Este documento fornece um resumo do livro "Biologia do Desenvolvimento", 5a edição. O livro descreve os principais processos de desenvolvimento em diferentes organismos, desde a fertilização até a formação de estruturas complexas. O documento inclui a tabela de conteúdo do livro, com títulos de cada capítulo, imagens das páginas de abertura e fechamento, e informações sobre os autores e tradutores.

1. Biologia do
Desenvolvimento
QUINTA EDIÇÃO

3. Biologia do
Desenvolvimento
QUINTA EDIÇÃO
Scott F. Gilbert
Swarthmore College
Tradução e Revisão
Adolfo Max Rothschild
Zuleika Rothschild
Francisco A. de Moura Duarte
Maria Helena Corrêa Marques

4. A capa
FOTOGRAFIA DA CAPA: O mRNA para o Fator 8 de Crescimento
Fibroblástico pode ser detectado pela hibridização in situ da montagem
total usando RNA marcado quimicamente que é complementar a
essa mensagem. No embrião de pinto de 3 dias, a mensagem do Fgf8
é encontrada no ectoderma mais distal dos brotos dos membros, no
limite entre o cérebro posterior e o cérebro intermediário, nos somitos,
nos arcos branquiais do pescoço e na cauda em desenvolvimento. O
FGF8 é importante para diversos processos desenvolvimentais e
desempenha papéis críticos no crescimento dos membros e na
padronização do desenvolvimento do cérebro. Capítulos 3, 7 e 18.
(Fotografia cortesia de E. Laufer, C.-Y. Yeo e C. Tabin.)
FOTOGRAFIA DA CONTRACAPA: Fotografia de um embrião de pinto
de 20-21 dias nos estágios de “pipping” (bicando a casca internamente)
Do original: Developmental biology, e pré-eclosão. Note o revestimento peridérmico proeminente na
Fifth Edition extremidade do bico (dente do ovo), usado pelo pinto para fazer
Copyrigth ® 1997 by Sinauer Associates,
Inc. buracos na casca do ovo, a qual se tornou mais fina e mais quebradiça,
como uma conseqüência da utilização de minerais pelo embrião para
Dados Internacionais de Catalogação na seu crescimento esquelético. Esse estágio desenvolvimental marca a
Publicação (CIP)
(Câmara Brasileira do livro, SP, Brasil) transição do embrião em um pinto que respira ar. Capítulos 1 e 5.
_____________________________________ (Fotografia do International Poultry Journal, cortesia de R. Tuan.)
Gilbert, Scott F., 1949-
Biologia do desenvolvimento /
Scott F. Gilbert. -- As páginas de título
5. ed. -- Ribeirão Preto, SP :
FUNPEC Editora, 2003. PÁGINA ESQUERDA: A expressão gênica gera limites nos discos imagi-
Título original : Developmental biology nais da Drosophila. Os discos grandes e pequenos dentro da larva da
Vários tradutores e revisores. mosca formam as asas e os halteres, respectivamente, no adulto. Nes-
Bibliografia. se estágio, a proteína Apterous (vermelho) é expressa somente nos
ISBN 85-87528-61-0 compartimentos dorsais; a proteína Cubitus interruptus (azul) mar-
ca os compartimentos anteriores (mas não os posteriores) (uma linha
1. Biologia do desenvolvimento I. Título.
formando esse limite pode ser observada). A coloração verde (origi-
03-4459 CDD-571.8 nária da proteína Vestigial) no interior demarca o limite entre o mem-
_____________________________________ bro livre e a articulação ligando-o à parede torácica. Capítulo 19. (Fo-
Índices para catálogo sitemático: tografia cortesia de J. Williams, S. Paddock e S. Carroll.)
1. Bilogia do Desenvolvimento: Ciências
da vida 571.8 PÁGINA DIREITA: Expressão do gene paraxis no embrião de pinto no
estágio de 6 somitos. Hibridização in situ da montagem total usando
Direitos para a língua portuguesa cedidos
pela Sinauer Associates, Inc. para a RNA marcado com “digoxygenin” complementar a uma porção da
Fundação de Pesquisas Científicas de mensagem paraxis do pinto mostra a expressão desse gene durante a
Ribeirão Preto que se reserva a formação do somito. A proteína Paraxis é importante no estabeleci-
propriedade desta tradução.
mento da estrutura desses grupos mesodérmicos. Capítulos 2 e 9.
Proibida a reprodução dos textos (Montagem fotográfica cortesia de R. Tuan.)
originais, mesmo parcial e por
qualquer processo, sem autorização
da editora.

5. Para Daniel, Sarah, e David

6. Tabela de Conteúdos
PARTE I Introdução à Biologia do Desenvolvimento
Introdução ao desenvolvimento Genes e desenvolvimento:
animal 1 1 Introdução e técnicas 35 2
O objetivo da biologia do desenvolvimento 1 As origens embriológicas da teoria dos genes 35
Os problemas da biologia do desenvolvimento 2 Núcleo ou Citoplasma: Qual Controla a
Os estágios do desenvolvimento animal 3 Hereditariedade? 35
Nossa herança eucariótica 5 O Cromossomo X como uma Ponte Entre Genes e
Desenvolvimento entre eucariotos unicelulares 6 Desenvolvimento 37
Controle da Morfogênese no Desenvolvimento em A cisão entre a embriologia e a genética 38
Acetabulária 6 Primeiras tentativas da genética do desenvolvimento 39
Diferenciação em Ameboflagelados Naegleria 10 Evidência para a equivalência genômica 40
As Origens da Reprodução Sexual 12 Metaplasia 40
Eucariotos coloniais: A evolução da diferenciação 16 Clonagem de Anfibios: A Restrição da Potência
As Volvocaceanas 16 Nuclear 42
Informações adicionais & Especulações Clonagem de Anfíbios: A Pluripotência de Células
Sexo e Individualidade em Volvox 18 Somáticas 43
Diferenciação e Morfogênese em Dictyostelium 21 Informações adicionais & Especulações
Informações adicionais & Especulações Clonando Mamíferos por Prazer e Lucro 45
Evidência e Anticorpos 25 Sobre E.coli e elefantes: O modelo operon 47
Informações adicionais & Especulações Síntese diferencial de RNA 49
Como o Grex Sabe Qual Lado Está Para Cima 27 Hibridização de ácido nucléico 54
Padrões desenvolvimentais entre metazoários 28 Clonagem de DNA genômico 55
Os Poríferos 29 Hibridização de DNA: entre e intra espécies 58
Protostomatas e Deuterostomatas 30 Seqüenciamento de DNA 59
Análise de mRNA através de bibliotecas de cDNA 61
Técnicas de localização de RNA 63
Hibridização In Situ 63
Transferências Northern 64

7. Tabela dos Conteúdos vii
Encontrando mensagens raras pela reação da polimerase Identificando moléculas de adesão celular e seu
em cadeia 66 papel no desenvolvimento 92
Determinando a função do gene: células e organismos Caderinas 92
transgênicos 69 CAMs da superfamília de imunoglobulinas 95
Técnicas de inserção de DNA novo em uma célula 69 Moléculas da junção celular: proteínas da junção em
Camundongos quiméricos 70 fenda 97
Experimentos com genes com endereçamento A base molecular da afinidade célula-substrato 99
(Gene targeting ou Knockout) 70 Afinidade diferencial a substrato 99
Determinando a função de uma mensagem: RNA antisense 73 A matriz extracelular 99
Reinvestigação de velhos problemas com novos métodos 73 Receptores celulares para moléculas da matriz
Uma conclusão e um alerta 75 extracelular 104
Adesão diferencial resultante de sistemas de
Base celular da morfogênese: adesão múltipla 106
Afinidade celular diferencial 79 3 Moléculas de receptores e vias de transdução
de sinais 107
A via JAK-STAT 107
Afinidade celular diferencial 80 A via RTK-Ras 108
O modelo termodinâmico de interações celulares 84 Informações adicionais & Especulações
Informações adicionais & Especulações Mutações negativas dominantes em receptores 110
Evidência para o modelo termodinâmico 87
A via do inositol fosfato 111
A base molecular das adesões célula-célula 88 Cruzamentos entre vias 112
As classes de moléculas de adesão celular 88 A matriz extracelular e a superfície da célula como
Informações adicionais & Especulações fontes de sinais críticos para o
Anticorpos monoclonais e genética reversa 89 desenvolvimento 112
Moléculas de adesão celular 92 Interações recíprocas na superfície celular 113
PARTE II Padrões de Desenvolvimento
Fertilização: Iniciando um Prevenção da Polispermia 140
novo organismo 121 4 Informações adicionais & Especulações
A Ativação do Metabolismo dos Gametas
Ativação do metabolismo do óvulo 149
147
Estrutura dos gametas 121 Respostas precoces 149
Espermatozóide 121 Respostas tardias 151
O óvulo 125 Fusão do material genético 152
Reconhecimento do óvulo e do espermatozóide: Ação à Informações adicionais & Especulações
distância 128 A Não-Equivalência dos Pronúcleos de
Atração do Espermatozóide 128 Mamíferos 154
Ativação Espermática: A Reação Acrossômica no Rearranjo do citoplasma do óvulo 156
Ouriço-do-Mar 129 Preparação para a Clivagem 158
Informações adicionais & Especulações
Ação à Distância: Gametas de Mamíferos 131
Clivagem: Criando
Reconhecimento do óvulo e espermatozóide:
Contato de gametas 132
Reconhecimento Espécie-Específico em Ouriços-
multicelularidade 167 5
do-Mar 132 PADRÕES DE CLIVAGEM EMBRIONÁRIA 168
Ligação de Gametas e Reconhecimento em Clivagem holoblástica radial 169
Mamíferos 135 A holotúria, Synapta 169
Fusão de gametas e a prevenção da polispermia 139 Ouriço-do-Mar 170
Fusão entre as membranas do óvulo e do Anfíbios 173
espermatozóide 139 Clivagem holoblástica espiral 175

8. viii Tabela dos Conteúdos
Informações adicionais & Especulações Mecanismos de gastrulação em aves 238
Adaptação pela modificação da clivagem Gastrulação em mamíferos 242
embrionária 178 Modificações para desenvolvimento dentro de
Clivagem Holoblástica Bilateral 179 outro organismo 242
Clivagem holoblástica rotacional 180 Formação de membranas extra-embrionárias 245
Compactação 181
Informações adicionais & Especulações
Início do desenvolvimento vertebrado:
A Superfície da Célula e o Mecanismo de
Compactação 184
Formação da massa celular interna 185
Neurulação e ectoderma 253
FORMAÇÃO DO SISTEMA NERVOSO CENTRAL 254
7
Fuga da Zona Pelúcida 185 Neurulação: aspectos gerais 254
Informações adicionais & Especulações Neurulação primária 255
Gêmeos e células embrionárias precursoras 186 A mecânica da neurulação primária 257
Clivagem Meroblástica 188 A formação da placa neural 257
Clivagem discoidal 189 Formação do assoalho da placa neural 258
Clivagem Superficial 192 A modelagem e dobramento da placa neural 259
Informações adicionais & Especulações Fechamento do tubo neural 260
Exceções, Generalizações, e Clivagem Informações adicionais & Especulações
Parasítica da Vespa 195 A modelagem dorsoventral do sistema nervoso 264
MECANISMO DE CLIVAGEM 196 Neurulação secundária 264
Regulando o ciclo da clivagem 196 Diferenciação do tubo neural 265
Fator promotor de maturação 197 Formação das regiões do cérebro 265
Informações adicionais & Especulações Informações adicionais & Especulações
MPF e Seus Reguladores 198 Determinando as regiões do cérebro anterior e
O mecanismo citoesquelético da mitose 201 cérebro médio 268
A formação de novas membranas 203 Arquitetura de Tecido no Sistema Nervoso Central 270
Organização do cerebelo 272
Gastrulação: Reorganizando as Organização cerebral 274
células embrionárias 209 6 Tipos de neurônios 276
Desenvolvimento do olho em vertebrados 279
Dinâmica do desenvolvimento ótico 279
Gastrulação em ouriço-do-mar 210
Diferenciação da retina neural 280
Ingresso do Mesênquima Primário 210
Informações adicionais & Especulações
Primeiro estágio da invaginação do arquêntero 215
Porque os bebês não enxergam bem 282
Segundo e terceiro estágios da invaginação do
Diferenciação do cristalino e da córnea 283
arquêntero 217
A CRISTA NEURAL 284
Gastrulação em peixes 218
A crista neural e seus derivados 284
A transição da blástula intermediária e a aquisição
A crista neural do tronco 285
de motilidade celular 218
Vias de migração das células da crista neural do
Formação das camadas germinais 220
tronco 285
Gastrulação de anfíbios 221
A matriz extracelular e a migração da crista neural
Movimentos celulares durante a gastrulação de
do tronco 287
anfíbios 221
Informações adicionais & Especulações
Posicionando o blastóporo 224
Análise das mutações que afetam o desenvolvi-
Movimentos celulares e a construção do arquêntero 226
mento das células da crista neural 290
Migração do mesoderma involutivo 229
A potência do desenvolvimento das células da crista
Informações adicionais & Especulações
neural do tronco 291
Reguladores moleculares do desenvolvimento:
Diferenciação final das células da crista neural 292
Fibronectinas e as vias da migração
A crista neural cefálica 293
mesodérmica 230
Vias migratórias das células da crista neural
Epibolia do ectoderma 232
cefálica 293
Gastrulação em aves 233
Potência de desenvolvimento das células da crista
Generalidades sobre gastrulação em aves 233
neural cefálica 295

9. Tabela dos Conteúdos ix
A crista neural cardíaca 296 Início do desenvolvimento
A EPIDERME E A ORIGEM DAS ESTRUTURAS CUTÂNEAS 297
A origem das células epidérmicas 297 vertebrado: Mesoderma e
Apêndices cutâneos 299
Conclusões 300
endoderma 341 9
Especificidade axônica 307 8 MESODERMA 341
Mesoderma dorsal: A notocorda e a diferenciação dos
somitos 341
A geração da diversidade neuronial 307 Mesoderma Paraxial 341
Especificação do Neurônio Motor de Vertebrado 308 Somitômeros e a Iniciação da Formação do
Especificação dos Neurônios Motores em Somito 343
Drosophila 310 Geração de Tipos de Células Somíticas 344
Formação de padrões no sistema nervoso 312 Miogênese: Diferenciação do Músculo
Seleção de trajetórias: Orientação pela matriz Esquelético 347
extracelular 313 Informações adicionais & Especulações
Orientação pelo Terreno Físico: Orientação por Construção Muscular e a Família MyoD de
Contato 313 Reguladores Transcricionais 349
Orientação para Gradientes de Adesão: Osteogênese: O Desenvolvimento
Haptotaxia 314 dos Ossos 351
Condução por Sinais Migratórios específicos Informações adicionais & Especulações
do Axônio: A Hipótese das Trajetórias Controle da Condrogênese na Placa de
Marcadas 315 Crescimento 357
Orientação pela Repulsão Específica de Cones de Mesoderma da Placa Lateral 358
Crescimento 317 Formação das Membranas
Informações adicionais & Especulações Extra-Embrionárias 359
Sexo,Odor e Adesão Específica 319 O Coração 361
Seleção de trajetória: Orientação por moléculas Formação dos vasos sangüíneos 366
difusíveis 320 Informações adicionais & Especulações
Sinais para condução múltipla 323 Redirecionando o Fluxo Sangüíneo no
Neurônios Motores Vertebrados 323 Mamífero Recém-nascido 372
Axônios da Retina 325 O Desenvolvimento de células sangüíneas 373
Seleções de alvos 326 O Conceito de Célula-tronco 373
Especificidades Adesivas em Diferentes Regiões Células-tronco Pluripotenciais e Microambientes
do Tectum 328 Hematopoéticos 374
Seleção de endereço: Desenvolvimento dependente de Desenvolvimento Osteoclástico 377
atividade 331 Locais de Hematopoiese 378
Sobrevivência diferencial após a inervação: Fatores ENDODERMA 380
neurotróficos 331 Faringe 380
Informações adicionais & Especulações O tubo digestivo e seus derivados 382
Neurônios Fetais em Hospedeiros Adultos 334 Fígado, Pâncreas e Vesícula Biliar 382
O desenvolvimento de comportamentos: constância e O Tubo Respiratório 383
plasticidade 334

10. x Tabela dos Conteúdos
PARTE III Mecanismo da Diferenciação Celular
Regulação transcricional da expressão Ruptura e reorganização de nucleossomos: o papel
dos complexos de ruptura 436
gênica: Fatores de transcrição Ruptura e reorganização de nucleossomos: o papel
e a ativação de promotores da competição de histonas 437
específicos 391 10 Regiões de controle de loco: transcrição do gene da
globina 437
Informações adicionais & Especulações
Éxons e Íntrons 392 Trocas no gene de globina 440
Estrutura e função do promotor 394 Metilação de DNA e atividade gênica 442
Estrutura do promotor 396 Correlações entre metilação do promotor e
Função do promotor 397 inatividade gênica 442
Informações adicionais & Especulações Metilação e a manutenção dos padrões de
RNA polimerase e os fatores trans-reguladores transcrição 443
no promotor 399 Informações adicionais & Especulações
Estrutura e função dos intensificadores 402 Metilação e impressão gênica 444
Necessidade de intensificadores 402 Compensação de dosagem do cromossomo X de
Função do intensificador: Modelos temporais e mamíferos 446
espaciais de transcrição 403 Informações adicionais & Especulações
Fatores de transcrição: Os trans-reguladores dos O mecanismo de inativação do cromossomo X 449
promotores e dos intensificadores 404 Associação do DNA ativo com a matriz nuclear 451
Proteínas de homeodomínio 405 Ligação da cromatina ativa a uma matriz nuclear 451
Os fatores de transcrição POU 406 Topoisomerases e a transcrição gênica 453
Informações adicionais & Especulações Isoladores e domínios 454
Regulação da transcrição dos genes de cadeia Resumo 455
leve das imunoglobulinas 409
Fatores de transcrição básicos do tipo hélice-alça-
hélice 415 Controle do desenvolvimento pelo
Informações adicionais & Especulações processamento e tradução
Regulando as proteínas bHLH miogênicas:
Governando a troca entre proliferação e
diferenciação de células musculares 416
diferencial do RNA 461 12
Fatores de transcrição do zíper básico da leucina 416 CONTROLE DO DESENVOLVIMENTO PELO PROCESSAMENTO
Informações adicionais & Especulações DIFERENCIAL DE RNA 461
Armadilhas do intensificador: natural e Controle do desenvolvimento precoce pela seleção de
experimental 418 RNA nuclear 462
Fatores de Transcrição Dedo de Zinco 420 Os mecanismos de emenda de RNA: Spliceosomes 465
Receptores Nucleares de Hormônios e Seus Emenda alternativa do RNA: Criando proteínas
Elementos Responsivos a Hormônios 420 alternativas a partir do mesmo gene 466
Proteínas que dobram o DNA 423 Um gene, Muitas Proteínas Relacionadas 466
Ativação dependente de contexto ou silenciamento 423 Processamento Alternativo de RNA e
Regulação da atividade do fator de transcrição 425 Determinação Sexual em Drosophila 468
Uso Disseminado do Processamento de RNA para
o Controle da Expressão Gênica 471
Regulação transcricional da REGULAÇÃO DA TRADUÇÃO DOS PROCESSOS
expressão gênica: A ativação da DESENVOLVIMENTAIS 471
cromatina 431 11 Mecanismos da tradução eucariótica 472
Controle da síntese protéica pela longevidade diferencial
do mRNA 474
Nucleossomos e a ativação da cromatina reprimida 431 Degradação Seletiva de mRNAs 475
Acessibilidade a fatores trans-reguladores 432 Controle da tradução de mensagens do oócito 476
Sítios hipersensíveis à DNAase I 434

11. Tabela dos Conteúdos xi
Caracterização de RNAs Mensageiros Informações adicionais & Especulações
Armazenados em Oócitos 477 A Ativação do Genoma Embrionário 488
Informações adicionais & Especulações Regulação dos genes da tradução em larvas e
Determinando o Destino Celular por Meio do adultos 490
mRNA Localizado do Oócito 480 Determinação de Gametas em C. elegans 490
Mecanismos para a regulação da tradução das RNA Antisenso Natural 491
mensagens dos oócitos 481 “Disjuntores” do Controle da Tradução 492
A Hipótese da Mensagem Materna Mascarada 482 Editoração do RNA 493
A Hipótese da Cauda Poli(A) 483 Controle da tradução e síntese protéica coordenada:
A Hipótese da Eficiência da Tradução 486 Produção de Hemoglobina 494
Outros sistemas de ativação do mRNA: Mensagens Epílogo: Regulação Pós-tradução 497
sem “Cap” e Mensagens Seqüestradas 486
PARTE IV Especificação do Destino Celular e os
Eixos Embrionários
Especificação celular autônoma A genética da
por determinantes especificação axial em
citoplasmáticos 505 13 Drosophila 543 14
Comprometimento celular e diferenciação 505 Resumo do desenvolvimento de Drosophila 543
Pré-formação e epigênese 507 AS ORIGENS DA POLARIDADE ÂNTERO-POSTERIOR 545
Os Teratologistas Franceses 509 Visão Panorâmica 545
Especificações autônomas em embriões de tunicados 510 Os genes de efeito materno 546
O determinante formador de músculos do Evidência Embriológica da Regulação da
crescente amarelo 511 Polaridade pelo Citoplasma do Oócito 546
Especificação citoplasmática das linhagens O Modelo Molecular: Gradientes Protéicos no
endodérmicas e epidérmicas e o eixo ântero- Embrião Precoce 547
posterior 514 Informações adicionais & Especulações
Localização citoplasmática em embriões de moluscos 515 Modelos de Gradientes da Informação
O lóbulo polar 517 Posicional 551
Especificação celular no nematódeo Caenorhabditis Evidência que o Gradiente da Proteína Bicoid
elegans 521 Constitui o Centro de Organização Anterior 552
Controle maternal da identidade do blastômero: O O Centro de Organização Posterior: Localizando e
controle genético das células progenitoras Ativando o Produto de nanos 556
faríngeas de C. elegans 524 O Grupo Gene Terminal 557
Regulação em C. elegans 527 Os genes da segmentação 559
Informações adicionais & Especulações Uma Visão Panorâmica 559
“Ser ou Não Ser: Esse é o Fenótipo” 529 Os Genes de gap 561
Divisões celulares assimétricas no desenvolvimento Os Genes pair-rule 563
tardio 530 Os Genes de Polaridade Segmentar 565
Localização citoplasmática de determinantes de células Os genes de Seleção homeótica 569
germinativas 531 Padrões de Expressão dos Genes Homeóticos 569
Determinação de células germinativas em Iniciando os Padrões da Expressão dos genes
nematódeos 531 Homeóticos 572
Determinação da célula germinativa em insetos 532 Mantendo os Padrões de Expressão dos genes
Componentes do plasma polar da Drosophila 534 Homeóticos 572
Determinação de células germinativas em Os Elementos Cis-Reguladores e o Complexo
anfíbios 536 Bithorax 574
Resumo 538

12. xii Tabela dos Conteúdos
Informações adicionais & Especulações Indução de especificidade mesodérmica ventral e
Regulação Molecular do Desenvolvimento: As lateral 612
Proteínas do Homeodomínio 576 A criação da atividade do organizador 613
A GERAÇÃO DA POLARIDADE DORSOVENTRAL EM Proteínas secretadas do organizador 613
DROSOPHILA 577 Informações adicionais & Especulações
A proteína Dorsal: Morfógeno para a polaridade BMP4 e a lagosta de Geoffroy 616
dorsoventral 577 Fatores de transcrição induzidos no
Translocação da Proteína Dorsal 577 organizador 619
Provendo o sinal assimétrico para a translocação da Informações adicionais & Especulações
proteína Dorsal 578 Como o Organizador Neuraliza o
Sinal do Núcleo do Oócito para as Células Ectoderma? 621
Foliculares 578 A especificidade regional de indução 621
Sinalização das Células Foliculares para o A determinação das diferenças regionais 621
Citoplasma do Oócito 580 O modelo do duplo gradiente 623
O Estabelecimento do Gradiente da Proteína Correlatos moleculares da caudalização
Dorsal 581 neural 624
PRIMÓRDIOS DE ÓRGÃOS E EIXOS 585 Informações adicionais & Especulações
O modelo de coordenadas cartesianas e a especificação Sinais verticais e horizontais do
dos primórdios dos órgãos 585 organizador 626
Resumo: Alguns princípios do desenvolvimento da Genes homeobox na especificação neural 628
Drosophila 586 Competência e cascatas indutivas 628
Especificação do destino celular Estabelecimento dos eixos
por interações célula-célula corporais em mamíferos
progressivas 591 15 e aves 635 16
Desenvolvimento regulativo 591 Iniciando o eixo ântero-posterior 635
Testando a teoria do plasma germinativo 592 Estabelecendo um Centro de Nieuwkoop 635
August Weismann: A teoria do plasma Expressão Gênica em Tecidos Organizadores 636
germinativo 592 Especificando o eixo ântero-posterior de mamífero: A
Wilhelm Roux: Desenvolvimento em mosaico 593 hipótese do código Hox 637
Hans Driesch: Desenvolvimento Regulativo 594 Homologia dos Complexos de Genes Homeóticos
Sven Hörstadius: Potência e gradientes em oócitos 597 entre Drosophila e Mamíferos 637
Formação de um organismo integrado: Restringindo Expressão de Genes Hox no Sistema Nervoso
a potência das células vizinhas 598 Central e seus Derivados 638
Regulação durante o desenvolvimento de anfíbios 600 Análise Experimental de um Código Hox: Gene
Hans Spemann: Determinação progressiva das Alvo 640
células embrionárias 600 Transformação Parcial de Segmentos por
Hans Spemann e Hilde Mangold: Indução Eliminação de Genes Hox Expressos no
embrionária primária 603 Tronco 642
O centro de Nieuwkoop 606 Análise Experimental do Código Hox: Teratogênese
A formação do centro de Nieuwkoop e a polaridade do Ácido Retinóico 643
mesodérmica 606 Evidência para um Código Hox da Anatomia
A especificação da polaridade dorsoventral na Comparada 645
fertilização 607 Informações adicionais & Especulações
A base molecular da indução mesodérmica 609 Animais como Variações sobre o Mesmo Tema
Estabelecendo a regionalização dorsal: o possível Desenvolvimental 646
papel da β-catenina 609 Eixos dorsoventral e esquerdo-direito em mamíferos e
O funcionamento do centro de Nieuwkoop: funções aves 647
para Vg1 e Noggin 610

13. Tabela dos Conteúdos xiii
PARTE V Interações Celulares Durante a
Formação do Órgão
Interações proximais de tecidos: de crescimento dos fibroblastos como
Indução secundária 655 17 indutores do broto do membro 704
Indução da crista ectodérmica apical 704
Produção do eixo próximo-distal dos membros 706
Interações instrutivas e permissivas 655 A crista ectodérmica apical: O componente
Competência e receptores 656 ectodérmico 706
Fatores parácrinos 657 A zona progressiva: O componente mesodérmico 708
Os Fatores de Crescimento Fibroblástico 658 Genes Hox e a especificação do eixo próximo-
A família hedgehog 659 distal do membro 709
A família Wnt 660 Interações entre a AER e a zona progressiva 711
A superfamília TGF-ß 661 Mutações nas interações entre a zona progressiva
Sinalização Justácrina 662 e a AER 711
Interações epitélio-mesênquima 663 Informações adicionais & Especulações
Especificidade Regional da Indução 663 A regeneração dos membros da salamandra e a
Especificidade Genética da Indução 666 retenção do eixo próximo-distal 714
Cascatas de indução embrionária: Indução do cristalino 667 Especificação do eixo ântero-posterior dos membros 716
Os Fenômenos da Indução do Cristalino 667 A zona de atividade polarizante 716
A Base Celular da Indução do Cristalino 668 Sonic hedgehog como definidor da ZPA 717
Formação da Córnea 672 Interações entre a AER e a ZPA para integrar
Formação de órgãos parenquimatosos 672 crescimento e padrão 718
Morfogênese do Rim de Mamífero 673 Especificando a ZPA 721
Os Mecanismos da Organogênese Renal 676 A produção do eixo dorsoventral 721
Informações adicionais & Especulações Distinguindo o membro anterior do membro posterior 722
Diferenciação Coordenada e Morfogênese no Informações adicionais & Especulações
Dente 682 Lições de limbless 724
Mecanismos de ramificação na formação de órgãos Morte celular e a formação de dígitos 724
parenquimatosos 683 Informações adicionais & Especulações
A Matriz Extracelular como um Elemento Crítico Evolução do membro tetrápode 726
na Ramificação 684
Fatores Parácrinos Efetuando Padrões de
Ramificação 686 Interações celulares à distância:
Indução ao nível de uma única célula 687 Hormônios como mediadores do
Indução Vulvar no Nematóide Caenorhabditis
elegans 690
Informações adicionais & Especulações
desenvolvimento 733 19
Interações Célula-Célula e Possibilidade na Metamorfose: o direcionamento hormonal do
Determinação de Tipos Celulares 692 desenvolvimento 733
Metamorfose anfíbia 734
Controle hormonal da metamorfose de anfíbios 735
Desenvolvimento do membro
de tetrápode 701 18 Respostas Moleculares aos Hormônios da Tireóide
Durante a Metamorfose 740
Informações adicionais & Especulações
Padronização no membro 701 Heterocronia 743
Formação do broto do membro 702 Metamorfose em insetos 746
O campo do membro 702 Eversão e Diferenciação dos Discos Imaginais 746
Especificação dos campos do membro: Genes Informações adicionais & Especulações
Hox e ácido retinóico 703 A determinação dos discos imaginais da perna
Crescimento do broto de membro precoce: fatores e da asa 750
Remodelação do sistema nervoso 753

14. xiv Tabela dos Conteúdos
Controle Hormonal da Metamorfose de Insetos 754 Hermafroditismo 795
A biologia Molecular da Atividade da Hermafroditismo no Nematóide C. elegans 795
Hidroxiecdisona 757 Hermafroditismo em Peixes 797
Informações adicionais & Especulações Determinação ambiental do sexo 798
Controle ambiental sobre a forma e a função da Determinação Sexual Dependente de Temperatura
larva 761 em Reptéis 798
Interações hormonais múltiplas no desenvolvimento da Determinação Sexual Dependente da Localização
glândula mamária 762 em Bonellia viridis e Crepidula fornicata 799
Estágio embrionário 762 Resumo 800
Adolescência 765
Gravidez e lactação 765 Regulação ambiental do
Determinação do sexo 773 20 desenvolvimento animal 805 21
REGULAÇÃO AMBIENTAL DO DESENVOLVIMENTO NORMAL 806
Determinação cromossômica do sexo em mamíferos 774
Sugestões ambientais usadas pelos organismos para
Determinação Sexual Primária 774
completar seus desenvolvimentos 806
Determinação Secundária do Sexo 774
A colonização larval 806
As Gônadas em Desenvolvimento 775
Refeições de sangue 808
Determinação sexual primária dos mamíferos: Genes
Simbiose no desenvolvimento 808
cromossômicos Y para a determinação dos
Diferenças ambientais previsíveis como sugestões para o
testículos 777
desenvolvimento 810
SRY: O Determinante Sexual do Cromossomo Y 778
Sazonalidade e sexo: Afídios e Volvox 810
Determinação sexual primária em mamíferos: Genes
Diapausa 812
autossômicos na determinação de testículos 780
Plasticidade fenotípica: Polifenismo e regras de
SOX9: Reversão Autossômica na Displasia
reação 813
Campomélica 780
Polifenismo sazonal em borboletas 814
SF1: A Ligação Entre SRY e as Trajetórias
Polifenismo nutricional 816
Desenvolvimentais Masculinas 780
Determinação sexual dependente do ambiente 817
Determinação sexual primária em mamíferos:
Fatores ambientais imprevisíveis controlando o
Desenvolvimento ovariano 781
desenvolvimento animal 818
DAX1: Um Potencial Gene Determinante de Ovário
Defesas induzíveis contra a predação 819
no Cromossomo X 781
Plasticidade fenotípica e mudanças no ambiente 820
Wnt4a: Um Potencial Gene Determinante de
Informações adicionais & Especulações
Ovário em um Autossomo 781
Assimilação Genética 821
Determinação sexual secundária em mamíferos 782
A contínua plasticidade do desenvolvimento 822
Regulação Hormonal do Fenótipo Sexual 782
O sistema imune: Desenvolvimento no adulto 822
Testosterona e Diidrotestosterona 783
Aprendizado: Um sistema nervoso adaptável ao
Hormônio Anti-Mülleriano 784
ambiente 823
O Sistema Nervoso Central 785
DISTÚRBIOS AMBIENTAIS DO DESENVOLVIMENTO NORMAL 827
Informações adicionais & Especulações
Malformações e distúrbios 827
O Desenvolvimento de Comportamentos
Agentes teratogênicos 828
Sexuais 787
Ácido retinóico como um teratogênico 829
Determinação sexual cromossômica em Drosophila 788
Talidomida como um teratogênico 830
A Via do Desenvolvimento Sexual 788
Álcool como um teratogênico 833
O Gene Sex-lethal como o Pivô para a
Outros agentes teratogênicos 835
Determinação do Sexo 790
Informações adicionais & Especulações
Os Genes transformer 793
Estrógenos Ambientais 836
doublesex: O Gene Comutador da Determinação
Interações genética-ambiental 837
Sexual 793
Resumo 837
Genes-alvo para a Cascata de Determinação
Sexual 794

15. Tabela dos Conteúdos xv
A saga da linhagem Mecanismos desenvolvimentais
germinativa 843 22 da mudança evolucionária 883 23
Migração das células germinativas 843 “Unidade de Tipo” e “Condições de Existência” 883
Migração das Células Germinativas em A Síntese de Charles Darwin 883
Anfíbios 843 E. B.Wilson e F. R. Lillie 885
Migração das Células Germinativas em A evolução do desenvolvimento precoce: E. Pluribis
Mamíferos 844 Unum 885
Informações adicionais & Especulações A emergência dos embriões 885
Teratocarcinomas e Células-Tronco Formação de um Novo Filo: Modificando os
Embrionárias 847 Caminhos do Desenvolvimento 887
Migração de Células Germinativas em Aves e Modularidade: O pré-requisito para mudança evolutiva
Répteis 848 através do desenvolvimento 891
Migração de Células Germinativas Primordiais em Modularidade 891
Drosophila 849 Dissociação: Heterocronia e Alometria 891
Meiose 850 Duplicação e Divergência 893
Informações adicionais & Especulações Co-opção 894
Grandes Decisões: Mitose ou Meiose? Progressão correlacionada 896
Espermatozóide ou Óvulo? 853 Restrições ao desenvolvimento 898
Espermatogênese 855 Restrições Físicas 898
Espermiogênese 857 Restrições Morfogenéticas 898
Informações adicionais & Especulações Restrições Filéticas 899
Expressão Gênica Durante o Desenvolvimento Evolução Conjunta do Ligante e Receptor:
do Espermatozóide 858 Isolamento Reprodutivo 901
Oogênese 860 O mecanismo genético do desenvolvimento da
Meiose oogênica 860 mudança evolucionária: Genes reguladores
Maturação do Oócito em Anfibios 861 homólogos 902
Conclusão da meiose: Progesterona e Pax6 e o desenvolvimento do olho 902
Fecundação 864 BMP4 e a Morfogênese dos Membros 904
Transcrição Gênica em Oócitos 865 Genes Hox e a Evolução dos Vertebrados 905
Oogênese Meroística em Insetos 867 Genes Hox e a Evolução dos Artrópodes 907
Informações adicionais & Especulações Caminhos homólogos do desenvolvimento 909
A Origem dos Eixos Embrionários de Criando novos tipos de células: O mistério evolucionário
Drosophila Durante a Oogênese 869 básico 911
Oogênese em Mamíferos 870 Uma nova síntese evolucionária 912
Informações adicionais & Especulações
O Reinício da Meiose nos Oócitos de Fontes Para as Citações das Aberturas
Mamíferos 875
dos Capítulos C-1
Índice de Autores IA-1
Índice de Assuntos IA-2
Índice de Abreviaturas IA-3

16. Prefácio
O s últimos anos do século 20 encontram a biologia do desenvolvi-
mento retornando à posição que ela ocupou no início do século: a
disciplina que unifica os estudos da hereditariedade, evolução e
fisiologia. Em 1896, a primeira edição de B. Wilson do The Cell in Development
and Inheritance anunciou “a verdade maravilhosa que uma única célula pode
conter em seu interior sua extensão microscópica da soma-total da herança
das espécies.” Hoje, a biologia do desenvolvimento está na vanguarda desse
estudo de nossa herança natural. Nos seus aspectos moleculares, ela toca a
química física na sua investigação dos mecanismos bioquímicos pelos quais
proteínas diferentes são produzidas em células diferentes do mesmo geno-
ma. Ela também está na liderança dos estudos evolucionários que procuram
entender como mudanças macroevolucionárias ocorreram. Ela abriu recen-
temente uma área nova da biologia do desenvolvimento ecológico, onde mu-
danças ambientais são vistas criando alterações no desenvolvimento do
organismo. Durante os últimos 3 anos, a biologia do desenvolvimento tam-
bém expandiu para a medicina, fundindo-se com a genética clínica para criar
uma ciência revitalizada da embriologia humana, uma ciência que já se
tornou importante na explanação das malformações congênitas.
A quinta edição do Biologia do Desenvolvimento foi revisada e reescrita
para refletir essas revoluções que estão acontecendo. Aconteceram quatro
mudanças importantes na estrutura do livro desde sua última edição. Pri-
meiro, tornou-se impossível discutir os princípios fundamentais da em-
briologia sem o conhecimento da atividade gênica ou vias da transdução de sinais.
Portanto, essa informação foi trazida dentro da seção introdutória do livro
de modo que interações celulares, tais como fertilização e indução, podem
ser apreciadas tanto no âmbito molecular quanto no morfológico.
Segundo, novo interesse nos efeitos do ambiente no desenvolvimento
normal e anormal conduziu a um novo capítulo. O Capítulo 21, “Regulação
Ambiental do Desenvolvimento Animal,” diz respeito às vias pelas quais o
meio ambiente afeta o fenótipo do organismo. Interesse na proteção ambiental
e em controvérsias envolvendo a possibilidade de poluentes teratogênicos
forçaram uma nova percepção das influências que o meio ambiente repre-
senta no desenvolvimento normal e anormal. Na verdade, os biologistas do
desenvolvimento podem rapidamente encontrar-se à frente dos movimen-
tos da conservação ecológica. As primeiras quatro edições deste livro bus-
caram integrar abordagens molecular, celular e orgânica à biologia do de-
senvolvimento; esta edição adiciona a dimensão ecológica.
Terceiro, esta edição introduz novas ênfases nos papéis dos fatores
parácrinos no desenvolvimento. Não somente os estudos da transdução
de sinais estão colocados na seção introdutória deste livro, como a Parte V

17. Prefácio xvii
da Quinta Edição inicia com uma visão geral das famílias do fator de cres-
cimento fibroblástico, TGF-β, Wnt e Hedgehog dos fatores de crescimento
e diferenciação.
Quarto, este livro está conectado a um website onde estudantes e pro-
fessores podem encontrar mais material em muitos tópicos selecionados.
Tal material inclui (1) detalhes de experimentos que são extremamente
especializados para serem colocados no texto, (2) informação histórica so-
bre áreas particulares da biologia do desenvolvimento e personalidades
envolvidas, (3) implicações médicas de fenômenos particulares do desen-
volvimento, (4) debates ou comentários em questões relevantes para o cam-
po, e (5) atualizações do material do texto nessa área da biologia de cresci-
mento cada vez mais rápido. Filmes e entrevistas gravadas estão incluídas
e esses artigos de destaque poderão ser expandidos à medida que a tecnologia
os tornar mais fáceis para serem usados. Esse website está conectado tam-
bém a outros websites e podem ser usados para enriquecer a perspectiva de
alguém sobre o que está acontecendo no desenvolvimento animal. A presen-
ça de um website nos permite manter o direcionamento deste livro às pesso-
as para as quais isso foi originalmente pretendido: estudantes dos últimos
anos da graduação e do início da pós-graduação. Ele também me ajudou a
não deixar o livro tornar-se um substituto para peso de papel.
A visão de Roux foi que a biologia do desenvolvimento “algum dia cons-
tituiria a base de todas as outras disciplinas biológicas e, em continuada
simbiose com essas disciplinas, desempenharia uma parte proeminente nas
soluções dos problemas da vida.” Essas foram palavras audaciosas, até mes-
mo arrogantes há cem anos atrás; hoje, elas expressam uma aceitação ampla-
mente sustentada. O desenvolvimento integra todas as áreas da biologia e
desempenha um papel crucial em relacionar o genótipo ao fenótipo. O desen-
volvimento pode ser estudado usando qualquer organismo e em qualquer
nível de organização, de moléculas a filos.
À medida que o campo continuar a se expandir e se aprofundar , uma
palavra de advertência é requerida: a biologia do desenvolvimento não pode
ser aprendida ou ensinada em um único semestre. Este texto é uma tentati-
va para prover cada pessoa com material suficiente para seu curso, mas um
instrutor não necessita se sentir culpado por não determinar todos os capí-
tulos, e os estudantes não necessitam se sentir privados se eles não lerem
todos os capítulos. Isto é o começo do caminho, não sua conclusão.
Como usar o website
Qualquer pessoa pode entrar no website através de sua homepage
[http://zygote.swarthmore.edu/index.html] ou através da sua lista de ar-
quivos de capítulos localizada no [http://zygote.swarthmore.edu/info.html].
Alternativamente, nós colocamos acessos específicos endereçados em todo
o livro onde quer que exista uma entrada relevante no momento da publica-
ção. Todos esses endereços começam com [http://zygote.swarthmore.edu/]
e são seguidos por um código dado no livro texto. Assim, a localização
especificada na página 20 do livro é:
http://zygote.swarthmore.edu/intro2.html
Mais localizações estão sendo adicionadas no website, e essas podem
ser acessadas entrando nos arquivos do capítulo. Em adição, clicando no
botão “Outros Arquivos” abaixo de cada capítulo, as conexões para outros
websites serão facilitadas. Divirta-se.

18. xviii Prefácio
Agradecimentos
Esta edição, como suas precursoras, deve muito às sugestões e críticas dos
estudantes em minhas classes de biologia do desenvolvimento e genética
do desenvolvimento. O grupo de funcionários e docentes extremamente
corporativo da Universidade Swarthmore também desempenharam pa-
péis importantes na produção deste livro, e os bibliotecários da área de
ciência E. Horikawa e M. Spencer merecem agradecimentos especiais por
terem segurado volumes recentes na biblioteca enquanto eu estava escre-
vendo o livro. Os cientistas que revisaram estes capítulos forneceram enor-
me ajuda tanto na precisão técnica dos capítulos quanto nas sugestões
para trabalho futuro. Esses investigadores incluem: S. Carroll, J. Cebra-
Thomas, E. M. De Robertis, S. DiNardo, E. Eicher, C. Emerson, G. Grunwald,
D. J. Grunwald, M. Hollyday, L. A. Jaffe, W. Katz, R. Keller, K. Kemphues, D.
Kirk, G. Martin, H. F. Nijhout, D. Page, R. Raff, R. Schultz, C. Stern, S.
Tilghman, R. Tuan e M. Wickens. Eu também quero agradecer aos muitos
cientistas que desviaram do seu caminho para ajudar a tornar esta edição
melhor lendo porções específicas dos capítulos. Eles incluem: M. Bronner-
Fraser, J. Fallon, N. M. Le Douarin, E. McCloud, J. Opitz, K. Sainio, H. Sariola,
I. Thesleff e T. Valente. Se eu deixei alguém fora, por favor me desculpem. É
desnecessário dizer que os julgamentos editoriais finais foram de minha
responsabilidade. Meus agradecimentos especiais a Judy Cebra-Thomas
que não somente me aconselhou em certos capítulos mas quem deu exce-
lente ajuda durante meu período sabático permitindo-me terminar este
livro. Agradecimentos também aos cientistas e filósofos, especialmente: C.
van der Weele, R. Amundson, L. Nyhart, R. Burian, H. F. Nijhout, A. F.
Sterling, K. Smith e A. I. Tauber, que participaram nos workshops de biolo-
gia do desenvolvimento da Sociedade Internacional para a História, Filo-
sofia e Estudos Sociais da Biologia. Algumas das melhores críticas cons-
trutivas deste livro-texto vieram dessas pessoas.
Andy Sinauer uma vez mais conseguiu reunir as mesmas e extraor-
dinárias pessoas neste projeto, e foi um privilégio trabalhar com eles. Meus
agradecimentos a ele e aos editores Nan Sinauer e Carol Wigg, coordenador
de produção Chris Small, artistas John Woolsey e Gary Welch, designer
Susan Schmidler, editor de texto Janet Greenblatt, e artista de layout Janice
Holabird. As habilidades editoriais de Tinsley Davis são extremamente re-
conhecidas. Devido ao fato de que os prazos finais devem ser cumpridos e
outro trabalho posto de lado, eu tenho que agradecer minha família por
mais uma vez me permitir prosseguir com isso. Em particular, este livro
nunca poderia ter sido completado se não fosse pelo encorajamento de mi-
nha esposa, Anne Raunio, que, como uma obstetra, gosta do lado mais prá-
tico da biologia do desenvolvimento. Meus agradecimentos a todos vocês.
SCOTT F. GILBERT
1 DE MARÇO DE 1997

19. Introdução à Biologia
do Desenvolvimento
1 Introdução ao desenvolvimento animal 1
2 Genes e desenvolvimento: Introdução e técnicas 35
3 Base celular da morfogênese: Afinidade celular diferencial 79
I

21. CAPÍTULO 1 Introdução ao Desenvolvimento Animal 1
Introdução ao desenvolvimento animal
1
O
A natureza parece nunca mudar, ainda que CONCEITO DE EMBRIÃO é assombroso, e a formação de um embrião é a
sua aparência esteja sempre mudando. É tarefa mais árdua que alguém haverá de realizar. Para se tornar um embrião,
nosso dever como artistas transmitir junta- você teve que construir a si mesmo a partir de uma única célula. Teve que
mente com todos os seus elementos a emo- respirar antes que tivesse pulmões, digerir alimentos antes que seus órgãos estives-
ção dessa permanente transformação.
sem formados, construir ossos a partir de uma massa e ordenar os neurônios antes
Paul Cezanne (ca. 1900)
mesmo de adquirir a capacidade de pensar. Uma diferença marcante entre você e a
máquina é que a máquina nunca é requisitada para uma função antes que esteja
Feliz é a pessoa que consegue discernir as
causas das coisas. terminada. Todo animal tem que estar em funcionamento enquanto se auto-constrói.
Virgílio (37 A.C.)
O objetivo da biologia do desenvolvimento
Para plantas e animais, o único caminho para o desenvolvimento a partir de uma célula,
é desenvolvendo um embrião. O embrião é o intermediário entre o genótipo e o fenótipo,
ou seja, entre os genes herdados e o organismo adulto. Enquanto a maior parte da
biologia estuda a estrutura adulta e função, a biologia do desenvolvimento encontra
maior interesse nos estágios mais transitórios. Biologia do desenvolvimento é a ciên-
cia do vir a ser, a ciência do processo. Dizer que um inseto efêmero vive apenas um dia
não significa nada para um biologista do desenvolvimento, porque o inseto pode ser
adulto apenas por um dia, mas passou outros 364 dias como um embrião e larva.
As questões levantadas por um biologista do desenvolvimento são freqüente-
mente questões mais ligadas ao vir a ser do que ao ser propriamente dito. Dizer que
mamíferos XX são geralmente fêmeas e mamíferos XY são geralmente machos, não
explica a determinação sexual para um biologista do desenvolvimento. Esse quer sa-
ber como o genótipo XX produz um ser feminino e como o genótipo XY produz um ser
masculino. Da mesma maneira, um geneticista gostaria de saber como os genes globina
são transmitidos de uma geração à outra, e um fisiologista pode fazer perguntas sobre
a função da globina no corpo. Porém, o biologista do desenvolvimento pergunta
porque os genes globina se expressam somente nas hemácias e como essas se tornam
ativas apenas em certas fases do desenvolvimento (ainda não sabemos as respostas).
Biologia do desenvolvimento é uma ciência excelente para pessoas que querem
integrar diferentes níveis da biologia. Diante de um problema, podemos estudá-lo a
1

22. 2 PARTE I Introdução à Biologia do Desenvolvimento
níveis molecular e químico (p. ex., Como os genes globina são transcritos, e como os
fatores que ativam sua transcrição interagem uns com os outros e com o DNA?), a níveis
celular e tissular (p. ex., Quais são as células capazes de produzir globina, e como o
mRNA da globina deixa o núcleo?), a nível de órgãos ou sistema de órgãos (p. ex., Como
vasos capilares são formados em cada tecido, e como são instruídos a se conectarem e
ramificarem?) e, até mesmo, a níveis ecológicos e evolucionários (p. ex., Como diferenças
na ativação do gene globina permitem o fluxo de oxigênio da mãe para o feto, e como
fatores ambientais acionam a diferenciação de mais hemácias?). Biologistas do desen-
volvimento podem estudar qualquer organismo e todo tipo de célula.
Biologia do desenvolvimento é um dos campos que mais tem crescido e também
um dos mais emocionantes da biologia. Parte dessa emoção vem dos assuntos estu-
dados, porque estamos apenas começando a entender o mecanismo molecular do
desenvolvimento animal. Outra parte da emoção vem do papel unificador que a biolo-
gia do desenvolvimento assume nas ciências biológicas. A biologia do desenvolvi-
mento está criando uma estrutura que integra a biologia molecular, fisiologia, biologia
celular, anatomia, pesquisa do câncer, neurobiologia, imunologia, ecologia, e biologia
evolucionária. O estudo do desenvolvimento tornou-se essencial para a compreensão
de qualquer área da biologia.
Os problemas da biologia do desenvolvimento
O desenvolvimento é realizado por duas funções principais: gera diversidade e ordem
celular dentro de cada geração, o que assegura a continuidade da vida que passa de
uma geração à outra. Assim, existem duas questões fundamentais para a biologia do
desenvolvimento: Como um ovo fertilizado origina um ser adulto, e como esse ser
adulto produz um outro ser? Cada espécie tem suas próprias respostas, mas algumas
generalizações podem ser feitas. Tradicionalmente, essas questões têm sido subdivi-
didas em quatro problemas gerais da biologia do desenvolvimento:
• O problema da diferenciação. Uma única célula, o ovo fertilizado, se desen-
volve e gera centenas de células de diferentes tipos - células musculares,
células epidérmicas, neurônios, linfócitos, células do sangue, células gorduro-
sas, e assim por diante. Essa geração de diversidade celular é chamada diferen-
ciação. Desde que cada célula do corpo contém o mesmo conjunto de genes,
precisamos entender como esse mesmo conjunto de instruções genéticas pode
produzir diferentes tipos de células.
• O problema da morfogênese. Nossas células diferenciadas não são distribuí-
das aleatoriamente; pelo contrário, são organizadas em intrincados tecidos e
órgãos. Esses órgãos estão dispostos de tal maneira que: dedos estão nas
pontas e não no meio de nossas mãos, os olhos estão na nossa cabeça e não
nos pés ou intestinos. Essa criação de forma ordenada, é chamada morfogêne-
se. Como as células se auto-organizam e formam um arranjo correto?
• O problema do crescimento. Somos maiores do que um ovo, mas como as
células sabem quando devem parar de se dividir? Se cada célula de nossa face
realizasse mais uma divisão celular, seríamos considerados horrivelmente mal
formados. Se cada célula de nossos braços tivesse realizado apenas mais uma
série de divisões, poderíamos amarrar nossos sapatos sem nos abaixar.
• O problema da reprodução. O espermatozóide e o óvulo são células muito
especializadas. Somente eles podem transmitir instruções para produzir um
organismo de uma geração para outra. Como essas células são separadas para
formar a próxima geração, e quais as informações no núcleo e no citoplasma
que permitem tal funcionamento?
Recentemente, tem-se dado grande ênfase a um quinto problema:
• O problema da evolução. A evolução envolve mudanças herdadas durante o
desenvolvimento. Quando dizemos que o cavalo de um dedo só de hoje, teve
um ancestral de cinco dedos, estamos dizendo que mudanças no desenvolvi-

23. CAPÍTULO 1 Introdução ao Desenvolvimento Animal 3
mento da cartilagem e dos músculos ocorreram ao longo de muitas gerações de
embriões nos ancestrais do cavalo. Como mudanças no desenvolvimento cri-
am novas formas de corpo? Quais modificações hereditárias são possíveis,
dadas as restrições impostas pela necessidade do organismo sobreviver en-
quanto se desenvolve?
Os estágios do desenvolvimento animal
De acordo com Aristóteles, o primeiro grande embriologista da história, a ciência
começa com a curiosidade: “é graças a curiosidade que as pessoas começaram a
filosofar, e a curiosidade permanece desde o início do conhecimento.” O desenvolvi-
mento de um ser a partir do ovo tem sido motivo de admiração através da história da
humanidade. O simples procedimento de se abrir um ovo de galinha a cada dia do seu
período de incubação de três semanas proporciona uma notável experiência quando
se observa desde uma fina camada de células até o total desenvolvimento da ave.
Aristóteles realizou esse procedimento e observou a formação dos principais órgãos.
Qualquer um pode se admirar com esse fenômeno, ainda que ordinário, mas cientistas
são os que procuram descobrir como o desenvolvimento realmente ocorre. E ainda
mais do que dissipar essa admiração, novo conhecimento só faz aumentá-la.
Organismos pluricelulares não se formam de imediato, ao contrário, são formados
por um processo relativamente lento de mudança progressiva, o qual chamamos de
desenvolvimento. Em quase todos os casos, o desenvolvimento de um organismo
pluricelular começa com uma única célula - ovo fertilizado ou zigoto, que dividido
através da mitose, produz todas as células do corpo. O estudo do desenvolvimento
animal tem sido tradicionalmente chamado de embriologia, se referindo ao fato de que
entre a fertilização e o nascimento, o organismo em desenvolvimento é conhecido
como embrião. Mas o desenvolvimento não cessa no nascimento, ou mesmo na vida
adulta, porque a maioria dos organismos nunca pára de se desenvolver. A cada dia nós
repomos mais de um grama de células de pele (fazendo com que as células mais velhas
se desprendam assim que nos movemos), e nossa medula óssea sustenta o desenvol-
vimento de milhões de novos eritrócitos a cada minuto de nossas vidas. Portanto, nos
últimos anos tem sido comum se falar em biologia do desenvolvimento, como a discipli-
na que estuda processos embrionários e outros do desenvolvimento.
As principais características do desenvolvimento animal estão ilustrados na Figu-
ra 1.1. A vida de um novo indivíduo é iniciada pela fusão do material genético de dois
gametas, o espermatozóide e o óvulo. Essa fusão, chamada fertilização, estimula o
ovo a iniciar o desenvolvimento. Os estágios subseqüentes do desenvolvimento são
coletivamente chamados de embriogênese. Por todo reino animal existe uma incrível
variedade de tipos embrionários, mas a maioria dos padrões de embriogênese compre-
ende variações em quatro temas:
1. Ocorrência de clivagem imediatamente após a fertilização. Clivagem é uma
série de divisões mitóticas extremamente rápidas, onde o enorme volume cito-
plasmático do zigoto é dividido em numerosas células menores. Essas células
são chamadas blastômeros e, ao fim da clivagem, eles geralmente formam uma
esfera conhecida como blástula.
2. Após a redução na taxa de divisão mitótica, os blastômeros passam por
mudanças dramáticas quanto às suas posições, um em relação ao outro. Essa
série de redistribuição de células é chamada de gastrulação. Como resultado
da gastrulação, o embrião típico contém três regiões celulares chamadas
camadas germinativas*. O ectoderma, a camada exterior, produz as células
da epiderme e do sistema nervoso; o endoderma, camada interior, produz o
*Do Latim germen, significa “broto” ou “rebento” (a mesma raiz da palavra germinação). Os
nomes das três camadas germinativas são do Grego: ectoderma de ektos (“fora”) mais derma
(“pele”); mesoderma de mesos (“meio”) e endoderma de endon (“dentro”).

24. 4 PARTE I Introdução à Biologia do Desenvolvimento
Esperma-
tozóide
Mórula
Blástula
Oócito Local das células
embrionárias
Célula germinativa
(“Germ plasm”)
Esperma- Blastocele
tozóide
(gameta Oócito
masculino) (gameta
feminino)
GAMETOGÊNESE
Adulto
sexualmente maduro
Blastóporo
Ectoderma
Gônada
Mesoderma
Estágios
Endoderma
larvais
imaturos
INCUBAÇÃO (NASCIMENTO)
Figura 1.1
Histórico do desenvolvimento de um repre-
sentante animal, um sapo. Estágios que vão
da fertilização até o nascimento são coletiva-
mente conhecidos como embriogênese. As
regiões responsáveis por produzir células em-
brionárias são mostradas em cores. Gameto-
gênese, que é completa no adulto sexualmen-
te maduro, começa em épocas diferentes, de-
pendendo da espécie. revestimento do tubo digestivo e órgãos associados (pâncreas, fígado, pul-
mões, etc.); e o mesoderma, camada do meio, dá origem a diversos órgãos
(coração, rins, gônadas), tecidos conjuntivos (ossos, músculos, tendões, va-
sos sangüíneos) e células sangüíneas.
3. Uma vez que as três camadas embrionárias estão estabelecidas, as células
interagem umas com as outras e se reorganizam para produzir tecidos e órgãos.
Esse processo é chamado organogênese. (Nos vertebrados, a organogênese é
iniciada quando uma série de interações celulares induzem as células ectodér-
micas da porção mediana do dorso a formar o tubo neural. Esse tubo originará
o cérebro e a coluna vertebral). Muitos órgãos contêm células de mais de uma
camada embrionária, e não é incomum o exterior de um órgão ser derivado de
uma determinada camada e o interior de outra. Também durante a organogênese,

25. CAPÍTULO 1 Introdução ao Desenvolvimento Animal 5
algumas células sofrem longas migrações do seu lugar de origem até sua loca-
lização final. Essas células migrantes incluem os precursores das células san-
güíneas, células linfáticas, células pigmentadas e gametas. A maior parte dos
ossos de nossa face são provenientes de células que migraram ventralmente
da região dorsal da nossa cabeça.
4. Como observado na Figura 1.1, em muitas espécies, uma parte especializada
do citoplasma do ovo dá origem às células que são precursoras dos gametas.
Essas células são chamadas de células germinativas, sendo destinadas à
função reprodutiva. Todas as outras células do corpo são chamadas células
somáticas. Essa separação entre células somáticas (que dão origem a um
corpo individual) e células germinativas (que contribuem para a formação de
uma nova geração) é freqüentemente uma das primeiras diferenciações que
ocorrem durante o desenvolvimento animal. As células germinativas final-
mente migram para as gônadas, onde se diferenciam em gametas. O desen-
volvimento de gametas, chamado de gametogênese, normalmente não é com-
pletado até que o organismo tenha se tornado fisicamente maduro. Na matu-
ridade, os gametas podem ser liberados e participar de uma fertilização dando
início a um novo embrião. O organismo adulto finalmente sofre envelheci-
mento e morre.
Nossa herança eucariótica
Os organismos estão divididos em dois grupos principais, dependendo apenas se
as células possuem um envoltório nuclear ou não. Os procariotos (do grego karion,
significa “núcleo”), onde estão incluídas as arqueobactérias e as eubactérias, não
possuem um núcleo verdadeiro. Os eucariotos que incluem os protistas, animais,
plantas e fungos, possuem um tegumento nuclear bem formado circundando os
seus cromossomos. Essa diferença fundamental entre os eucariotos e procariotos
influencia a maneira como esses grupos organizam e utilizam seu material genético.
Em ambos os grupos, a informação herdada necessária para o seu desenvolvimento
e metabolismo se encontra codificada nas sequências de ácido desoxirribonucléico
(DNA) dos cromossomos. Os cromossomos procarióticos normalmente são hélices
duplas de DNA, pequenas e circulares consistindo de aproximadamente 1 milhão de
pares de bases. As células eucarióticas geralmente possuem diversos cromosso-
mos, e um simples protista eucariótico possui 10 vezes, ou mais, a quantidade de
DNA encontrada na maioria dos procariotos complexos. Além disso, a estrutura de
um gene eucariótico é mais complexa do que a de um gene procariótico. A seqüência
de aminoácidos de uma proteína procariótica é a reflexão direta da seqüência de
DNA do cromossomo. O DNA de um gene eucariótico que codifica uma proteína,
geralmente, é dividido de tal forma que a seqüência completa de aminoácidos da
proteína é derivada de segmentos descontínuos de DNA (Figura 1.2). O DNA entre
os segmentos freqüentemente contém seqüências que estão envolvidas na regulação
do momento e lugar em que o gene é ativado.
Cromossomos eucarióticos também são muito diferentes dos cromossomos
procarióticos. O DNA eucariótico reveste complexos protéicos específicos, chamados
nucleossomos, compostos por proteínas histonas. Os nucleossomos organizam o
DNA em estruturas compactas e são importantes na designação de qual gene irá se
expressar em qual célula. Nas bactérias não existem histonas. Mais ainda, células
eucarióticas sofrem mitose, na qual o tegumento nuclear se parte e os cromossomos
replicados são igualmente divididos entre as células filhas (Figura 1.3). Nos procariotos,
a divisão celular não é mitótica; não se desenvolve o fuso mitótico e, também, não
existe tegumento celular para se partir. Ao invés disso, os cromossomos filhos perma-
necem ligados a pontos adjacentes na membrana celular. Esses pontos de ligação são
separados entre si pelo crescimento da membrana celular, e finalmente colocam os
cromossomos em diferentes células filhas.

26. 6 PARTE I Introdução à Biologia do Desenvolvimento
Figura 1.2 (A) CÉLULA PROCARIÓTICA (B) CÉLULA EUCARIÓTICA
Resumo dos passos pelos quais as proteínas
são sintetizadas a partir do DNA. (A) Ex- Envoltório nuclear
pressão procariótica (bacteriana) do gene.
Regiões codificadoras do DNA são colineares
Íntron Íntron
com o produto protéico. (B) Expressão de
Gene 1 2
genes eucarióticos. Os genes são descontínuos DNA
e um envoltório nuclear separa o DNA do Éxon Éxon Éxon
citoplasma. 1 2 3
Núcleo
Transcrição
RNA nuclear
Transcrição
Processamento de RNA
mRNA mRNA
Tradução
Citoplasma Tradução
mRNA mRNA
Proteína Proteína
Procariotos e eucariotos têm mecanismos diferentes de regulação do gene. Em
ambos, o DNA é transcrito por enzimas chamadas RNA polimerases para produzir
RNA. Quando o RNA mensageiro (mRNA) é produzido nos procariotos, ele é imedia-
tamente traduzido em uma proteína enquanto o seu outro terminal está sendo transcri-
to do DNA (Figura 1.4). Sendo assim, nos procariotos, transcrição e tradução são
eventos simultâneos e coordenados. Mas a existência de envoltório nuclear em
eucariotos proporciona a oportunidade de se obter um tipo de regulação celular total-
mente novo. Os ribossomos, que são responsáveis pela tradução, estão de um lado do
envoltório nuclear, e o DNA e a RNA polimerase necessária para a transcrição estão do
outro. Entre a transcrição e a tradução, o RNA transcrito deve ser processado para que
possa passar através do envoltório nuclear. A regulação pela qual o mRNA pode
passar para o citoplasma, torna a célula capaz de selecionar quais das mensagens
recém-sintetizadas serão traduzidas. Assim, um novo nível de complexidade foi adici-
onado, que é extremamente importante para o organismo em desenvolvimento.
Desenvolvimento entre eucariotos unicelulares
Todos os organismos eucarióticos pluricelulares se desenvolveram de protistas uni-
celulares. É nesses protistas que as características básicas do desenvolvimento apa-
receram primeiro. Eucariotos simples nos deram os primeiros exemplos da morfogênese
direcionada pelo núcleo, o uso da superfície da célula para mediar cooperação entre
células individuais e as primeiras ocorrências de reprodução sexual.
Controle da Morfogênese no Desenvolvimento em Acetabulária
Há um século, ainda não havia sido provado se o núcleo continha alguma informação
hereditária ou de desenvolvimento. Algumas das melhores evidências para essa teoria
vieram de estudos onde organismos unicelulares foram fragmentados em pedaços

27. CAPÍTULO 1 Introdução ao Desenvolvimento Animal 7
Prófase:
O envoltório nuclear
quebra e um fuso se forma
entre dois centríolos.
Prometáfase:
Interfase: DNA é duplicado em Os cromossomos se
preparação para a divisão celular. ligam às fibras dos fusos.
Cromatídeos do
cromossomo
Núcleo Cromatina Nucléolo
Região do centrômero
Fuso em
desenvolvimento
Centríolos
Áster
Envoltório Envoltório
nuclear nuclear
Nucléolo rompe
Cromossomos filhos
Metáfase:
Os cromossomos se
alinham no equador da célula.
Telófase:
Os cromossomos atingem
os pólos mitóticos e a célula
começa a invaginar.
Figura 1.3
Diagrama de mitose em células animais. Du-
Anáfase:
Os cromossomos duplicados
rante a interfase o DNA é duplicado em pre-
(chamados cromatídeos) são paração para a divisão celular. Durante a
separados. prófase, o envoltório nuclear quebra e for-
ma-se um fuso entre os dois centríolos. Na
nucleados e anucleados (revisão por Wilson, 1986). Quando vários protistas foram metáfase, os cromosssomos se alinham no
equador da célula e se inicia a anáfase, os
fragmentados, quase todas as partes morreram. No entanto, os fragmentos que conti-
cromossomos duplicados (cada duplicata de
nham núcleo foram capazes de sobreviver, regenerando todo a complexa estrutura cromossomo é um cromatídeo) são separa-
celular (Figura 1.5) dos. Na telófase os cromossomos atingem
O controle nuclear da morfogênese celular e a interação do núcleo e citoplasma os pólos mitóticos e a célula começa a
estão muito bem demonstrados nos estudos da Acetabulária. Essa enorme célula invaginar. Cada pólo contém o mesmo núme-
individual (2 a 4 cm de comprimento) consiste de três partes: o disco reprodutivo, o ro e tipos de cromossomos que continha a
pedúnculo e o rizóide (Figura 1.6A). O rizóide está localizado na base da célula onde célula antes da divisão.
essa é presa ao substrato. O núcleo individual da célula se localiza dentro do rizóide. O
tamanho da Acetabulária e a localização do seu núcleo permitiram que pesquisadores