Los mendelianos

[Genética clásica 2]

La ciencia suele representarse mediante figuras solitarias: el investigador brillante que trabaja aislado en un laboratorio secreto, como Emmett Brown o Tony Stark. Esa imagen funciona en la ficción, pero describe mal cómo se produce el conocimiento científico. Una comunidad científica reúne a personas que hacen preguntas, comparten métodos, publican resultados, discuten interpretaciones y revisan sus ideas cuando aparecen nuevas pruebas. No siempre trabajan en armonía: también compiten, discrepan y luchan por el reconocimiento. Aun así, las explicaciones científicas se construyen y se corrigen mediante el trabajo de muchas personas, a lo largo del tiempo (Davis, 2022).

La historia del mendelismo muestra este proceso. Gregor Mendel estudió la herencia mediante cruces de plantas, pero la genética que hoy se enseña no surgió completa de su trabajo. A comienzos del siglo XX, investigadoras e investigadores retomaron sus resultados, los discutieron, los probaron en otros organismos y crearon nuevos conceptos para explicarlos. William Bateson defendió con energía el estudio de la variación discontinua; Edith Rebecca Saunders, Reginald Punnett, Hugo de Vries, Carl Correns, Wilhelm Johannsen y otras personas también contribuyeron a formar el campo. La teoría que llamamos mendelismo fue, por tanto, una construcción colectiva, elaborada a partir de las ideas de Mendel y de preguntas que otros investigadores añadieron después (Berry & Browne, 2022; Davis, 2022).

Figura 1. [William Bateson] (1861–1926), biólogo británico, defendió el estudio de la variación discontinua y promovió los trabajos de Mendel. Propuso el nombre genética y, junto con Saunders y Punnett, investigó la herencia y el ligamiento. Su controversia evolutiva con los biométricos mostró que las diferencias hereditarias discretas y continuas podían estudiarse con métodos complementarios, sin descartar la selección natural (Davis, 2022).

Figura 2. [Tipos de herencia]. Los patrones de variación discreta agrupan fenotipos en categorías, mientras la variación continua presenta un rango gradual en muchos organismos. Los rasgos discretos suelen depender de pocos genes; los continuos pueden resultar de muchos genes y del ambiente. Ambos siguen principios hereditarios, y la herencia mendeliana también puede producir variación cuantitativa, como explicó Fisher (Fisher, 1918; Hoffmann et al., 1995).

La hipótesis de la mutación

Tras la difusión de los trabajos de Mendel, los científicos debatieron dos preguntas relacionadas, pero distintas: ¿cómo se transmiten las diferencias hereditarias? y ¿cómo aparecen las diferencias que pueden participar en la evolución? La primera pregunta se refiere a la herencia; la segunda, al origen de la variación. En el debate de comienzos del siglo XX, a veces se mezclaron ambas cuestiones, como si una explicación de la herencia debiera también explicar por sí sola la evolución de las especies.

Bateson ya investigaba las diferencias discontinuas antes de conocer los experimentos de Mendel. En su libro de 1894, describió variaciones marcadas entre organismos y cuestionó que todas las diferencias importantes surgieran por acumulación de cambios minúsculos. Cuando conoció los estudios mendelianos, vio en ellos un modo de explicar cómo podían conservarse diferencias heredables sin que se mezclaran por completo en cada generación. Sin embargo, Bateson defendió con demasiado entusiasmo que la herencia mendeliana contradecía el enfoque de Darwin. La discusión no era tan sencilla: explicar la transmisión de rasgos mediante unidades hereditarias no impedía que la selección natural favoreciera unas variantes sobre otras (Cock, 1973; Davis, 2022).

En aquella época, algunos naturalistas destacaban las diferencias graduales que observaban al medir poblaciones; otros estudiaban rasgos discretos que podían clasificarse en categorías. Los primeros, conocidos como biométricos, aplicaban métodos estadísticos a variaciones continuas. Los mendelianos se concentraban inicialmente en cruces y proporciones de categorías distinguibles. Esa diferencia de métodos alimentó una disputa sobre la importancia de cada tipo de variación. Darwin había dado un papel central a las pequeñas diferencias entre individuos y a la selección que podía acumularlas. Sin embargo, no ignoró por completo las variantes discontinuas: las consideró, pero pensó que tenían menos importancia general en la evolución (Berry & Browne, 2022).

Figura 3. El botánico [Hugo de Vries] investigó la herencia, la variación y las mutaciones. Sus experimentos revelaron patrones de segregación semejantes a los estudiados por Mendel. En 1900, su publicación originó una disputa de prioridad con Correns; el debate ayudó a reconocer los antecedentes de Mendel y a consolidar la genética como disciplina científica. Su teoría mutacionista influyó ampliamente (Lenay, 2000).

Hugo de Vries propuso la teoría de la mutación, según la cual ciertos cambios hereditarios podían aparecer de manera discontinua y producir variantes marcadamente distintas. Sus experimentos con plantas del género Oenothera (onagra) tuvieron gran influencia en el debate. En una carta a Bateson, de Vries advirtió que el mendelismo podía ser una excepción y no la regla; expresaba así su impresión de que las proporciones mendelianas se aplicaban a algunos cruces, pero no explicaban todos los patrones de herencia observados entonces (Fairbanks & Rytting, 2001; Nei & Nozawa, 2011).

Actualmente sabemos que las mutaciones son cambios en el material hereditario y que pueden tener efectos de distintos tamaños; no todas producen diferencias visibles ni originan especies nuevas por sí solas. También distinguimos entre la aparición de variantes y lo que ocurre con ellas después. La mutación puede producir nuevas variantes; la selección natural, la deriva genética y otros procesos pueden modificar su frecuencia en las poblaciones. La propuesta de de Vries ayudó a centrar la atención en los cambios heredables, pero no demuestra que la evolución ocurra siempre mediante grandes saltos. Tampoco es correcto presentar a Darwin y a de Vries como defensores de explicaciones completamente incompatibles: sus desacuerdos se referían, sobre todo, a la escala y al origen de la variación evolutiva (Nei & Nozawa, 2011).

El concepto matemático del gen

Para describir los cruces, los investigadores usaban letras y expresiones matemáticas. En los modelos escolares, letras como A y a representan versiones alternativas de un gen. Sin embargo, no son el gen en sí: son símbolos que permiten seguir cómo se transmiten ciertas variantes entre generaciones. Por ejemplo, AA, Aa y aa representan combinaciones posibles de dos variantes de un mismo gen en un organismo diploide. La letra mayúscula suele indicar una variante dominante en el modelo simple, y la minúscula, una recesiva; esa convención no significa que toda variante dominante sea más frecuente, mejor o más fuerte.

Mendel no empleó los términos gen, alelo, genotipo ni fenotipo. Habló de elementos o factores hereditarios, y sus experimentos se centraron en cómo se distribuían ciertos caracteres visibles en la descendencia. En la genética actual, un gen es una región del ADN asociada con un producto funcional o con la regulación de una función. Un alelo es una de las formas alternativas que puede presentar un gen o una región genética. La relación entre un gen y un carácter no siempre es directa: un carácter puede depender de muchos genes y del ambiente, y un gen puede influir en más de un carácter.

Figura 4. [Edith Rebecca Saunders] (1865–1945) fue una botánica y genetista británica formada en Newnham College, Cambridge. Dirigió el Laboratorio Balfour para Mujeres y colaboró con Bateson en herencia vegetal y hibridación. Sus estudios contribuyeron al vocabulario mendeliano, al conocimiento del ligamiento genético y a la morfología floral; también impulsó instituciones científicas británicas y promovió oportunidades para jóvenes investigadoras locales (Schmid, 1977).

Bateson y Saunders introdujeron el término allelomorph —«alelomorfo»— para nombrar las formas alternativas de un factor hereditario; el término se acortó después a alelo. También se difundieron palabras como homocigoto y heterocigoto, que describen si las dos copias de un gen son iguales o distintas, respectivamente. Estos términos facilitaron la comparación entre resultados obtenidos en diferentes especies y laboratorios. Al compartir un vocabulario común, los científicos podían describir observaciones, proponer explicaciones y discutir en qué casos las reglas de herencia parecían funcionar (Bateson & Saunders, 1902).

El nombre de la disciplina también se formó durante este periodo. Bateson propuso la palabra genetics en 1905 para designar el estudio de la herencia y la variación, y la utilizó públicamente en una conferencia de 1906. En 1909, el botánico danés Wilhelm Johannsen propuso el término gen como nombre breve para los factores hereditarios hipotéticos. También introdujo genotipo para referirse a la constitución hereditaria y fenotipo para describir las características observables. En su época, Johannsen no afirmó que los genes fueran partículas materiales ya identificadas: los trató como unidades útiles para razonar sobre la transmisión y las diferencias entre organismos (Berry & Browne, 2022; Roll-Hansen, 2014).

La diferencia entre estos conceptos no se estableció de una sola vez. Primero se describieron patrones de herencia; después se propusieron palabras para distinguir los factores heredados, sus versiones alternativas y las características que podían observarse. Los términos modernos parecen obvios porque se enseñan juntos, pero fueron formulados por personas distintas, en momentos diferentes, para resolver problemas concretos. Además, el sentido de palabras como “gen” ha cambiado con nuevos descubrimientos. Por eso, al estudiar genética conviene recordar que el vocabulario científico es una herramienta histórica: ayuda a organizar la evidencia, pero sus definiciones pueden revisarse cuando cambian los conocimientos (Roll-Hansen, 2014).

Otros conceptos de genética en la década de 1900-1910

Entre 1900 y 1910 se multiplicaron las investigaciones sobre herencia, hibridación y variación. Los investigadores aplicaron los modelos mendelianos a plantas y animales, y al hacerlo encontraron resultados que no encajaban en las primeras explicaciones simples. En vez de descartar esas observaciones, comenzaron a ampliar el vocabulario y a desarrollar métodos para comparar los resultados experimentales con las proporciones esperadas.

Uno de esos métodos fue la prueba de chi cuadrado, desarrollada por Karl Pearson en 1900. Esta prueba permite estimar si las diferencias entre frecuencias observadas y esperadas podrían deberse al azar. En un cruce, por ejemplo, se puede comparar el número de descendientes de cada categoría con la proporción predicha por un modelo. El resultado no demuestra que una hipótesis sea verdadera: indica cuán compatibles son los datos con ella, bajo ciertos supuestos. La herramienta estadística ofreció una forma más ordenada de evaluar discrepancias que depender únicamente de una gráfica o de la impresión visual (Pearson, 1900; Plackett, 1983).

Figura 5. [Reginald Crundall Punnett] (1875–1967), genetista británico, ayudó a establecer la genética en Cambridge. Popularizó el cuadro de Punnett, que representa combinaciones posibles de alelos en cruzamientos. Con Bateson y Saunders estudió el ligamiento genético en guisantes de olor, y sus preguntas ayudaron a Hardy a formular el equilibrio de Hardy-Weinberg. También fundó una revista científica especializada sobre genética (Edwards, 2012).

Los cruces de guisante de olor estudiados por Bateson, Saunders y Reginald Punnett también revelaron que algunos rasgos no siempre se combinaban de manera independiente. En ciertos cruces, algunas combinaciones de caracteres aparecían juntas con mayor frecuencia de la que se esperaba bajo el modelo de distribución independiente. Bateson y sus colaboradores describieron esos patrones como acoplamiento y repulsión; más adelante, el fenómeno se relacionó con el ligamiento genético, es decir, la tendencia de variantes ubicadas cerca unas de otras en un cromosoma a heredarse juntas. Sus primeros resultados eran estadísticos: aún no contaban con la explicación cromosómica que se desarrollaría después (Bateson et al., 1905; Punnett, 2012).

Figura 6. [Wilhelm Johannsen] fue un botánico danés que estudió la herencia y la variación en plantas. Sus experimentos con líneas puras mostraron que seleccionar semillas por tamaño no siempre modificaba su constitución hereditaria. En 1909 introdujo gen, genotipo y fenotipo, conceptos que distinguieron la base hereditaria de las características observables y ambientales, y ayudaron a consolidar nuevos términos genéticos (Roll-Hansen, 2014).

En 1910, el genetista Ludwig Plate introdujo el término pleiotropía para describir el caso en que un factor hereditario afecta varios caracteres. En términos actuales, hablamos de pleiotropía cuando una variante en un gen o locus influye en más de un rasgo observable. Esto ayuda a comprender por qué una diferencia hereditaria no siempre produce un único efecto aislado. Los organismos son sistemas complejos: un cambio puede influir en varios procesos del desarrollo o del funcionamiento corporal (Stearns, 2010).

En 1908, el matemático británico Godfrey Harold Hardy y el médico alemán Wilhelm Weinberg formularon, de manera independiente, el principio que hoy lleva sus apellidos. El equilibrio de Hardy-Weinberg describe cómo se relacionan las frecuencias de alelos y genotipos en una población ideal bajo condiciones específicas, como apareamiento al azar, población grande y ausencia de fuerzas evolutivas que alteren las frecuencias. No es una afirmación de que las poblaciones reales nunca cambien; funciona como modelo de referencia para identificar cuándo y cuánto se apartan de esas condiciones. Karl Pearson y otros investigadores habían abordado antes problemas relacionados con las proporciones hereditarias, pero no deben confundirse esas contribuciones con la formulación independiente de Hardy y Weinberg (Edwards, 2008).

Figura 7. [Ludwig Plate] fue un zoólogo alemán y profesor en Jena, interesado en la evolución y la herencia. En 1910 introdujo el término pleiotropía para describir cómo un factor hereditario influye en varios caracteres. Hoy, una variante genética puede afectar distintos fenotipos, conectando la genética con la evolución biológica y la selección natural en poblaciones (Stearns, 2010).

El debate entre mendelianos y biométricos tampoco terminó cuando aparecieron estos conceptos. La discusión empezó a cambiar cuando se mostró que muchas diferencias continuas podían explicarse por la acción conjunta de varios factores hereditarios. En 1918, Ronald A. Fisher presentó un modelo matemático que conectaba la herencia mendeliana con la variación cuantitativa: varios genes, cada uno con efectos pequeños, podían producir una distribución continua de características en una población. Así, los modelos de herencia discreta y el análisis de la variación gradual no tenían que excluirse mutuamente. Podían describir distintos niveles de un mismo fenómeno biológico (Fisher, 1918).

Esto permite volver a una pregunta histórica: ¿qué tan mendeliano era Mendel? Mendel formuló explicaciones y describió patrones que fueron fundamentales, pero no utilizó los términos gen, alelo, genotipo, fenotipo, ligamiento o equilibrio poblacional tal como se entienden hoy. Tampoco presentó en su artículo las leyes escolares con la organización y los nombres que adquirieron después. El mendelismo fue una teoría de la herencia elaborada por una comunidad: partió de experimentos de Mendel, pero se transformó con los estudios de Bateson, Saunders, de Vries, Correns, Johannsen, Punnett, Hardy, Weinberg, Fisher y muchas otras personas. Parte de esa teoría probablemente habría sido extraña para Mendel, no porque su trabajo fuera menor, sino porque la ciencia avanzó al hacer nuevas preguntas y construir conceptos que él no necesitó formular.

Referencias

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Bateson, W., Saunders, E. R., & Punnett, R. C. (1905). Experimental studies in the physiology of heredity. Repositorio del Cold Spring Harbor Laboratory

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