ancestrais genéticos. Seu número de ancestrais genéticos eventualmente se estabelece para crescer linearmente de volta ao longo das gerações, pelo menos ao longo da escala de tempo aqui, com seu número de ancestrais na geração k sendo aproximadamente 2 * (22 + 33 * (k-1)).

Para chegar a esse resultado, fiz alguns cálculos aproximados. Se voltarmos k gerações, espera-se que os autossomos que você recebeu de (digamos) sua mãe sejam divididos em aproximadamente (22 + 33 * (k-1)) pedaços diferentes espalhados pelos ancestrais na geração k (você tem 22 autossomos , com cerca de 33 eventos de recombinação por geração). Se voltarmos o suficiente, espera-se que cada ancestral contribua com no máximo 1 bloco, então você tem aproximadamente 2 * (22 + 33 * (k-1)) (de sua mãe e seu pai).

Para desenvolver isso um pouco mais, considere o fato de que k gerações atrás você tem 2 (k-1) ancestrais k gerações atrás (digamos) do lado de sua mãe & # 8217, você espera herdar (22 + 33 * (k-1)) / 2 (k-1) pedaços de cada ancestral. Podemos aproximar a distribuição do número de blocos que você herda de um ancestral específico por uma distribuição de Poisson com esta média *. Portanto, a probabilidade de você herdar zero de seu genoma autossômico de um ancestral específico é aproximadamente exp (- (22 + 33 * (k-1)) / 2 (k-1)). Esta aproximação parece funcionar muito bem e corresponde às minhas simulações:

Então, usando isso, podemos escrever seu número esperado de ancestrais genéticos como 2 k * (1- exp (- (22 + 33 * (k-1)) / 2 (k-1))), já que você tem 2 k ancestrais cada contribuir com material genético para você com probabilidade um menos a probabilidade que acabamos de derivar. Quando retrocedemos o suficiente exp (- (22 + 33 * (k-1)) / 2 (k-1)) ≈ 1- (22 + 33 * (k-1)) / 2 (k-1), portanto, seu número de ancestrais, na geração k, está crescendo linearmente como 2 * (22 + 33 * (k-1)). Esta é uma aproximação, embora minhas simulações sejam razoáveis ​​& # 8220exatas & # 8221 (no sentido de que usam dados de recombinação reais). Podemos obter uma resposta analítica rigorosa (embora ignorando a interferência), mas o cálculo é bastante complicado (ver Donnelly 1983).

Seu número de ancestrais genéticos não crescerá linearmente para sempre. Se voltarmos o suficiente, seu número de ancestrais genéticos ficará grande o suficiente, na ordem do tamanho da população da qual você descende, para que pare de crescer, pois você estará herdando diferentes pedaços de material genético do mesmo conjunto de indivíduos várias vezes. Nesse ponto, seu número de ancestrais começará a se estabilizar. De fato, assim que voltarmos o suficiente, seu número de ancestrais genéticos começará a se contrair à medida que as populações humanas crescem rapidamente com o tempo. Voltarei a isso em outra postagem.

* isso vai ficar bem se k for grande o suficiente, posso explicar isso nos comentários se as pessoas gostarem. Essa aproximação foi feita por muitas pessoas, por exemplo, Huff et al. na estimativa de relações genéticas entre indivíduos.

Este post foi inspirado em parte por um post legal de Luke Jostins (em 2009). Acho que houve alguns erros no código do Luke & # 8217s. Eu conversei sobre isso com Luke, e ele anexou uma nota ao antigo post apontando as pessoas aqui.


O estudo dos cromossomos da mosca-das-frutas melhora a compreensão da evolução e da fertilidade

A propagação de todos os animais do planeta é o resultado da atividade sexual entre machos e fêmeas de uma determinada espécie. Mas como as coisas ficaram assim? Por que dois sexos em vez de um? Por que os espermatozoides são necessários para a reprodução e como eles evoluíram?

Essas questões ainda não resolvidas fascinam Timothy Karr, um geneticista do desenvolvimento e biólogo evolucionário do Instituto de Biodesign da Universidade do Estado do Arizona. Para sondá-los, ele usa uma mosca-das-frutas comum, Drosófila melanogaster - um organismo que forneceu à ciência um enorme tesouro de informações genéticas.

"Minha pesquisa se concentra na evolução do sexo e na função dos gametas", diz Karr. "Eu me concentro principalmente no lado do esperma da equação sexual. Estou interessado em como eles se originaram e como são mantidos nas populações."

O estudo atual de Karr, em colaboração com pesquisadores da Universidade de Chicago, apareceu recentemente na revista BMC Biology. O estudo reexamina um artigo anterior que analisou os cromossomos sexuais de moscas da fruta durante a espermatogênese - o processo que produz espermatozoides maduros a partir de células germinativas.

Enquanto o artigo anterior, de Lyudmila M Mikhaylova e Dmitry I Nurminsky, argumentou contra o silenciamento de genes ligados ao sexo no cromossomo X em Drosófila durante a meiose - um processo conhecido como Meiotic Sex Chromosome Inactivation (MSCI) - a reanálise apresentada por Karr sugere que a MSCI está de fato ocorrendo.

O trabalho lança uma nova luz sobre a evolução da estrutura e função dos espermatozoides, por meio de uma análise de Drosófila genes e produtos gênicos. Como Karr explica, a pesquisa tem implicações importantes para os humanos também: "O aspecto biomédico mais direto é quando aprendemos sobre a função de um gene que codifica uma proteína em Drosófila espermatozóides, podemos ver imediatamente se há uma relação entre esses genes e suas funções e problemas conhecidos com a fertilidade em humanos. "

Talvez nenhum outro organismo modelo tenha produzido mais descobertas sobre a genética humana do que a minúscula mosca-das-frutas Drosófila melanogaster. Em 1906, Thomas Hunt Morgan da Universidade de Columbia começou a trabalhar em D. melanogaster, (uma das mais de 1500 espécies contidas no Drosófila gênero) capitalizando na facilidade de reprodução da espécie, rápido tempo de geração e capacidade de produzir mutantes genéticos prontamente para estudo. Os esforços de Morgan com Drosófila levou à identificação dos cromossomos como o vetor da herança dos genes e lhe rendeu o Prêmio Nobel de Medicina em 1933.

Drosófila são de cor amarelo-marrom, têm olhos avermelhados e anéis transversais pretos em seu abdômen. As fêmeas têm cerca de 2,5 milímetros de comprimento, enquanto os machos são ligeiramente menores e podem ser facilmente identificados por sua cor mais escura.

Mais importante ainda, a similaridade nos sistemas genéticos de moscas de fruta e outros organismos eucarióticos, incluindo humanos, torna esses organismos modelo análogos extremamente úteis para o estudo de processos genéticos comuns, incluindo transcrição e tradução.

Aproximadamente 75 por cento dos genes de doenças humanas conhecidas têm correlatos reconhecíveis no genoma da mosca da fruta e 50 por cento das sequências de proteínas da mosca têm homólogos de mamíferos. (O genoma completo de D. melanogaster foi concluído em 2000.)

Cromossomos: depósitos genéticos

Os humanos têm 23 pares de cromossomos, ou 46 cromossomos ao todo. Destes, 44 são conhecidos como autossomos e consistem em pares combinados de cromossomos, conhecidos como cromossomos homólogos. Cada cromossomo homólogo contém o mesmo conjunto de genes nos mesmos locais ao longo do cromossomo, embora eles possam aparecer em alelos diferentes, o que pode afetar a passagem de características genéticas.

O estudo atual, no entanto, não se concentra nos autossomos, mas no par restante de cromossomos, conhecidos como cromossomos sexuais. As mulheres contêm dois cromossomos X, que são homólogos, como no caso dos autossomos. Em contraste, os homens são identificados como tendo um cromossomo X e um cromossomo Y (muito menor).

Embora as drosófilas tenham apenas um total de 4 cromossomos, elas também apresentam dimorfismo sexual, com as mulheres carregando os cromossomos X duplos e os homens carregando XY. Os dois cromossomos X nas fêmeas das moscas-das-frutas, assim como nos mamíferos, fazem delas um sexo homozigoto em comparação com a condição XY nos machos, conhecida como heterozigótica.

"Existem certos aspectos da composição desses cromossomos sexuais que intrigam os biólogos evolucionistas há muito tempo", observa Karr. Uma dessas questões envolve uma redução aparente no número ou no nível de expressão de genes ligados ao sexo no cromossomo X durante a espermatogênese. Acredita-se que essa redução ou silenciamento de genes no cromossomo X pode ter implicações profundas para a evolução dos cromossomos sexuais.

Durante o desenvolvimento meiótico de um espermatozóide, a natureza tenta compensar o fato de que as mulheres têm dois cromossomos X e, portanto, desfrutam de uma vantagem numérica em termos de genes, em comparação com os homens. Para superar o preconceito para genes femininos ligados ao X, o cromossomo X sofre inativação durante a diferenciação sexual meiótica de gametas masculinos, resultando em uma sub-representação de genes específicos do sexo no cromossomo X. Alguns desses genes, que podem ser benéficos para os homens, são movidos do cromossomo X para os autossomos, onde podem ser expressos.

A realocação de genes com tendência masculina para os autossomos pode ser devido a uma vantagem seletiva que favorece os genes que se movem para fora do cromossomo X e, portanto, evitam a inativação do X durante a meiose. No entanto, tais teorias permanecem controversas, pois as análises estatísticas são usadas para avaliar as frequências gênicas e os níveis de expressão, tornando a categorização adequada dos genes particularmente desafiadora. “Os dados que criamos e geramos para apoiar nossas ideias e hipóteses são confusos, há ruído neles”, diz Karr. "Esse ruído é inerente à história da evolução."

Além do fluxo constante de insights sobre a evolução dos cromossomos, Drosófila estão sendo usados ​​como um modelo genético para uma variedade de doenças humanas, incluindo Alzheimer, distúrbios neurodegenerativos, Parkinson, Huntington, bem como ampliar o conhecimento dos mecanismos subjacentes envolvidos no envelhecimento, estresse oxidativo, imunidade, diabetes e câncer.


Conteúdo

A alternância de gerações é um conceito importante na evolução das plantas. [2] Todas as plantas terrestres têm alternância de gerações.

Em musgos e seus parentes (Briófitas), o gametófito haplóide é a geração dominante, e os esporófitos diploides são hastes com esporângio crescendo a partir dos gametófitos. Nas samambaias, o esporófito diplóide é muito maior, mas o gametófito haploide também é uma pequena planta que pode crescer por muito tempo.

Para plantas com flores (Angiospermas), a geração de esporófitos é quase todo o ciclo de vida (a planta verde, raízes etc.), exceto as pequenas estruturas reprodutivas (pólen e óvulo).

O esporófito produz esporos (daí o nome), por meiose. Estes se desenvolvem em um gametófito. Tanto os esporos quanto o gametófito resultante são haplóides, o que significa que têm a metade dos cromossomos. Mais tarde, o gametófito maduro produz gametas masculinos ou femininos (ou ambos) por mitose. A fusão de gametas masculinos e femininos (fertilização) produz um zigoto diploide que se desenvolve em um novo esporófito. Este é o ciclo conhecido como alternância de gerações ou alternância de fases.

Como um fator na evolução da planta Editar

No trabalho de referência Variação e evolução nas plantas, Stebbins discutiu como a alternância de gerações se relacionava com a evolução geral das plantas. Ele começou:

"A diferença mais marcante entre o ciclo sexual dos animais e aqueles encontrados nas plantas é que, com exceção de alguns Protozoários, [3] os animais são diplóides em todos os estágios, enquanto quase todas as plantas possuem um estágio haplóide de maior ou menor duração . Além disso, a sequência de tipos de alternância de gerações. É uma das características mais conhecidas da evolução das plantas. A geração diplóide, sem dúvida, evoluiu de forma independente muitas vezes diferentes ". [4]

“A condição diplóide acarreta um aumento da flexibilidade porque possibilita a condição de dominância genética e recessividade. Em um organismo haplóide toda nova mutação é imediatamente exposta à ação da seleção. Em um organismo diplóide, por outro lado, cada nova mutante surge como um heterozigoto e, se recessivo, é protegido da seleção ". [5]

A questão é que, em diploides, novos alelos são protegidos e (coletivamente) são um reservatório de variação potencial na população.

Edição de algas

A maioria das algas tem gerações gametófitas dominantes, mas em algumas espécies os gametófitos e esporófitos são morfologicamente semelhantes (isomórficos).

Briófitas Editar

Briófitas (musgos, hepáticas e hornworts) têm um estágio gametófito dominante no qual o esporófito adulto é dependente do gametófito para nutrição. O esporófito se desenvolve a partir do zigoto dentro do órgão sexual feminino, portanto, seu desenvolvimento inicial é nutrido pelo gametófito.

Plantas vasculares Editar

Um esporófito independente é a forma dominante em todos os musgos, cavalinhas, samambaias, gimnospermas e angiospermas (plantas com flores) que sobreviveram até os dias de hoje.

Evolução anterior Editar

As primeiras plantas terrestres tinham esporófitos que produziam esporos idênticos: pareciam ter o mesmo sexo, independentemente do sexo em que se desenvolveram. Os ancestrais das gimnospermas desenvolveram complexos ciclos de vida heterosporosos: os esporos que produzem gametófitos masculinos e femininos eram de tamanhos diferentes. A fêmea megásporos tendendo a ser maior e em menor número do que o masculino micrósporos.

Durante o Devoniano, vários grupos de plantas evoluíram independentemente heterosporia e depois endosporia, em que megásporos únicos foram mantidos dentro dos esporângios do esporófito pai. Esses megásporos endospóricos tinham um gametófito feminino multicelular em miniatura com órgãos sexuais femininos e óvulos. Os óvulos foram fertilizados por espermatozoides de natação livre produzidos por gametófitos masculinos miniatuarizados transportados pelo vento na forma de pré-pólen.

O zigoto resultante se desenvolveu na próxima geração de esporófitos enquanto ainda estava dentro do único megásporo feminino grande no esporângio do esporófito pai. A evolução da heterosporia e da endospória estiveram entre os primeiros passos na evolução das sementes do tipo produzido por gimnospermas e angiospermas. [6] [7] [8]

Alguns Chromalveolata, alguns fungos e alguns bolor limosos apresentam o que parece ser uma genuína alternância de gerações. Esses grupos incluem uma gama tão ampla de tipos diferentes que é difícil dizer quão comum é o fenômeno. Certamente os fungos viscosos não são um grupo monofilético, e isso pode ser verdade para os outros dois grupos,


O estágio inicial em algoritmos genéticos é inicializar populações. Nesse estágio, devemos determinar a população e o comprimento dos cromossomos a serem usados. Para apuração do próprio número da população não há previsão de valor. Quanto maior o número de população produzirá mais variedade de soluções, aumentando assim a possibilidade de se chegar à melhor solução.

A determinação do comprimento do cromossomo é geralmente ajustada ao caso que está sendo tratado. Por exemplo, se no caso da maximização da função f (x, y) = 5 * x - 10 * y, então o comprimento do cromossomo é dois porque há duas variáveis, a saber, xey, que procuraremos . Outro exemplo é se o caso for o Problema do caixeiro viajante (TSP) então o comprimento do cromossomo é ajustado ao número de lugares a serem visitados.

Além disso, também temos que determinar a representação dos cromossomos a serem usados. Existem algumas representações comumente usadas, como representações binárias, inteiras, flutuantes e de permutação. A determinação da representação é ajustada ao caso a ser resolvido.

Também temos que determinar quando esse processo de algoritmo genético é interrompido. Existem 2 métodos comumente usados, o primeiro é determinar o limite do valor de adequação, o segundo é determinar o número de gerações.

Além disso, devemos também determinar o valor da probabilidade de cruzamento e a probabilidade de mutação. Por este motivo, será explicado mais adiante junto com o processo.


Função dos gametófitos

As plantas gametófitas produzem células sexuais - conhecidas como “espermatozoides” e “ovos” nas plantas terrestres - para permitir que sua linhagem passe pela reprodução sexuada.

Existem muitos benefícios conhecidos para a reprodução sexual, pois a capacidade de combinar características genéticas de dois indivíduos resulta em uma variedade de combinações diferentes de características dentro da população.

Essa diversidade é extremamente benéfica para a resistência a doenças e a capacidade de responder às mudanças ambientais.

Para um exemplo prático dos benefícios da reprodução sexuada, não procure além da Fome de Batata na Irlanda.

Na Irlanda, na época da fome, as safras de batata que se reproduziam assexuadamente eram cultivadas há muitos anos e se espalhavam pelas ilhas. Isso significava que as safras que alimentavam o povo irlandês eram todas geneticamente idênticas umas às outras, tendo sido produzidas assexuadamente por uma minúscula população de pais.

Quando uma nova doença atingiu as batatas na Irlanda, por não haver troca ou diversidade genética, virtualmente todas as batatas da ilha morreram. O resultado foi um dos piores desastres humanitários da história, porque todas as plantações de batata das quais as pessoas dependiam para se alimentar morreram.

Como resultado, milhões de irlandeses foram forçados a deixar a Irlanda em busca de uma vida melhor - e outros milhões morreram.

A morte de samambaias não seria desastrosa para a população humana, mas seria desastrosa para a população de samambaias - portanto, samambaias e outras plantas que praticam a alternância de gerações usam gametófitos para realizar a reprodução sexual e manter suas populações geneticamente diversificadas.

Curiosamente, se gametófitos ou esporófitos são “dominantes” varia dependendo da planta. Entre as samambaias, por exemplo, a geração gametófita ocupa mais dos recursos do ciclo de vida & # 8217s, crescendo em uma planta grande e visível que reconhecemos.

Among conifer trees, by contrast, it’s the sporophyte generation that is “dominant” – growing into huge, long-lived trees, while the gametophyte generation is restricted to a tiny organism growing inside of a cone.


Polyploidy

Changes in ploidy are of evolutionary importance in the flowering plants (angiosperms). Tetraploid plants often grow faster and larger than the diplóide plants they derive from, and tend to be selected for agriculture. Alfalfa, coffee,

An example of plant polyploidy that affected human civilization and history is the origin of wheat. Modern bread wheat, cultivated for about eight thousand years, is a hexaploid with 2n 42, formed by sequential hybrids formed among three related grass species, each with 2n 14. To complete the circle, modern hybridizers have created a new species, Triticale, by crossing the ancestral Emmer wheat (2n 28) with rye (2n 14) and then doubling the chromosome number to 42 to take advantage of strong wheat growth with the high lisina content of rye. DNA analysis is scrutinizing the hybrid origins of many cultivated plants to identify their ancestors.