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7.4: Tamanho e forma - Biologia

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O último tipo de padrão de desenvolvimento sobre o qual a evolução pode atuar é o tamanho e a forma dos tecidos ou órgãos. Geralmente são considerados problemas de escala "morfométricos" e são classificados como alterações "alométricas". Morfometria é o estudo de como uma geometria contínua (como a superfície externa de um corpo) pode ser deformada. A alometria estuda isso no contexto da evolução e do desenvolvimento. Uma das pessoas que definiu o campo, D'arcy Wentworth Thompson, apresentou mudanças morfométricas que permitem que uma espécie conhecida de peixe seja deformada em outra espécie conhecida (Figura 7).

Embora a extensão do papel que a alometria desempenha na evolução não seja totalmente clara, sabemos por exemplos que ela desempenha algum papel. É fácil ver isso se olharmos para as espécies relacionadas. Por exemplo, os crânios hominídeos são muito parecidos e freqüentemente diferem de maneiras que são facilmente explicadas por pequenas variações nos padrões de desenvolvimento do crescimento. Proliferação celular extra ou anterior aqui, proliferação celular menor ou posterior ali. Embora saibamos que muitos marcadores genéticos de proliferação celular (por exemplo, o regulador do ciclo celular Ciclina D1) aumentam a proliferação celular, existem muitos ativadores de proliferação a montante diferentes, dependendo do tipo de tecido / célula e do estágio de desenvolvimento. Para começar a entender o papel da alometria na evolução, os pesquisadores comparam o crescimento do tecido e os reguladores desse crescimento entre espécies bastante próximas.

Dois lugares onde tanto o desenvolvimento quanto a evolução das mudanças de tamanho e forma são razoavelmente bem compreendidos são os formatos de bico em pássaros e élitros em besouros. Um dos exemplos mais famosos de evolução é Tentilhões de Darwin. Este grupo de tentilhões foi submetido a uma radiação adaptativa nas Ilhas Galápagos a partir de 2,3 milhões de anos atrás12. Desde então, os tentilhões se adaptaram a diferentes nichos de ilhas em 14 espécies diferentes. A comparação da morfologia do bico entre essas espécies revelou dois programas alométricos conservados para alterar os padrões de proliferação celular. No desenvolvimento inicial, a largura do bico é regulada por níveis de BMP4 - maior BMP4 significa um bico mais profundo e mais largo. Por exemplo, tentilhões moídos têm alta expressão de BMP4 em uma região que sinaliza para a região esquelética predominante do bico inicial - a cartilagem pré-nasal (pnc)13. Da mesma forma, altos níveis de calmodulina próximos ao pnc estão associados a bicos mais longos, como os bicos dos tentilhões do cacto (Figura 8).

Um pouco mais tarde no desenvolvimento, uma estrutura de bico superior chamada osso pré-maxilar (pmx) começa a crescer. Isso acabará por formar as partes do bico superior que diferem estrutural e funcionalmente entre muitas espécies de pássaros. Esta parte do bico também expressa diferentes conjuntos de genes em diferentes formatos de bico. Receptor de TGFβ tipo II (TGFβIIr), β-catenina e Dickkopf-3 (Dkk3) são todos genes da cascata de transdução de sinal que são expressos em níveis muito mais elevados nos bicos grandes do tentilhão em comparação com tentilhões menores. Esses três genes foram expressos em domínios mais amplos em bicos maiores do que em bicos menores ao olhar para todas as cinco espécies na figura acima (Figura 9)14.

Essas descobertas reforçaram a ideia de que o crescimento alométrico pode alimentar uma evolução rápida, alterando a escala de um determinado recurso. Alterar a escala se refere apenas a aumentar ou diminuir algo, tornando-o maior ou menor em uma ou em todas as dimensões. Por exemplo, um grande quadrado é simplesmente uma versão ampliada de um pequeno quadrado. Um retângulo seria um quadrado que foi ampliado em uma dimensão, mas não na outra. Os pesquisadores notaram imediatamente que simplesmente mudar a escala do bico superior poderia explicar grande parte da variação no Geospiza e isso poderia ser explicado pelo sistema de coordenadas da genética acima (ou mesmo por um sistema genético mais simples). No entanto, a escala não foi suficiente para explicar a variação em outras espécies de tentilhões relacionados. Para explicar essa variação, os pesquisadores descobriram que tanto o dimensionamento quanto o cisalhamento devem ser considerados. A tosquia se refere a uma transformação geométrica como aquela vista no exemplo do peixe de Thompson et al. acima de. Em uma transformação de cisalhamento, cada ponto se move ao longo de x a uma distância proporcional à sua coordenada y (ou vice-versa), fornecendo uma linha diagonal a partir de uma linha reta. O cisalhamento mais o dimensionamento foram suficientes para explicar pelo menos os eixos de comprimento e profundidade dos bicos do tentilhão estudados (Figura 10)

A próxima pergunta a ser respondida é quão amplamente aplicável é esse sistema de coordenadas para a transformação da forma do bico? Aumentar ou diminuir os níveis de expressão desses genes muda o formato do bico do pintinho nas formas previstas por Mallarino et al.14. Essa informação pode nos levar a prever que a evolução usaria esse sistema de coordenadas para fazer a grande variedade de bicos que vemos em pássaros vivos e fósseis. No entanto, estudos de nãoGeospiza tentilhões mostram que a evolução é mais variável do que podemos imaginar. Se tivermos tempo, discutiremos o papel: "Espécies de aves intimamente relacionadas demonstram flexibilidade entre a morfologia do bico e programas de desenvolvimento subjacentes".


10 - Tamanho e forma corporal: influências climáticas e nutricionais na morfologia do corpo humano

Desde a propagação inicial do Homo erectus da África, cerca de 1,8 milhão de anos atrás, a linhagem humana colonizou todos os principais ecossistemas do planeta, adaptando-se a uma ampla gama de estressores ambientais (Antón et al., 2002). Como acontece com outras espécies de mamíferos, a variação humana tanto no tamanho do corpo quanto na morfologia parece ser fortemente influenciada por fatores climáticos. As relações mais amplamente estudadas entre a morfologia do corpo e o clima em espécies de mamíferos são aquelas descritas pelas regras ecológicas de “Bergmann” e “Allen”. A regra de Bergmann trata da relação entre o peso corporal (massa) e a temperatura ambiente, observando que dentro de uma espécie amplamente distribuída, a massa corporal aumenta com a diminuição da temperatura média (Bergmann, 1847). Em contraste, a regra de Allen considera a relação entre proporcionalidade corporal e temperatura (Allen, 1877). Ele descobriu que os indivíduos de uma espécie que vive em climas mais quentes têm membros relativamente mais longos, enquanto aqueles que residem em ambientes mais frios têm extremidades relativamente mais curtas.


Biologia de E. Coli

E. coli (Escherichia coli) são uma pequena espécie de bactéria Gram-negativa. A maioria das cepas de E. coli são em forma de haste e medem cerca de 2,0 μm de comprimento e 0,2-1,0 μm de diâmetro. Eles normalmente têm um volume celular de 0,6-0,7 μm, a maior parte do qual é preenchido pelo citoplasma. Uma vez que é um procarionte, E. coli não têm núcleos, em vez disso, seu material genético flutua descoberto, localizado em uma região chamada nucleóide.

E. coli são bactérias Gram-negativas, o que significa que não retêm a coloração violeta de cristal comumente usada para diferenciar bactérias. Seu status como bactérias Gram-negativas é devido às suas paredes celulares finas. E. coli tem paredes celulares feitas de duas camadas de peptidoglicano, uma membrana interna e outra externa. A membrana externa Gram-negativa explica porque muitas cepas de E. coli são resistentes à penicilina, o mecanismo de ação é interrompido pelas paredes celulares delgadas. Muitos sorotipos também têm flagelos externos que se estendem da parede celular e são usados ​​para a motilidade. No intestino dos mamíferos, E. coli usam seus flagelos para se agarrarem às microvilosidades dos intestinos.

E. coli são pequenas bactérias em forma de bastonete. Crédito: Domínio Público

E. coli é um anaeróbio facultativo, o que significa que respira oxigênio principalmente, mas pode respirar anaerobicamente quando o oxigênio não está disponível. Especificamente, quando o oxigênio não está presente, E. coli obtém seus nutrientes do processo de fermentação. Durante a fermentação, E. coli decompõe carboidratos em piruvato na ausência de oxigênio. Este processo produz etanol e dióxido de carbono.

Como todas as bactérias, E. coli reproduz-se por meio da fissão binária, na qual uma célula se divide em uma cópia geneticamente idêntica. E. coli & # 8217s o ciclo celular é dividido em três períodos que espelham aproximadamente as fases da mitose eucariótica. O período B ocorre diretamente após a divisão celular. O período B é o período & # 8220normal & # 8221 no ciclo de vida em que a célula está funcionando normalmente, semelhante à interfase na mitose. Assim que o DNA começa a se replicar, a célula entra no período C, que dura até que a replicação cromossômica esteja completa. O período D ocorre após a replicação cromossômica e é o ponto em que a célula se divide em duas. Assim que o período D termina, a nova célula prossegue para o período B, reiniciando o ciclo.

A duração exata do período B depende dos nutrientes disponíveis. Quanto mais comida, mais rápido E. coli passa por sua fase normal e mais rápido começa a copiar os cromossomos. No entanto, os comprimentos dos períodos C e D permanecem constantes. Quando as fontes de alimentos são muito altas, as células começam a se replicar antes a rodada anterior de replicação está completa, resultando em uma taxa de crescimento muito rápida. Esta taxa de crescimento rápido é uma razão pela qual E. coli são freqüentemente usados ​​como um organismo modelo em pesquisas de laboratório. Em condições ideais, E. coli pode atingir uma taxa de duplicação de 22 minutos.

E. coli são conhecidos por se envolverem em transferência horizontal de genes, um processo no qual uma bactéria insere uma seção de seu código genético diretamente no DNA de outra. A transferência horizontal de genes em bactérias tem uma função análoga à reprodução sexual em eucariotos, pois fornece uma fonte de diversidade genética. Algumas cepas de E. coli herdam suas características patogênicas por terem seu DNA alterado por outras bactérias.

O crescimento de um E. coli colônia ao longo do tempo. Crédito: WikiCommons CC-BY SA 4.0


2. Qual o tamanho de uma molécula de proteína?

Assumindo este volume específico parcial (v2 = 0,73 cm 3 / g), podemos calcular o volume ocupado por uma proteína de massa M em Dalton da seguinte forma.

A relação inversa também é frequentemente útil: M (Da) = 825 V (nm 3).

O que realmente queremos é um parâmetro fisicamente intuitivo para o tamanho da proteína. Se assumirmos que a proteína tem a forma mais simples, uma esfera, podemos calcular seu raio. Vamos nos referir a isso como Rmin, porque é o raio mínimo de uma esfera que poderia conter a dada massa de proteína

Alguns exemplos úteis para proteínas de 5.000 a 500.000 Da são fornecidos na Tabela & # x200B Tabela1 1.

Tabela 1

Rmin para proteínas de diferentes massas

É importante enfatizar que este é o raio mínimo de uma esfera lisa que poderia conter a massa de proteína dada. Como as proteínas têm uma superfície irregular, mesmo aquelas que são aproximadamente esféricas terão um raio médio maior do que o mínimo.


Informações adicionais

Destaques

• MnFe dependente de tamanho e forma2O4 NPs foram preparados por meio de um método fácil.

• Química de troca de ligante foi usada para preparar o MnFe hidrofílico2O4 NPs.

• As propriedades catalíticas do MnFe2O4 NPs para a degradação do corante foram totalmente estudados.

• As atividades catalíticas do MnFe2O4 NPs seguiram o comportamento de Michaelis - Menten.

• Todo o MnFe2O4 NPs exibem degradação seletiva para diferentes corantes.


Por dentro da observação de pássaros: Tamanho e # 038 Forma

Quão de perto e com cuidado você precisa olhar para um pássaro para identificá-lo? Ter um pássaro vivo nas mãos seria o ideal, mas você pode aprender muito mesmo à distância. O pássaro é mais ou menos do tamanho de um corvo ou mais próximo do tamanho de um pardal? Qual é o tamanho da conta em relação ao resto da cabeça? Essas características geralmente podem distinguir uma espécie de ave de outra. Junte-se a Chris Wood e Jessie Barry enquanto eles colocam seus conhecimentos de anatomia aviária externa em prática no campo.

Este vídeo é parte de nosso 4 partes Por dentro da observação de pássaros Series. Cada vídeo de aproximadamente 10 minutos o orienta através das 4 chaves básicas para a identificação de pássaros com instruções claras e exemplos. Os quatro vídeos da série são:

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