Descubrimiento de la genética: las Leyes de Mendel
Cuando Mendel descubrió las leyes que llevan su nombre demostró que la verdadera herencia que cada progenitor trasmite a sus hijos es una dotación genética completa, un juego completo de genes -de los dos juegos que posee cada individuo en tanto que miembro de una especie diploide. Por su parte, Darwin cayó en la cuenta de que la conducta es un factor importante para la adaptación, medida por el éxito reproductivo; efectivamente, la conducta es variable y heredable, al menos hasta un cierto punto, como lo demuestra el éxito en la crianza selectiva de perros: es claro que la proliferación de razas de perros claramente diferenciadas tanto por su tamaño y aspecto como por su conducta tiene su explicación en la variabilidad genética existente en la especie Canis lupus; lo más probable es que la explicación de todas las diferencias entre perros y lobos sea de tipo comportamental, puesto que la diferencia esencial entre los perros y los demás cánidos tiene que ver con la capacidad de los perros para convivir pacífica y productivamente con los humanos (en esto consiste la domesticación), cosa que no cabe esperar de lobos, chacales, etc. Al parecer los híbridos de lobos y perros son fértiles, lo que apunta a que no se ha completado el proceso de especiación. Experiencias rusas en la crianza selectiva de zorros demuestra que es posible producir individuos manejables (que ni huyen ni atacan al hombre cuando éste se acerca) en un período corto de tiempo.
La teoría sintética de la evolución o neodarwinismo explica la evolución por selección natural como un cambio en las frecuencias alélicas de la población. Entonces, la cría selectiva que implicó la domesticación del lobo hasta convertirlo en perro, supuso un cambio en las frecuencias de determinados alelos, cambio genético que, supuestamente, explica las notables diferencias en la conducta de una y otra especie. Debemos aceptar, pues, que la conducta es un fenotipo bajo el cual subyace un genotipo que la explica (en mayor o menor medida dependiendo de cómo sea la interacción de esos genes con el ambiente). Igual que la diferencia de genotipos en los guisantes de Mendel explica las diferencias de color o textura de las semillas, una diferencia en los genotipos de lobos y perros debería explicar las diferencias entre ellos, tanto en apariencia física como en conducta. Lo realmente difícil en este caso, y en todo lo que tiene que ver con la explicación genética de la conducta, es definir el fenotipo: Mendel lo tuvo fácil con los guisantes, puesto que el color, la textura, etc. son rasgos discretos, fijos y fácilmente observables por cualquiera (objetivos), mientras que la conducta es algo continuo, variable y difícil de definir objetivamente -ambiguo en la medida en que cada observador podría dar una interpretación distinta del comportamiento observado.
No cabe duda de que hay una relación muy estrecha entre la genética molecular (estudio del material genético o ADN de los cromosomas y de los mecanismos bioquímicos que explican la expresión de la información contenida en ese ADN), genética mendeliana y teoría sintética de la evolución: efectivamente hoy por hoy sabemos de qué están hechos y cómo funcionan los genes cuyos efectos y modo de trasmisión Mendel describió, y cómo aquel los que favorecen el éxito reproductivo de sus portadores se implantan en la población mientras que los que proporcionan un rendimiento inferior en términos reproductivos tienden poco a poco a desparecer. Curiosamente, mucho antes de que los descubrimientos de Mendel fueran reconocidos por la sociedad, Galton (1822-1911 ), que, por cierto, era primo de Darwin, basándose en los principios de la teoría de la evolución del propio Darwin, dedujo que todos los rasgos conductuales humanos debían tener una base genética, resultado de la selección natural y, con este ligero bagaje teórico (ligero en la medida en que ni siquiera Darwin era capaz de explicar el origen material de las diferencias heredables, sobre las que, según él, actúa la selección natural), hipotetizó que la inteligencia humana tiene una base genética, y pretendió haberlo demostrado al comprobar que el grado de eminencia intelectual de los familiares masculinos de personajes eminentes era más probable cuanto mayor era el grado de parentesco familiar (biológico) de esos individuos eminentes con los familiares puestos a prueba: cuanto mayor era el grado de parentesco, mayor era la semejanza en eminencia intelectual. Por esto y por la enorme cantidad de investigaciones relacionadas que desarrolló o estimuló, se le considera a Galton el fundador de la Genética de la Conducta.
Estamos, pues, de acuerdo en que la conducta es un fenotipo, pero explicar la influencia de los genes sobre la conducta -el otro factor explicativo es, por supuesto, el ambiente- exige rastrear todo el proceso, que va desde el ADN de los gametos que se unen para formar el cigoto (el nuevo ser vivo) hasta el rasgo fenotípico conductual cuya base genética queremos demostrar. Para ello vamos a describir qué son los genes, cómo se heredan y cuales son los mecanismos bioquímicos que explican sus funciones.
Descubrimiento de la genética: Las Leyes de Mendel
Creo que no se puede ponderar el mérito de G. Mendel (1822-1884) como descubridor de las leyes de la herencia genética, como lo prueba la publicación en 1866 de su artículo «Experimentos en la hibridación de plantas»; y ello, a pesar de que tuvieron que pasar 35 años antes de que tales leyes llegaran a conocimiento del mundo. Y no deja de ser curioso que enmarque su investigación en el contexto de la fertilización artificial: no en vano hacía poco que se había demostrado la reproducción sexual de las plantas. No es que fuera desconocido el hecho de que los descendientes se parecen a sus progenitores y a veces incluso más a algún abuelo: el problema era que no había ninguna explicación material para dicha semejanza y además, parecía casi evidente que los descendientes presentan muy a menudo una apariencia intermedia de los rasgos de ambos progenitores, lo que parecía avalar la hipótesis de una herencia promedio. Pero Mendel se convenció de que, puesto que los caracteres (hoy diríamos rasgos) de una raza establecida (raza pura) se mantienen constantes sólo si tanto el polen como el óvulo proceden de plantas con dichos caracteres, ambos gametos debían aportar algo a los rasgos de la planta: a ese algo Mendel lo llamó factor (pero en la actualidad lo llamamos gen). Gracias a sus experimentos con polinización artificial cruzada entre variedades puras de guisantes (Pisum sativum) demostró que dichos factores no se mezclan, sino que se conservan íntegros como unidades de trasmisión hereditaria. Y ello a pesar de que «Los experimentos llevados a cabo en años anteriores con plantas ornamentales ya han proporcionado evidencia de que los híbridos, por regla general, no son exactamente un intermedio entre las especies progenitoras. Con algunos de los caracteres más notables, aquellos, por ejemplo, relacionados con la forma y tamaño de las hojas, la pubescencia de las diversas plantas, etc. el intermedio, en efecto, era casi siempre observado;» pero la clave de su trabajo estuvo en que «en otros casos, sin embargo, uno de los dos caracteres parentales es tan preponderante que es difícil o casi imposible, detectar el otro en el híbrido».
Si Mendel fue capaz de describir las leyes de la herencia genética fue gracias a una estrategia experimenta l modélica. Partió de la observación empírica de que cuando se cruzan en sucesivas generaciones individuos híbridos, hay rasgos que desaparecen y vuelven a aparecer: y puesto que «ningún (experimento) ha sido realizado hasta tal punto y de tal manera que permita determinar el número de formas diferentes bajo el cual la descendencia de los híbridos aparece, o para organizar estas formas con certeza de acuerdo con sus linajes separados, o definitiva mente para determinar sus relaciones estadísticas», Mendel aplicó la exhaustividad para describir matemáticamente qué pasa cuando se cruzan en sucesivas generaciones los híbridos originados a partir de dos variedades puras.
El paciente monje austríaco que fue G. Mendel, debe su fama (póstuma) y su éxito en el campo de lo que luego se conocería como Genética, no sólo a su meticulosidad experimental sino también a la toma de afortunadas decisiones a la hora de diseñar y analizar sus experimentos: su hipótesis le llevó a fijarse en rasgos discretos o cualitativos, para lo que eligió como material de estudio diversas variedades puras de plantas de guisantes en las que se podían discernir con claridad rasgos dicotómicos (Fig. 2.2) Que se trataba de variedades (razas) puras lo prueba el hecho de que durante 8 generaciones la autopolinización de cada raza dio siempre descendientes idénticos (fenotípicamente) a sus progenitores. De hecho estas razas puras le sirvieron de grupo control respecto a los grupos de plantas híbridas, que le permitieron demostrar las posteriormente llamadas Leyes de Mendel.
El primer paso consistió en cruzar entre sí dos razas puras que diferían en uno de los rasgos concretos (generación parental P), es decir, plantas de semilla lisa con plantas de semilla rugosa; plantas altas con plantas enanas, etc (hasta cubrir los siete rasgos que se enumeran en la Fig. 2.2 ): cruce monohíbrido. Así comprobó que todos los descendientes de estos cruces (generación F1) presentaban una apariencia en el rasgo considerado, idéntica a uno de los dos progenitores, independientemente además de si era el que aportó el óvulo o el polen. A la forma del carácter que se manifiesta (fenotipo) en esta generación F1 consideró Mendel calificarlo como dominante. Así pues, del cruce de plantas altas con plantas enanas resultó una planta híbrida donde el 100% fueron altas (tan altas al menos como las plantas de la raza alta utilizada en la fecundación ); y lo mismo ocurrió para los otros 6 rasgos dominantes (Fig. 2.2 ). A la variante del carácter que no aparece en esta generación F1 la llamó recesiva. Por tanto, a juicio de Mendel, para estos 7 caracteres, no se produce el efecto de mezcla hereditaria que cabía esperar.
Ley de la Segregación
El paso siguiente es comprobar qué ocurre cuando se cruzan entre sí al azar las plantas híbridas F1.
Mendel comprobó para los siete rasgos o caracteres dicotómicos que 3/4 de la generación F2 resultante de la autofecundación natural de las plantas de la F1 presentaban el fenotipo dominante, mientras que el 1/4 restante manifestaba el fenotipo recesivo, es decir, el fenotipo que no aparecía en la generación F1 (ver Fig. 2.3 para el caso del color de la flor). El mérito de Mendel estuvo en la interpretación matemática de estos datos cuant itativos, al establecer que la clave estaba en la proporción 3:1 en cada uno de los fenotipos.
Fijémonos por ejemplo en el color de las flores: en la segunda generación filial (F2), aparecieron plantas con flores violetas y plantas con flores blancas. La forma recesiva del carácter volvía a surgir. Pero el número de plantas que obtuvo de uno y otro color de la flor no fue similar. Del total de descendientes que obtuvo, 705 presentaban la flor violeta y 224 la flor blanca. De esta forma obtuvo una proporción 3 a 1 (3:1) a favor de las plantas con flores violeta (Fig. 2.3).
El hecho de que la forma recesiva del carácter reapareciese en la F2, Mendel lo interpretó acertadamente como una consec uencia de que ésta no había desaparecido en la F1: simplemente, por alguna razón, no se manifestaba en la F1. Esta variante, recesiva, quedaba oculta. Para Mendel estos resultados indicaban que cada carácter (color de la flor, aspecto de la semilla, etc) era debido a un elemento o factor hereditario que corresponde al término moderno de gen. Por ejemplo, el gen para el carácter color de la flor, existe en dos formas o variantes, la responsable del color violeta y la causante de que la flor sea blanca. A estos genes que presentan más de una variante se les llama alelomorfos o, simplemente, alelos. Cada planta porta dos genes para cada carácter, uno procedente de la planta materna y otro de la paterna o, cuando hay autofecundación, del gameto femenino y del gameto masculino, respectivamente. En el caso que nos ocupa, el gen responsable del color de la flor es alelomorfo, presenta dos alelos, que podemos representar por la letra A, para el alelo dominante, y la letra a, para el recesivo. De esta forma, el alelo a es el responsable de que las flores presenten un color blanco y el alelo A de que lo presenten violeta. Las plantas con flores color violeta llevan dos alelos A (A A) o uno A y otro a (Aa) en el caso de los híbridos, mientras que las que presentan flores de color blanco llevarán dos alelos a (aa).
Mendel señaló que durante la formación de los gametos (gracias al proceso de meiosis que veremos enseguida) los alelos se separan (segregan), de tal forma que cada gameto recibe un solo alelo. Al juntarse dos gametos se restablece en el nuevo individuo la dotación doble habitual para cada carácter (Fig. 2.3 y 2.4).
La constitución genética en relación a un carácter, o a todos los caracteres, se denomina genotipo y la manifestación externa del genotipo, fenotipo. Por ejemplo, el genotipo de un híbrido es Aa y su fenotipo, el color violeta (Fig. 2.3). Por su parte, los genotipos pueden ser de dos tipos: homocigotos, si los dos alelos son iguales, AA o aa, y heterocigotos, cuando los dos alelos son diferentes, Aa. Por tanto, los homocigotos sólo podrán producir un tipo de gameto según el alelo que portan, mientras que los heterocigotos producirán dos tipos, unos con el alelo A y otros con el alelo a (Fig. 2.4).
Teniendo en cuenta estos datos, se comprueba fáci lmente que la proporción fenotípica 3:1, obtenida por Mendel en la F2, es co nsecuencia de una proporción genotípica 1:2:1, que corresponde a los homocigotos dominantes, los heterocigotos y los homocigotos recesivos, respectivamente (Fig. 2.3 y 2.4).
De todo ello Mendel extrajo la ley de la segregación (primera ley de Mendel): las variantes recesivas enmascaradas en la F1 heterocigota, resultante del cruce entre dos líneas puras (homocigotas, por tanto), reaparecen en la segunda generación filial en una proporción 3:1, debido a que los miembros de la pareja de alelos del heterocigoto se separan sin experimentar alteración alguna durante la formación de los gametos.
Dado que, fenotípicamente hablando, los homocigotos dominantes y los heterocigotos son indistinguibles, una manera de averiguar a qué genotipo corresponde un determinado fenotipo es a través del denominado cruzamiento prueba. Este consiste en cruzar individuos cuyo fenotipo queremos probar, con individuos homocigotos recesivos. Como éstos últimos sólo producen gametos con el alelo recesivo, el fenotipo de la descendencia dependerá únicamente del genotipo del otro progenitor (Fig. 2.5).
Ley de la Combinación Independiente
Una vez comprobadas las características de la herencia de un solo carácter con dos variantes o formas, Mendel estudió la herencia simultánea de dos caracteres diferentes, tales como el color de la semilla, que tiene dos variantes, amarilla o verde, y el aspecto de ésta, cuyas variantes son lisa y rugosa. Para ello cruzó dos líneas puras, una de plantas con semillas amarillas y lisas, y otra cuyas semillas eran verdes y rugosas (Fig. 2.6). Las plantas obtenidas en la F1 presentaban todas semillas amarillas y lisas. La primera ley seguía cumpliéndose para cada rasgo, ya que todos los individuos de la F 1 tenían el mismo fenotipo. Por otro lado, los resultados indicaban que tanto la variante amarilla como la lisa eran dominantes, mientras que la verde y la rugosa eran recesivas.
La autofecundación de las plantas de la F1 proporcionó una generación F2 constituida por las cuatro combinaciones posibles para los caracteres estudiados: semillas amarillas y lisas, amarillas y rugosas, verdes y lisas, y verdes y rugosas, con unas proporciones respectivas de 9:3:3:1 (Fig. 2.6). Considerados de forma independiente, cada carácter seguía presentándose en una proporción 3:1, es decir, se cumplía la ley de la segregación. Por otro lado, en la F2 habían aparecido combinaciones que no estaban presentes ni en la generación parental ni en la F1, es decir, plantas con semillas amarillas y rugosas y plantas con semillas verdes y lisas, lo cual implicaba que los caracteres color y aspecto de la semilla se habían transmitido de forma independiente. De estos resultados Mendel dedujo la ley de la combinación independiente: los miembros de parejas alélicas diferentes se segregan o combinan independientemente unos de otros cuando se forman los gametos.
