¿Qué es un gen? I. Concepto y sustancia
18651. Un monje checo descubre ciertas regularidades en la herencia de las características físicas de los seres vivos (en concreto, los siempre fascinantes guisantes). Según sus observaciones cada individuo se origina por la fusión de dos "plasmas germinales" --uno por cada individuo parental. Dicho "plasma germinal" estaría compuesto por unos "elementos" o "factores" discretos. 18682. Un acomodado inglés también está preocupado por entender las leyes de la herencia. Sus observaciones de los animales y plantas domesticados le llevan a concluir que cada individuo se origina por la fusión de dos "plasmas germinales" --uno por cada individuo parental-- y que dicho "plasma germinal" estaría compuesto por unos "elementos" o "factores" discretos. El monje es, por supuesto, Gregor Mendel, y su descubrimiento fue completamente ignorado por 35 años. El inglés es, por supuesto, Charles Darwin, y su teoría fue ampliamente utilizada por los científicos de la época (dando origen a la disciplina científica de la biométrica). He simplificado en extremo ambas teorías para resaltar el curioso hecho de que ambas son más similares de lo que generalmente se acepta. No podemos evitar mirar el pasado desde el presente, de modo que a posteriori identificamos en los factores hereditarios de Mendel los modernos genes sentaditos en los cromosomas, pero no vemos los genes en las gémulas de la pangénesis de Darwin, aunque lo sean. Me explicaré. Darwin creía en la herencia de los caracteres adquiridos, de modo que necesitaba una teoría que explicara mecanísticamente cómo era posible. No sé si Mendel creyese o no en la herencia de los caracteres adquiridos, pero su teoría lo permite, ya que no aclara ni la naturaleza ni el origen de esos factores hereditarios. Darwin se inventó eso de que cada órgano del cuerpo mandaría una gémula al plasma germinal para poder acomodar la herencia Lamarckiana, pero si no se hubiese empeñado en ello, su teoría sobre la herencia sería equivalente a la de Mendel. Ciertamente Darwin no formuló las leyes que rigen la distribución de caracteres en la descendencia mientras que Mendel sí, pero eso se debe a que ambos se fijaron en caracteres de naturaleza muy distinta. Darwin ya había descubierto la evolución y buscaba con ansia evidencias de variación cuantitativa heredable que pudiese ser objeto de selección, mientras que Mendel no partía con ese prejuicio y simplemente se puso a trabajar con caracteres visibles, fácilmente identificables (verde o amarillo, liso o rugoso). También hay que decir que el monje debía tener una mentalidad mucho más reduccionista (analítica) que la de Darwin, ya que éste no podía quitar de su cabeza el conjunto de la variación del individuo mientras que aquél olvidaba o ignoraba con relativa facilidad las demás características de sus guisantes, centrándose sólo en el carácter estudiado. A menudo se dice que los árboles impiden ver el bosque, pero lo recíproco también es cierto: en ocasiones obsesionarse por ver el bosque le impide a uno distinguir los árboles. Como digo, en el momento de ser formuladas, ambas teorías eran más parecidas de lo que hoy en día se reconoce. Una prueba de ello es que cuando en 1900 Hugo de Vries, Carl Correns y Erich von Tschermak "redescubren" las leyes mendelianas de la herencia, de Vries utiliza un término darwinista para denominar los factores hereditarios: pangenes, que con posterioridad Johannsen rebautizaría como simplemente genes. Y así llegamos al objeto de esta historia: el gen de Johannsen, el pangen de de Vries, la gémula de Darwin y el elemento de Mendel son (o mejor dicho, se refieren a) lo mismo: aquello que pasa de una generación a otra --la unidad de herencia y, por consiguiente, de evolución-- y que es responsable del desarrollo de las características físicas del individuo. Así que, conceptualmente hablando, el plasma germinal está compuesto por genes. Físicamente hablando, el plasma germinal está compuesto por muchas cosas: proteínas, ácidos nucléicos, azúcares... ¿cuáles de ellas son genes y cuáles no? Pues, en principio, todas. En la definición de gen no se especifica cuál deba ser su substancia. Pongamos un ejemplo: la diferencia entre un guisante de piel lisa y otro de piel rugosa se debe a la presencia de distintas formas de almidón. Esta diferencia explica por qué dados dos guisantes, uno es liso y otro rugoso, pero no explica por qué un guisante rugoso da lugar a más guisantes rugosos. Una posible explicación es que el almidón heredado en la semilla sirve de molde para la síntesis de nuevas moléculas de almidón: el almidón se replica. En este caso, esta explicación resulta ser falsa, pero esto no significa que no pueda ser cierto para otros casos. Lo que ocurre en realidad es que el almidón se sintetiza por una enzima que añade ramificaciones en la molécula de cierta manera: las diferencias entre el almidón "liso" y el "rugoso" se deben al distinto modo de actuar de distintas variantes de esa enzima. ¿Es esta enzima, acaso, la que se hereda? Pues supongo que, como el almidón, algo de esta enzima habrá en la semilla del guisante, pero la nueva planta de guisantes tiene que producir más de estas enzimas, aunque sólo sea para que las nuevas semillas tengan tanta enzima como ésta recibió. Podría ocurrir que fuese la enzima la que se replicase: nuevas enzimas sintetizándose de acuerdo al molde de la enzima heredada. Podría, pero no. Esta enzima, al igual que todas las proteínas, se sitetiza a partir de un molde, sí, pero dicho molde no es una copia de dicha proteína, sino otra molécula (ARN) que lleva instrucciones para que una máquina llamada ribosoma produzca la proteína correspondiente. Ya está más clara la cosa: lo que se hereda es ese ARN mensajero, ¿no? Pues, como el almidón y la enzima que lo sintetiza, sí y no. Si hay enzima en la semilla, igual también está el mensajero correspondiente. Pero, al igual que con el almidón y la enzima, necesitamos replicar este ARN para que futuras semillas también lo hereden. Y, como en el caso del almidón y la enzima, el molde para producir nuevas copias de este ARN no es el ARN mismo, sino otra molécula, otro código que es reconocido por otras máquinas celulares para producir ese mensajero que codifica la información para que el ribosoma haga la proteína correspondiente. Este sí es el último molde, el ADN, porque es la única molécula que las células replican directamente. Así que, al final, una piel diferente se debe a un almidón diferente, que se debe a una enzima diferente, que se debe a un mensajero diferente que se debe a un ADN diferente. ¿Significa esto que los genes son ADN? No. Los genes son todo aquello que heredamos de nuestros padres que influye en nuestras características. Esto incluye ADN, pero también otro montón de factores "citoplasmáticos", fundamentalmente ARNs y proteínas, que influyen sobre todo en las primeras etapas de nuestro desarrollo (y que, precisamente por eso, pueden tener efectos dramáticos en etapas posteriores). Lo que ocurre es que esos otros genes-no-ADN están codificados en el ADN no de nuestras primeras células, sino en el ADN de sus progenitoras. Al igual que un glóbulo rojo humano no tiene los genes para la hemoglobina que sí tiene, sino que éstos están en las células hematopoiéticas, el cigoto de una mosca Drosophila no tiene los genes para la proteína bicoid que sí tiene, sino que éstos están en las células polares de su madre. Y ella, a su vez, tiene los genes que codificarán para la bicoid de sus hijas. En resumen, las características de un individuo dependen de todo lo que éste hereda de sus progenitores en el plasma germinal, tanto los genes codificados en el ADN como los ya expresados en ARN o proteínas, pero su descendencia sólo heredará de esta herencia aquello codificado en el ADN (en su secuencia, su patrón de metilación, etc.), porque es la única de las moléculas heredadas capaz de ser replicada por las células. Al menos que se sepa de momento. (Por supuesto, existen los virus cuyo genoma es ARN y en teoría es posible que una población de ARNs se replique durante generaciones en un entorno celular; lo que pasa es que hasta la fecha no se ha demostrado que algo así ocurra). 1. Experimentos de hibridación en plantas 2. Variación en animales y plantas domesticados
18651. Un monje checo descubre ciertas regularidades en la herencia de las características físicas de los seres vivos (en concreto, los siempre fascinantes guisantes). Según sus observaciones cada individuo se origina por la fusión de dos "plasmas germinales" --uno por cada individuo parental. Dicho "plasma germinal" estaría compuesto por unos "elementos" o "factores" discretos. 18682. Un acomodado inglés también está preocupado por entender las leyes de la herencia. Sus observaciones de los animales y plantas domesticados le llevan a concluir que cada individuo se origina por la fusión de dos "plasmas germinales" --uno por cada individuo parental-- y que dicho "plasma germinal" estaría compuesto por unos "elementos" o "factores" discretos. El monje es, por supuesto, Gregor Mendel, y su descubrimiento fue completamente ignorado por 35 años. El inglés es, por supuesto, Charles Darwin, y su teoría fue ampliamente utilizada por los científicos de la época (dando origen a la disciplina científica de la biométrica). He simplificado en extremo ambas teorías para resaltar el curioso hecho de que ambas son más similares de lo que generalmente se acepta. No podemos evitar mirar el pasado desde el presente, de modo que a posteriori identificamos en los factores hereditarios de Mendel los modernos genes sentaditos en los cromosomas, pero no vemos los genes en las gémulas de la pangénesis de Darwin, aunque lo sean. Me explicaré. Darwin creía en la herencia de los caracteres adquiridos, de modo que necesitaba una teoría que explicara mecanísticamente cómo era posible. No sé si Mendel creyese o no en la herencia de los caracteres adquiridos, pero su teoría lo permite, ya que no aclara ni la naturaleza ni el origen de esos factores hereditarios. Darwin se inventó eso de que cada órgano del cuerpo mandaría una gémula al plasma germinal para poder acomodar la herencia Lamarckiana, pero si no se hubiese empeñado en ello, su teoría sobre la herencia sería equivalente a la de Mendel. Ciertamente Darwin no formuló las leyes que rigen la distribución de caracteres en la descendencia mientras que Mendel sí, pero eso se debe a que ambos se fijaron en caracteres de naturaleza muy distinta. Darwin ya había descubierto la evolución y buscaba con ansia evidencias de variación cuantitativa heredable que pudiese ser objeto de selección, mientras que Mendel no partía con ese prejuicio y simplemente se puso a trabajar con caracteres visibles, fácilmente identificables (verde o amarillo, liso o rugoso). También hay que decir que el monje debía tener una mentalidad mucho más reduccionista (analítica) que la de Darwin, ya que éste no podía quitar de su cabeza el conjunto de la variación del individuo mientras que aquél olvidaba o ignoraba con relativa facilidad las demás características de sus guisantes, centrándose sólo en el carácter estudiado. A menudo se dice que los árboles impiden ver el bosque, pero lo recíproco también es cierto: en ocasiones obsesionarse por ver el bosque le impide a uno distinguir los árboles. Como digo, en el momento de ser formuladas, ambas teorías eran más parecidas de lo que hoy en día se reconoce. Una prueba de ello es que cuando en 1900 Hugo de Vries, Carl Correns y Erich von Tschermak "redescubren" las leyes mendelianas de la herencia, de Vries utiliza un término darwinista para denominar los factores hereditarios: pangenes, que con posterioridad Johannsen rebautizaría como simplemente genes. Y así llegamos al objeto de esta historia: el gen de Johannsen, el pangen de de Vries, la gémula de Darwin y el elemento de Mendel son (o mejor dicho, se refieren a) lo mismo: aquello que pasa de una generación a otra --la unidad de herencia y, por consiguiente, de evolución-- y que es responsable del desarrollo de las características físicas del individuo. Así que, conceptualmente hablando, el plasma germinal está compuesto por genes. Físicamente hablando, el plasma germinal está compuesto por muchas cosas: proteínas, ácidos nucléicos, azúcares... ¿cuáles de ellas son genes y cuáles no? Pues, en principio, todas. En la definición de gen no se especifica cuál deba ser su substancia. Pongamos un ejemplo: la diferencia entre un guisante de piel lisa y otro de piel rugosa se debe a la presencia de distintas formas de almidón. Esta diferencia explica por qué dados dos guisantes, uno es liso y otro rugoso, pero no explica por qué un guisante rugoso da lugar a más guisantes rugosos. Una posible explicación es que el almidón heredado en la semilla sirve de molde para la síntesis de nuevas moléculas de almidón: el almidón se replica. En este caso, esta explicación resulta ser falsa, pero esto no significa que no pueda ser cierto para otros casos. Lo que ocurre en realidad es que el almidón se sintetiza por una enzima que añade ramificaciones en la molécula de cierta manera: las diferencias entre el almidón "liso" y el "rugoso" se deben al distinto modo de actuar de distintas variantes de esa enzima. ¿Es esta enzima, acaso, la que se hereda? Pues supongo que, como el almidón, algo de esta enzima habrá en la semilla del guisante, pero la nueva planta de guisantes tiene que producir más de estas enzimas, aunque sólo sea para que las nuevas semillas tengan tanta enzima como ésta recibió. Podría ocurrir que fuese la enzima la que se replicase: nuevas enzimas sintetizándose de acuerdo al molde de la enzima heredada. Podría, pero no. Esta enzima, al igual que todas las proteínas, se sitetiza a partir de un molde, sí, pero dicho molde no es una copia de dicha proteína, sino otra molécula (ARN) que lleva instrucciones para que una máquina llamada ribosoma produzca la proteína correspondiente. Ya está más clara la cosa: lo que se hereda es ese ARN mensajero, ¿no? Pues, como el almidón y la enzima que lo sintetiza, sí y no. Si hay enzima en la semilla, igual también está el mensajero correspondiente. Pero, al igual que con el almidón y la enzima, necesitamos replicar este ARN para que futuras semillas también lo hereden. Y, como en el caso del almidón y la enzima, el molde para producir nuevas copias de este ARN no es el ARN mismo, sino otra molécula, otro código que es reconocido por otras máquinas celulares para producir ese mensajero que codifica la información para que el ribosoma haga la proteína correspondiente. Este sí es el último molde, el ADN, porque es la única molécula que las células replican directamente. Así que, al final, una piel diferente se debe a un almidón diferente, que se debe a una enzima diferente, que se debe a un mensajero diferente que se debe a un ADN diferente. ¿Significa esto que los genes son ADN? No. Los genes son todo aquello que heredamos de nuestros padres que influye en nuestras características. Esto incluye ADN, pero también otro montón de factores "citoplasmáticos", fundamentalmente ARNs y proteínas, que influyen sobre todo en las primeras etapas de nuestro desarrollo (y que, precisamente por eso, pueden tener efectos dramáticos en etapas posteriores). Lo que ocurre es que esos otros genes-no-ADN están codificados en el ADN no de nuestras primeras células, sino en el ADN de sus progenitoras. Al igual que un glóbulo rojo humano no tiene los genes para la hemoglobina que sí tiene, sino que éstos están en las células hematopoiéticas, el cigoto de una mosca Drosophila no tiene los genes para la proteína bicoid que sí tiene, sino que éstos están en las células polares de su madre. Y ella, a su vez, tiene los genes que codificarán para la bicoid de sus hijas. En resumen, las características de un individuo dependen de todo lo que éste hereda de sus progenitores en el plasma germinal, tanto los genes codificados en el ADN como los ya expresados en ARN o proteínas, pero su descendencia sólo heredará de esta herencia aquello codificado en el ADN (en su secuencia, su patrón de metilación, etc.), porque es la única de las moléculas heredadas capaz de ser replicada por las células. Al menos que se sepa de momento. (Por supuesto, existen los virus cuyo genoma es ARN y en teoría es posible que una población de ARNs se replique durante generaciones en un entorno celular; lo que pasa es que hasta la fecha no se ha demostrado que algo así ocurra). 1. Experimentos de hibridación en plantas 2. Variación en animales y plantas domesticados
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