Órganos por azar

A raíz de lo que digo en otras entradas, a veces se puede suponer que los seres vivos tienen órganos apropiados para realizar funciones concretas. Vemos que disponen de dispositivos para trepar, ganchos para sujetarse a superficies en movimiento y así dispersar sus semillas, molares para triturar la carne de sus presas, o coloraciones apropiadas para disimular su presencia en el campo. Nada de esto es cierto. Aunque un enunciado superficial podría ser exacto, lo que queda por explicar es la relación causa-efecto. Es decir, ¿tiene alas para volar o vuela porque tiene alas? 

La hipótesis del blanco

Me gusta meterme en los libros científicos y, si es posible, leerlos en sus lenguas originales. En ellos hay criterio, opiniones, se discuten teorías, se explica cómo se van afianzando los conocimientos, etc, etc. En general, su lectura proporciona un amplio conocimiento sobre la ciencia de la que trata. He conocido libros geniales, algunos de ellos me han acompañado desde mi época de estudiante.

Pienso en el llamado “Principios de Genética”, de Th. Dobzhansky, que se editó en 1958. Durante muchos años fue el único libro de Genética editado y en los departamentos correspondientes se le llamaba “el libro”. Luego fueron apareciendo más y más en diversos formatos, pero el primero, el Dobzhansky, como le llamábamos por su autor, siguió siendo insubstituíble. Lo acabo de mirar ahora mismo. Sus páginas tienen para mí mucho de entrañable, pues en ellas encuentro al estudiante que fui, empeñado en comprender algo o en resolver algún problema de los que allí venían. 

Con los grandes científicos ocurre una cosa singular. Me explico. Cuando se escribió el libro, aún se conocía muy poco de los ácidos nucleicos, de la acción mutagénica de las radiaciones, o de genética evolutiva en general. No obstante, leyendo ahora los textos escritos hace más de medio siglo y viendo las opiniones vertidas en él, es fácil ver cómo el autor intuía lo que luego se comprobó con certeza. 

Algunos científicos tienen tan metido en su mente la naturaleza del objeto que estudian, que poseen una clarividencia grande sobre él e intuyen características suyas, que son difíciles de comprobar en el momento en que las enuncian, pero esas propuestas quedan planteadas como retos a los siguientes investigadores. Ocurrió con Francis Crick o con Albert Einstein, que hoy se está comprobando mediante estudios complicados cómo sus intuiciones eran veraces, aunque no se pudiesen comprobar en aquel tiempo. 

En el libro de genética que comento, también es sencillo encontrarse con interpretaciones que quedan inacabadas por falta de conocimientos en aquella época, pero con frases insinuadoras sobre las posibles soluciones, que luego mostraron ser acertadas.

Voy a comentar un solo caso, de entre varios que aparecen en el libro. Hablando del efecto mutágeno de la radiación, el autor comenta los resultados experimentales del investigador ruso N. V. Timofeev-Resovskij, quien trabajando con Drosophila melanogaster, la mosca del vinagre, descubrió la relación directa y lineal entre la dosis de radiación y la respuesta a modo de mutaciones letales en el cromosoma X de machos irradiados. Sus resultados los publicó representados en la gráfica que añado a continuación.

Relación Dosis de radiación - aparición de mutantes
letales en el cromosoma X de los machos irradiados.

Estos trabajos se realizaron en años tempranos de la década de 1930. Era cuando se comenzaba a conocer el papel de los ácidos nucleicos en la herencia, pero se desconocía su estructura molecular. Había una fuerte corriente científica que atribuía a las proteínas el papel de transmisor de la herencia biológica. En esa misma década, T.H.Morgan recibe el Premio Nobel por demostrar, entre otras cosas, la base cromosómica de la herencia, así como que los genes están situados en los cromosomas, en lugares concretos y dispuestos de modo lineal, nunca ramificado.

Pero en los cromosomas hay proteínas y ácido nucleico, las dos moléculas sobre las que se discutía su protagonismo en la herencia. Aunque se conocía bien la estructura de las proteínas, afloraban múltiples experiencias que obligaban a decantarse por los ácidos nucleicos, unos compuestos casi desconocidos entonces.

Tampoco faltaban los que seguían defendiendo la idea de que los genes eran algo espiritual, como un soplo inefable, si bien Mendel había demostrado cómo se transmitían de modo inalterable a lo largo de las generaciones, aunque pudiesen estar ocultos en los individuos sin manifestarse.

Eran reales los genes, existían de modo discreto, concreto, se podía actuar sobre ellos? La interpretación de los efectos de la acción mutágena de los rayos X aportaron luz a estos debates. Si nos fijamos en la gráfica que presento, vemos una relación directa, lineal, entre dosis de radiación (causa) y aparición de mutantes (efecto). Aunque la gráfica no lo indica, a cero Roentgens de radiación, corresponde un 0,02% de mutación. No es error, más bien es una prueba de la precisión del experimento, pues esa cantidad representa la frecuencia de la mutación espontánea.

Viendo la gráfica, y en el ambiente de entreguerras de entonces, no faltó quien dijese que a dosis doble de radiación, correspondían dosis doble de mutantes. Era un resultado similar a lo que ocurre en un bombardeo, en el que lo importante es dar en el blanco. Cuando se duplica la dosis de bombas, o de unidades R, las respuesta es el doble de víctimas o de mutaciones, pero para que tal ocurriese, los genes tendrían que tener estructura material. Se fraguó con esta idea la que hoy conocemos como “hipótesis del blanco”, que resultó ser verídica. 

Según esta hipótesis, para que se produzca una mutación, las radiaciones han de alcanzar el blanco y ese blanco es el gen. Ya digo, se comprobó lo acertado de la hipótesis, y sin pretenderlo, también se confirmó la naturaleza material de los genes, pues para que ocurriese tal respuesta, era preciso que los genes tuviesen una base material.

T.H.Morgan había demostrado que los genes ocupaban un lugar concreto en los cromosomas y fue premiado con el Nobel en 1933. Ahora, otros investigadores, estudiando el efecto de las radiaciones sobre el material hereditario, demostraban la naturaleza material de los genes. También fueron reconocidos con el Premio Nobel en 1946.

Aberrantes hermosas

FORMA SILVESTRE

MUTANTE HOMEÓTICO

El problema se me planteó cuando me preguntaron porqué unas camelias eran de una forma y otras, de otra. Estupenda definición, claro. Pero se refería a por qué, según su tipo de flor, hay dos tipos claros de camelias. En uno de ellos, hay una envuelta de pétalos, suelen ser cinco o múltiplo de este número, alrededor de una corona de numerosos estambres. En el otro tipo de flores, aparece una gran cantidad de pétalos que forman un capullo compacto, no dejando ver los estambres, pues desaparen bajo ellos. 

No es difícil aventurar cuál de estas formas es la primitiva. Indudablemente, la que presenta los estambres visibles, dispuestos para dejar su polen al agente polinizador, sea insecto o aire, y así poder fecundar los pistilos, que también están visibles.

¿Entonces? ¿Cómo se produjeron estas flores con ausente y gineceo ocultos? Por mutación, claro. 

CLAVEL SILVESTRE

Hace millones de años, muchos seres vivos primitivos estaban constituidos por repeticiones de elementos con apéndices, algo así como la repetición de un módulo. En vegetales recordamos haber estudiado lo de “nudo–entrenudo...” En nosotros, los vertebrados, la columna vertebral es un recuerdo de aquella estructura primitiva.

Con el tiempo, los apéndices de cada segmento inicial se fueron modificando mediante mutación, y así consiguieron mayor adecuación a sus funciones o ganaron funciones nuevas para sus portadores. Ejemplo de esto son las mandíbulas y antenas de insectos, los estambres en flores y nuestras costillas. 

Las mutaciones que generaron estos cambios se produjeron en genes reguladores, que modificaban la estructura primitiva, pero no la anulaban. Se descubrieron en la mosca del vinagre (Drosophila), pero con el tiempo se supo que todos tenemos genes similares. He dicho “tenemos” con toda base científica. 

ROSAL SILVESTRE

Si ocurre una mutación en estos genes reguladores, desaparece la modificación que provocan en la estructura primitiva, pero esta estructura permanece y se manifiesta como tal, pero en el lugar en el que correspondería aparecer la modificada. En Drosophila conocemos el mutante llamado “antenapedia”, que consiste en la aparición de patas en lugar de antenas, y “maxipedia”, que hace que aparezcan patas en lugar de maxilas. En ambos casos, la estructura primitiva era una pata, que es lo que aparece.

Indudablemente, se trata de curiosidades de laboratorio, pues la selección natural no dejaría vivir en la naturaleza a individuos con estos aspectos. No obstante, su estudio ha dado muchas luces acerca de la regulación genética en el desarrollo embrionario de los individuos. En nosotros, también.

Este tipo de mutación se conoce con el nombre de homeótica, y consiste en la substitución de un órgano por otro, del que, evolutivamente, procede. Al principio se creyó que era algo anecdótico. Con el tiempo se vio que este tipo de genes reguladores están presentes en todos los organismos estudiados. Lógicamente, de los no estudiados no hay datos, pero se supone que también los poseen.

ROSA HOMEÓTICA

Y… ¿en plantas? También. Tal vez tenerlas tan próximas, tan familiares, hizo que no nos percatásemos de que unas flores tan hermosas, pero tan diferentes a sus prototipos silvestres, eran debidas a mutaciones homeóticas en los genes que determinaban la morfología de los estambres. A causa de esas mutaciones, los estambres desaparecen, dando lugar a que en su lugar aparezcan sus precursores evolutivos, los pétalos. 

Las flores con esta característica son incapaces de formar semilla de manera natural, pues carecen de estambres y, en caso de tener algunos, quedan inaccesibles para los agentes polinizadores debido a la gran proliferación de pétalos. No obstante, en algunas plantas, como el clavel, es factible reproducirlas mediante polinización artificial, siendo sencillo hacerse con semillas para jardinería.

CLAVEL HOMEÓTICO

Desde hace tiempo, estas flores nacidas de mutaciones homeóticas poseen una buena tradición en jardinería, pues el gusto popular ha transformado en objeto de belleza lo que en la naturaleza habría sido una aberración sin capacidad ninguna de reproducirse y, por tanto, de transmitir sus genes a las propias descendencias. Por suerte, en vegetales existen modos alternativos de reproducción asexual, como los injertos o los esquejes, que son los que utilizan los jardineros en estos casos. Ya digo, en claveles es fácil hacerse con semillas de estas formas homeóticas.

Todas ellas son flores cuya belleza es debida a mutaciones especiales y entre otras son: camelia, rosa, clavel, crisantemo, etc. Flores familiares a nosotros y presentes en nuestra cultura.

Un detalle que quiero hacer notar es que aunque se trata de especies evolutivamente alejadas, sus formas silvestres presetan cinco pétalos, lo que ha llevado a pensar que tal vez ese número sea el primitivo en cuanto a estructuras florales.

La foto del clavel silvestre ha sido hecha por Francisco Javier Morcillo Rodriguez, a quien agradezco que me deje utilizarla aquí.