Algunas cosas, se saben desde hace muuucho tiempo...
La idea de que los seres
vivos mantienen rasgos morfológicos, fisiológicos y psicológicos presentes ya
en sus progenitores debe ser seguramente tan antigua como la humanidad. Es
igualmente antigua la asociación entre el acto sexual y la procreación. Por
ello, debe remontarse también a tiempos antiguos la cuestión sobre una entidad,
transmitida sexualmente, portadora de la información capaz de generar un
organismo algo semejante a sus progenitores. ¿Cuál es el mecanismo o la sustancia portadora de esta información
genética?
Encontramos explicaciones
curiosas ya en la antigua Grecia.
Según Aristóteles, el macho y la hembra tienen funciones distintas en la
génesis del nuevo ser. Del primero le vendría la forma (el alma) y de la hembra
la materia, proveniente de la sangre menstrual. El alma estaría contenida en el
esperma, en una sustancia denominada pneuma.
Otra explicación que, si
bien hablan de ella filósofos griegos como Leucipo de Mileto o Demócrito,
encuentra su máximo esplendor en el siglo XVII, es el preformacionismo. Los
espermatozoides habían sido observados or primera vez al microscopio y se creía
que contenían en miniatura un ser humano preformado que ya sólo debía crecer.
Los defensores de estas ideas fueron Malpighi, Swammerdam, Spallanzani,… entre
otros. Conviene reseñar brevemente dos corrientes, los ovistas y los
espermistas, que debatían entre si era el óvulo o el espermatozoide el lugar en
que se hallaba el ser humano en miniatura. Estas ideas fueron desmontadas por
los trabajos de C.F. Wolf y K.E. von Baer (durante los siglos XVIII-XIX, que
mostraron cómo en el citoplasma de las células germinales tan sólo había un
fluido que, tras mezclarse en la fecundación, debería dar lugar al nuevo ser. A
partir de aquí se propusieron algunas ideas sobre cómo evolucionaría este
fluido.
A finales del siglo XIX,
Roux y Weismann propusieron la teoría
del desarrollo en mosaico. Esta sostiene que el plasma germinal de la
primera célula de un organismo (lo que hoy llamaríamos citoplasma) contiene una
serie de determinantes que se reparten diferencialmente entre las células hijas
dirigiendo el desarrollo del nuevo ser. Esta explicación complementa las ideas
de Darwin de que existían unas partículas hereditarias (“gémulas”) que,
producidas por cada parte del cuerpo, eran enviadas a las gónadas y
transmitidas en el acto reproductor. Estas gémulas llevarían la información
para la construcción de los diferentes órganos (1868).
Durante el siglo XIX se
propuso también la hipótesis de la herencia
por mezcla, en la que se postulaba que en la fecundación se mezclan los
fluidos y cada uno contribuye diferencialmente al nuevo ser según sea su
dominancia en la mezcla. Vendría a ser como una mezcla de tinta de varios
colores en la que el color resultante determinaría las características del
nuevo ser.
Entonces llegó Mendel. ¿Quién fue Mendel?
Una persona central desde
la que parte el desarrollo de la genética es Johann Gregor Mendel. Nació el 22
de Julio de 1822 en la actual Hincice (República Checa). Proveniente de una
familia de campesinos, tuvo grandes dificultades económicas para poder
estudiar. Pese a ello, a sus 21 años había cursado física, matemáticas y
filosofía en la Universidad de Olmütz, lo que explica su tendencia al uso de la estadística en sus razonamientos y a emplear
diseños experimentales muy directos propios de la física. Es a esta edad
cuando, aconsejado y recomendado por un profesor de física, ingresa en el
monasterio agustino de Altbrünn (Brünn), donde combina las tareas educativas
con los estudios de teología, ordenándose sacerdote a los 25 años.
Durante sus estudios de
teología (1844-1848), gracias al apoyo del abad del monasterio de Brünn, que
estaba muy interesado en temas de ciencias naturales aplicadas a la
agricultura, pudo asistir a las clases de agronomía y viticultura impartidas
por Franz Diebl, en las que aprendió la
técnica de la polinización artificial, básica para sus futuros
experimentos.
A sus 28 años, fue enviado
a la Universidad de Viena a obtener la titulación oficial de Ciencias
Naturales. No obtuvo finalmente el título, pero destacó muy notablemente en las
asignaturas de física y de fisiología botánica. En ésta, impartida por el
profesor F. Unger, aprendió a aplicar la
teoría celular a la fertilización de las plantas, identificando la célula
huevo y el grano de polen como los agentes transmisores de la información
genética.
Otra influencia importante
vino de plantearse una cuestión
candente por aquella época en la comunidad científica, en la que Mendel estaba
inmerso. ¿Contribuye la hibridación
entre plantas a la aparición de nuevas especies? Siguiendo las ideas del
botánico Carl von Gärtner, que Mendel estudió, muchos creían que, aunque tras
la hibridación los descendientes presentan grandes variaciones morfológicas,
con el tiempo se imponían los caracteres generales de la especie, que mantenía
de algún modo una unidad sustancial
en el tiempo. Mendel apreció que los
trabajos de von Gärtner carecían de un análisis estadístico de las
poblaciones de híbridos, lo que los hacía susceptibles de la interpretación
subjetiva y, por tanto, poco convincentes.
¿En qué ayudó Mendel a la genética? Sus experimentos y sus leyes
Es en este momento (1856),
a sus 34 años, cuando Mendel regresa al monasterio de Brünn y empieza a desarrollar unos experimentos con
la idea de verificar esta constancia en las características de una especie pese
a la hibridación. Es decir, Mendel se propuso verificar si los
descendientes de híbridos fértiles conservaban algunas características de estos
híbridos, de forma que pudiesen generar a la larga nuevas especies, o si, por
el contrario, las plantas estarían forzosamente destinadas a volver a los
caracteres de la generación parental.
Elige la planta Pisum sativum (guisante) y
parte de variedades puras, que había cultivado durante varios años, para
asegurar la consistencia del material genético de las plantas de partida y la
validez de los análisis estadísticos. La elección de esta especie, que resultó
decisiva por la univocidad de los caracteres observados, muy probablemente la
hizo basándose en sus amplios conocimientos de agricultura y de técnicas de
hibridación. Adicionalmente, como veremos, reprodujo sus experimentos con otras
plantas.
Es crucial en Mendel el tratamiento estadístico de los datos obtenidos,
que le permitió inferir reglas bastante precisas a partir de datos
aparentemente caóticos. De hecho, se puede decir que la innovación más notable
de Mendel es la introducción de las matemáticas y, en concreto, el análisis
combinatorio en el estudio de los cruces genéticos.
Como técnica experimental empleó la fecundación cruzada entre especies y
la autofecundación de los híbridos producidos.
Mendel planteó inicialmente
siete cruces, cada uno entre especies que diferían en la manifestación de un
carácter concreto (altura de la planta, rugosidad de la semilla, color del
cotiledón,…) Observó que los híbridos de la primera generación filial (F1)
eran todos idénticos en apariencia a uno de sus progenitores, manifestando lo
que hoy denominamos carácter dominante y ocultando el recesivo.
Entre los descendientes de
estos híbridos el carácter se manifestaba diferencialmente (semillas rugosas y
lisas, plantas altas y bajas,…) La proporción estadística era cercana a 3:1 favorable
al carácter dominante. Mendel continuó más allá de esta generación y,
estudiando la F3, dedujo que las plantas que en F2
manifestaban el carácter dominante estaban constituidas por una proporción 2:1
de plantas que tenían oculto el carácter recesivo y otras que eran
genéticamente iguales a sus progenitores.
Mendel recurrió a la
aplicación de la estadística tratando de sistematizar este comportamiento en
una serie binomial. De este modo, predijo con acierto que cruces repetidos
basados en autofecundación de híbridos, siendo n el número de generaciones, daban lugar a proporciones 2n-1:2:2n-1
para las tres situaciones posibles: dominantes puros, híbridos y recesivos
puros.
En definitiva, las conclusiones de Mendel, que se expresan
en forma de las leyes que citaré a continuación, mostraban con claridad la
importancia de los cruces genéticos como fuente de variación y de posible
aparición de nuevas especies.
Mendel publicó sus
resultados en forma de dos comunicaciones tituladas Versuche über Pflanzenhybriden I y II en la Sociedad de Ciencias
Naturales de Brünn. La primera de estas publicaciones apareció el 8 de febrero
de 1865, exponiendo los experimentos de hibridación realizados. La segunda se
publicó el 8 de marzo de 1866, y en ella se detallaban los resultados
obtenidos.
-
Primera
ley o ley de la uniformidad de los híbridos. Al cruzar dos
variedades puras para un carácter se obtienen únicamente individuos idénticos
para uno de los caracteres parentales, mientras el otro parece haber
desaparecido.
-
Segunda
ley o de la segregación. Afirma que en la segunda generación,
la que surge de la autofecundación de los híbridos, el carácter dominante
aparece en un 75% de los casos y el recesivo en un 25 %. Además, sabemos por
experimentos de Mendel que de cada 3 dominantes, 2 son híbridos y 1 es una
variedad pura.
-
Tercera
ley o de la independencia. Puede enunciarse como sigue: en el cruce entre dos individuos que
difieren en dos o más caracteres, la herencia de cada carácter es independiente
de la del resto. En un caso de dos caracteres, considerando esta absoluta
independencia en el modo herencia de ambos, las proporciones esperadas son de
9:3:3:1 para cada una de las cuatro posibilidades fenotípicas (dominantes
ambos: dominante sólo el carácter A : sólo el B : recesivos ambos).
¿Cómo se supo de Mendel en la comunidad científica?
Es sabido que los
experimentos y conclusiones de Mendel no fueron conocidos por la comunidad
científica hasta 34 años más tarde de su publicación, unos 15 años después de
su muerte.
En el año 1900, Hugo de Vries, profesor de botánica en
la Universidad de Amsterdam, publicó un texto titulado “La ley de segregación
de los híbridos”, en el que describía las conclusiones de Mendel. Cabe señalar
que las ideas de este autor superaron el concepto mendeliano de segregación. De
Vries denominó “pangenes” a los elementos responsables de la transmisión de los
caracteres. Además, admitía la posibilidad de que los pangenes no fuesen
inmutables sino que, tras sucesivos cruces, pudiesen sufrir cambios. De esta
forma, la hibridación no sólo mezcla aleatoriamente información preexistente en
los progenitores sino que permite cambios. Esta “teoría de los pangenes”
resulta muy próxima a la teoría de la herencia formulada por Morgan años más
tarde, que comentaré más adelante.
El botánico alemán Karl Franz J.E. Correns, especialista
en estudios sobre el cultivo del maíz, realizó experimentos muy similares a los
de Mendel, incluso con la misma planta (Pisum
sativum) y publicó en 1900 “Las
reglas de G.Mendel sobre la transmisión de la descendencia en los híbridos”.
A principios de ese mismo
año, Tschermak-Seysenegg expuso unos
resultados similares. Había estado trabajando desde 1898 en experimentos de
autofecundación y cruce de híbridos en el jardín botánico de Gante (Bélgica),
cuando, en 1899, tras describir las mismas leyes, descubre el trabajo de
Mendel.
Es importante resaltar el
papel de William Bateson, zoólogo y
genetista inglés, quien, al conocer los experimentos de Mendel, contribuyó a
consolidarlos en la comunidad científica. Introdujo el término “genética” como
disciplina científica, al tiempo que ocupó la primera cátedra de dicha materia
en la Universidad de Cambridge (1908-1910).
Muchas veces, los textos de
genética y biología de secundaria pasan muy por encima o dan respuestas poco
rigurosas sobre la siguiente pregunta. ¿Por
qué permaneció tanto tiempo desconocido el trabajo de Mendel? Trataré de
exponer algunas breves ideas a modo de respuesta.
Se ha comentado a veces que
Mendel no dio difusión a su trabajo, pero un análisis más detallado nos muestra
que esto no es del todo cierto…
-
El 18 de Abril de 1868, Mendel envió una carta al por
entonces líder de la botánica europea, el botánico suizo von Nägeli. En esta
carta le explicaba detalladamente el significado de los datos y le adjuntaba el
trabajo de 1866 (por lo que posiblemente se tratara de una aclaración
solicitada previamente por el mismo von Nägeli, que ya había leído el trabajo).
-
La revista en que publicó sus resultados tenía, para la
costumbre de la época, una difusión bastante buena. Fue repartido a 120
sociedades científicas y enviado individualmente a 40 científicos. Si bien es
cierto que muchas de estas copias han
sido encontradas intactas tras los años.
Entre las posibles causas
de la poca relevancia del trabajo de Mendel podrían estar las siguientes:
-
El mundo de la cultura y la ciencia estuvo sometido a
una clara influencia anticlerical durante los años 1870 y 1880
-
Los biólogos del siglo XIX no estaban muy habituados a
basar sus conclusiones en análisis estadísticos
-
El propio Mendel, en un gesto probablemente de honradez,
publicó en 1870 que la tercera ley no se cumplía en experimentos realizados con
la planta Hieracium (de la familia de
las compuestas). Esto llevó posiblemente a considerar las conclusiones de
Mendel como preliminares
-
Algunos historiadores comentan también que los datos de
Mendel no muestran una gran variabilidad, por lo que pueden dar la impresión de
no ser datos reales sino adaptados a unas conclusiones preconcebidas. Por
ejemplo, los datos de Mendel son demasiado exactos como para incluir fenómenos
de entrecruzamiento cromosómico, que existían seguramente. Por ello hay quien
sugiere un posible filtro aplicado por Mendel a los datos. Esto podría haber
sido un freno para aceptar sus conclusiones durante un tiempo.
¿Pero el gen de Mendel 'qué es lo que es'?
Las leyes de Mendel tienen
la peculiaridad de que no es necesario un concepto de la naturaleza física de
los genes o de su mecanismo concreto de acción para entender los resultados de
un cruzamiento y prever los de cruzamientos futuros. Pueden simbolizarse estos
“genes” como elementos abstractos sin molestarnos en averiguar su naturaleza ni
su localización en la célula, y a efectos cuantitativos las leyes de Mendel
funcionan muy bien en multitud de organismos y caracteres.
No obstante, cabe hacerse
la siguiente cuestión ¿en qué estructura
física se encuentran los genes? La teoría cromosómica de la herencia expone que los genes, tal como habían sido
propuestos por Mendel, se encuentran en unas estructuras celulares específicas:
los cromosomas, visibles al microscopio. Se trata de explicación conjunta del
mismo proceso desde la citología y la genética.
Esta teoría fue enunciada
claramente por Walter S. Sutton, un
científico estadounidense, a principios de siglo XX. Mientras desarrollaba su
tesis doctoral en el grupo de E.B. Wilson (en la Universidad de Columbia),
estudió la espermatogénesis en una especie de saltamontes (Brachystola magna), consiguiendo fotografiar las diversas fases
mediante una cámara que construyó él mismo acoplada al microscopio, publicando
sus resultados en 1900. Dos años más
tarde describe la estructura de los cromosomas del saltamontes y sugiere una
relación entre meiosis y herencia. En 1903, en su trabajo “The Chromosome in
Heredity”, queda claramente enunciada la idea de que los cromosomas son la
estructura física que conecta la citología y la genética. Esta conexión la hace
Sutton basándose en las siguientes premisas u observaciones:
-
los cromosomas son estructuras repetidas, en parejas,
proviniendo un miembro del padre y otro de la madre
-
los cromosomas mantienen una unidad estructural (y
aparentemente funcional) a lo largo del ciclo celular
-
los cromosomas de origen paterno y materno se separan en
la meiosis de forma independiente
-
todos los alelos de un mismo cromosoma se heredan
juntos, independientemente de su carácter dominante o recesivo
Por separado, en la misma
fecha aproximada, el genetista austríaco T.
Boveri llegó a las mismas conclusiones que Sutton, por lo que la idea de
que el comportamiento de los cromosomas en la meiosis es la explicación de las
leyes de Mendel se conoce como hipótesis de Sutton-Boveri.
Finalmente, Morgan y su escuela
En 1910, Thomas Hunt Morgan, profesor de
zoología experimental de la Universidad de Columbia, aceptó, tras años de dura
crítica y verificación experimental, las leyes de Mendel. Posteriormente, este
gran experto en embriología, empezó a interesarse por la realización de
estudios de genética con la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster), propuesta por algunos biólogos de la
época como un excelente modelo experimental.
De ahí nació una escuela de
genetistas que permitió un veloz desarrollo de la genética clásica. Entre sus
alumnos más relevantes podemos destacar a A.H. Sturtevant, H.J. Muller y C.B. Bridges.
Citaré algunas aportaciones…
-
mostraron como el rasgo genético withe eye (contrapuesto al fenotipo normal ojo rojo) estaba
localizado en el cromosoma X, por lo que presentaba una herencia ligada al
sexo, que explicaré a continuación
-
sentaron las bases de la asociación entre los genes de
un mismo cromosoma (que tienden a heredarse juntos)
-
explicaron el fenómeno del crossing-over (mecanismo por el cual, en ocasiones, no se cumple la
regla anterior)
-
dedujeron que la posición relativa entre dos genes en un
mismo cromosoma determina la frecuencia de entrecruzamientos entre ellos o,
visto desde el lado opuesto, su grado de ligamiento
-
elaboraron mapas cromosómicos basándose en el grado de
cercanía o ligamiento entre genes
-
sistematizaron los conocimientos de genética de la
época sus aportaciones en unas
monografías que sentaron las bases de este campo de investigación
Copyright. José Ramón Blas Pastor. 2015
Queda prohibida la reproducción total o parcial de este texto sin la autorización escrita del autor
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