viernes, 11 de agosto de 2017

Variabilidad génica 2

En un artículo anterior comenté la necesidad de variabilidad en las poblaciones como un requisito para alejar el peligro de su extinción. En general, en todas las poblaciones existe polimorfismo en mayor o menor grado. No obstante, podemos definir las especies naturales, animales o vegetales, por características morfológicas muy concretas, que inducen a pensar que en ellas no hay polimorfismo. Sabemos que las amapolas son rojas, las violetas dan nombre a un color, los jilgueros tienen forma y color concretos, como los mirlos o los arrendajos. ¿Qué ocurre en estos casos? ¿Cuál es la explicación a esta aparente contradicción? 

Darwin, en su obra El origen de las especies, nos comenta que la domesticación crea variabilidad. Hoy lo diríamos de otro modo, pero en la época en la que el libro fue escrito, aún debían descubrirse muchos hechos biológicos para comentar esa realidad con mayor rigor. Hoy sabemos que nuestra información genética está contenida en los cromosomas, y que heredamos dos juegos de ellos, procedentes de cada uno de nuestros progenitores. Tenemos como dos juegos repetidos de cromosomas. De cromosomas y de su contenido, de sus genes. De cada gen tenemos dos copias, uno de procedencia materna y el otro, paterna. Entre estos alelos se establecen las consiguientes relaciones de dominancia, recesividad o de heterosis.

Oculta en esa uniformidad hay gran variabilidad

En la naturaleza, los seres vivos manifiestan el aspecto, el fenotipo, adaptado al ambiente en que viven. La coloración, la morfología, la estacionalidad y muchas otras variables, están tremendamente fijadas por la selección natural. Por ejemplo, los insectos polinizadores se orientan por la morfología y el color de sus flores, de modo que cualquier modificación, por pequeña que sea, queda sin polinizar ni, por tanto, producir semillas. Otro tanto ocurre con animales y sus posibles modificaciones de morfología o color. Para los animales, la coloración es básica para poderse esconder de sus predadores. Los aspectos, que llamamos “fenotipos” (del griego, aspecto mostrado) presentes en la naturaleza, reciben el calificativo de salvaje, cuando se refieren a animales, y silvestre, en el caso de vegetales.

Estas morfologías son altamente fijas, no existe posibilidad adaptativa de variación en las condiciones ambientales del momento, pero eso no quiere decir que tales condiciones puedan cambiar y, por tanto, esos fenotipos dejen de ser adaptativos. Pienso, por ejemplo, en mamíferos de ciclo biológico corto, presentes en montañas con climas fríos. Si en invierno hay nieve, la coloración más adaptativa será la albina, mientras que en verano será otra, de color castaño En ambos casos se favorece el camuflaje de los animales frente a predadores. Aunque también puede ocurrir que el pequeño mamífero tenga letargo invernal, supliéndose esa necesidad de coloración invernal.

Hay variabilidad oculta

De todos modos, no he contestado nada acerca del lugar en que se guarda la variabilidad necesaria para afrontar los posibles cambios ambientales. Esa variabilidad está presente en la población en forma de alelos recesivos y, por tanto, ocultas por los correspondientes alelos dominantes que determinan los fenotipos salvaje o silvestre, según los casos. En cada generación nacen individuos, pocos, con esos fenotipos, pero la selección natural los elimina, por no estar adaptados a las condiciones del momento. En la naturaleza hay alelos que causan la muerte de sus portadores cuando están en homocigosis, y son componentes de lo conocido como lastre genético.

Pero si cambian las condiciones ambientales, aunque sea ligeramente, los fenotipos que antes estuvieron rechazados por la selección natural, ahora pueden resultar beneficiados. Este cambio puede comportar una cierta mortandad en la población, pero se mantiene y sobrevive. A esta variabilidad, y por lo explicado, se le conoce también como “preadaptación” en el sentido de que, debido a ella, las poblaciones están preadaptadas a cambios que puedan ocurrir. Me refiero a cambios normales en las condiciones ambientales. Fotoperíodo, humedad, temperatura, disponibilidad de recursos y así. Un cambio drástico puede generar un desastre ecológico. En este sentido, no son pocos quienes piensan que el llamado “cambio climático” en la actualidad, tiene en las poblaciones una incidencia negativa mayor por la velocidad con la que ocurre que por su misma magnitud. Esa velicidad puede incidir de modo negativo en la capacidad de adaptación por parte de las poblaciones.

Por cuanto llevo dicho, está claro que el tamaño de población es un factor importante. No es lo mismo una con 20 individuos que otra con 200. La cantidad de variabilidad encubierta que puede soportar cada una es muy diferente. Y conviene no olvidar que esa variabilidad es un componente de su adaptación a posibles y futuros cambios ambientales. Realmente no es “un componente”, es “el componente”, el único.

Diversidad de colores.
Cultivo artificial.

No obstante, he escrito de modo intencionado la palabra “soportar” en el párrafo anterior. Mucha de esta deseable variabilidad presente en una población, mientras no ocurran cambios puede ser componente de su lastre genético. La población, no lo olvidemos, precisa vivir y reproducirse para mantenerse. Un cierto nivel de mortalidad (debido al lastre), es asumible para ella, pero mucha mortalidad también es perjudicial. Por esta nueva razón, un tamaño grande de población es mejor que un tamaño reducido.

Todo esto es válido para las poblaciones naturales, cuando los individuos están sometidos a la acción de la selección natural. En cautividad, bajo los afanes de los cuidadores, la selección natural desaparece y en es ese momento cuando se descubre toda la variabilidad encubierta que poseen las poblaciones, de la que nos habla Darwin en el primer capítulo de su obra El origen de las especies.


viernes, 4 de agosto de 2017

Variabilidad génica 1

Esta entrada, con variantes, la publiqué en noviembre de 2015. La traigo de nuevo aquí, pues quiero recordar lo que dije entonces, y que mantengo hoy.
Cuando digo “génico”, me refiero a lo relativo a los genes, su función, su frecuencia, su actividad. “Genético” lo utilizo para referirme a estructuras biológicamente hereditarias. Su base material es el ADN, que constituye los genes, aunque también está presente en otras estructuras celulares, como mitocondrias o plastos.

Desde una consideración biológica, no es lo mismo una población de trescientos individuos que una de quince, por ejemplo. A veces, cuesta trabajo hacer comprender que el tamaño de población es importante en las poblaciones naturales, cuando sólo dependen de su propia vitalidad para mantenerse a lo largo de las generaciones, y teniendo que superar la adversidad que representa para ellas la selección natural, con todos sus componentes.

Efecto de variabilidad génica

Hay algo que los biólogos tenemos muy claro. Aunque la selección natural actúa sobre el individuo, quien manifiesta sus efectos es la población a la que pertenece. En biología, muchos procesos son de ese modo, siendo sobre la población donde inciden los resultados de muchos procesos vividos por sus componentes. Por ejemplo, los individuos no evolucionan, lo hacen las poblaciones a las que pertenecen.
Volviendo al inicio, podemos preguntarnos ¿por qué es importante el tamaño de la población? Sencillamente, por la posibilidad de poseer mayor cantidad de variabilidad génica, que viene a ser como un seguro de permanencia. Pero esa variabilidad que una población puede poseer, está en relación directa con el número de individuos que la componen.

Variabilidad génica en color de ojos
de la mosca de la fruta

¿Qué entendemos por variabilidad? Vamos a ver si soy capaz de explicarlo en pocas palabras. Todos sabemos que los genes determinan los caracteres hereditarios, que suelen ser morfológicos o funcionales. Por ejemplo, color de ojos o grupo sanguíneo. En general, cada uno de nosotros tenemos dos copias de cada gen, uno procedente de nuestro padre y el otro de nuestra madre.
Pero el hecho de que un gen concreto determine una función también concreta, no ha de tomarse en el sentido de que siempre se determina del mismo tipo. Conocemos la diversidad de coloración de ojos. El gen determina el color, pero existen diversas alternativas funcionales y hereditarias que determinan diferentes colores. A cada alternativa le llamamos alelo, (del griego, "otro"). En un principio se le llamó "alelomorfo", (también del griego, "otra forma"), pero hoy se le llama simplemente alelo. Del gen con varios alelos se dice que es polimórfico (del griego, "muchas formas"), y la situación poblacional se conoce como polimorfismo.

Más consecuencias de variabilidad génica

Si hablamos de nuestros grupos sanguíneos, sabemos que entre los humanos existen, entre otros, cuatro grupos sanguíneos: A, B, AB y 0. Están determinados por diferentes alelos de un mismo gen. En eso consiste la variabilidad génica, en que para cada carácter (grupo sanguíneo en este caso, o color de ojos), existan diferentes posibilidades de manifestarse, que corresponden a pequeñas diferencias funcionales. Aunque cada individuo tiene un solo grupo sanguíneo, o una tonalidad concreta de ojos, es la población la que posee varios alelos determinantes de esos tipos, que están presentes en diferentes individuos pertenecientes a ella.
A esta diversidad responsable de muchos caracteres, es a lo que se llama variabilidad génica, y es un carácter propio de la población, no del individuo. Representa una gran riqueza biológica, puesto que cada variable puede proporcionar a su poseedor diferente adecuación frente a ambientes ligeramente diversos. Es decir, las poblaciones con mucha variabilidad pueden estar como mejor preparadas para posibles, e inciertos, cambios ambientales, pues no sería raro que alguna combinación de sus caracteres resultase adecuada para vivir en nuevos ambientes generados por posibles cambios.
En la naturaleza hay mucha uniformidad morfológica.
La variabilidad génica está encubierta

Todo esto que comento no puede ocurrir en poblaciones con quince individuos. Ni con treinta. La primera desventaja que posee una población que ha reducido su tamaño, es haber perdido variabilidad génica. Por lo dicho antes, si hay menos variabilidad génica, las posibilidades de supervivencia ante posibles cambios ambientales adversos serán menores.
Como dije, la variabilidad génica es una riqueza grande para una población. Es consecuencia de años, y generaciones, produciendo individuos, algunos de los cuales salen airosos de los efectos de la selección natural. Durante todas esas generaciones se han producido mutaciones que están presentes en la población, escondidas bajo el estado de alelos recesivos, pero que en algún momento, y debido a múltiples causas, pueden manifestarse ante la selección natural.

Pero para que aparezcan nuevas formas, que es el paso previo a la subsistencia de la población, ha sido preciso que antes hubiese existido variabilidad génica repartida en un amplio número de individuos componentes de la población.

viernes, 28 de julio de 2017

Sobre extinciones

Las diferentes ciencias son ramas del saber que encierran criterios y conocimientos sistematizados, que constantemente están en revisión y, por tanto, en crecimiento actualizado. La biología no es ajena a este continuo cambio.
Cuando paseo en pequeños grupos por algún lugar con vegetales, siempre pienso en la función silenciosa que están realizando, de la que nos beneficiamos todos. Es curioso, para muchos los vegetales no son seres vivos. Desconozco qué lugar le asignan en sus mentes, pero para ellos una cosa son los animales y otra, diferente e inferior, los vegetales. No sé cuándo los vegetales alcanzarán el r/econocimiento popular de “seres vivos”. A todos los niveles. Causa mayor revuelo social el que una especie animal se encuentre en peligro de extinción y no que sea una vegetal la que afronte tal situación.



Pinus sylvestris, hoy en alta montaña de Galicia

Me encuentro muy cómodo entre vegetales. Pasear entre ellos genera muchos temas de conversación sobre biología. Grandes ideas, conceptos claves de biología han surgido del estudio de las plantas. Me asombra su diversidad, teniendo en cuenta su inmovilidad e indefensión derivada, como ocurre en una gran cantidad de especies. Me explico. Si un animal está en un lugar adverso, puede cambiar de sitio. Si lo hacen poblaciones enteras, hablamos de grandes migraciones, pero no extinciones. El registro fósil nos indica hechos de este tipo. Pero si una planta, si una población de plantas, se encuentra con un cambio ambiental adverso, a no ser que tenga un formidable mecanismo de dispersión de semillas, o la suficiente variabilidad génica, está abocada a la extinción. También hay casos de este tipo detectados en el registro fósil. Una población de plantas no dispone de mecanismos que le ayuden a escapar de situaciones adversas. El estudio de polen fósil nos indica cómo en amplias áreas fue cambiando la flora un poco más tarde de producirse cambios climáticos climáticos. Plantas que antes estuvieron por toda Europa, hoy están relegadas a sistemas montañosos fríos. Pero esto que digo puede inducir a error. En aquel tiempo, toda Europa tenía otro clima, propicio a esas plantas. Hoy sólo quedan reductos de aquel clima y en ellos, aquellas plantas. Pienso, por ejemplo, en el Pinus sylvestris o el Sorbus aucuparia, el Serval de las montañas, hoy en zonas de montaña pirenaicas. También, ya he comentado, la población puede sobrevivir si dispone de variabilidad génica.


Serval, en alta montaña de Galicia

He indicado, casi sin quererlo, algunos de los mecanismos de los cambios evolutivos. Los grandes mecanismos, que podemos agrupar en agentes interiores y agentes exteriores, siendo muchas veces estos últimos los desencadenantes de dichos cambios. Dije en otro lugar que la unidad de evolución es la población. No es el individuo, es la población la que evoluciona a lo largo de las generaciones. Para que esto ocurra, la población ha de tener suficiente variabilidad génica, es decir disponer de diferentes alelos para realizar una misma función biológica, por ejemplo color de pelaje en unos mamíferos o coloración de flor en vegetales. Gracias a poseer variabilidad génica, los individuos pueden presentar variabilidad fenotípica y, ante esa variabilidad, la selección pude actuar favoreciendo a algunos.
Hoy, con las condiciones ambientales actuales, las morfologías que vemos en el monte, poco variables, son favorecidas por la selección natural generándose los aspectos (fenotipos) que llamamos salvaje en animales y silvestre en vegetales. Pero en cada generación aparecen individuos con aspectos no favorecidos actualmente, que son eliminados por la selección natural. Esto es normal y se cumple siempre con un bajo porcentaje. Es un lastre de las poblaciones que poseen variabilidad génica, el hecho de que en cada generación aparecen individuos que no están adaptados a las condiciones ambientales del momento, pero sí pueden estarlo para condiciones futuras.

Archaeopterix, eslabón evolutivo
entre dinosaurios y aves

En casos de poblaciones no adaptadas a cambios puede producirse su extinción. También el registro fósil nos permite decir esto, pero con criterio biológico eso se considera como un fracaso evolutivo. Fracaso porque, por diversas causas, el patrimonio génico de la población no fue capaz de adaptarse a nuevos cambios, dando lugar al final de toda una historia evolutiva, la de ese grupo. En un momento concreto, una generación no fue capaz de generar la siguiente y, en consecuencia, la población fracasó. 
En lo de adaptarse a cambios ambientales, las poblaciones lo hacen aunque tal proceso implique un cambio de aspecto, de morfología o, incluso, de comportamiento. La historia biológica continua, aunque el grupo anterior ha desaparecido dando lugar a uno nuevo. A esa desaparición se le conoce como extinción filética. En ella, el grupo (el Philum) ha desaparecido desde un punto de vista morfológico, pero su patrimonio génico sigue evolucionando. Hay fósiles que también nos permiten hablar de este tipo de extinción. La más conocida es la de los dinosaurios que, como tal, se extinguieron dando lugar a las aves a través de formas intermedias, de las que se conservan testimonios fósiles.
Suele ocurrir de este modo, que los cambios ambientales generan modificaciones en los criterios de selección. Los individuos deben tener formas adaptadas a esos posibles cambios. Tal vez antes no estaban adaptadas a otras condiciones ambientales, pero ahora esas condiciones han cambiado y los adaptados de antes han dejado de serlo. La población sigue viva, aunque cambie de aspecto o de hábitat. Su permanencia, su supervivencia, es un éxito.
Recuerdo un concepto que tal vez ahora es tratado de modo diferente. Me refiero al llamado desastre ecológico. Se calificaba de tal modo al cambio drástico, intenso y muy corto en el tiempo, de modo que no permitía que las poblaciones reaccionaran ante él, extinguiéndose consecuentemente. Era un desastre por provocar extinciones.

viernes, 21 de julio de 2017

Animales y vegetales

En una entrada anterior, comenté la necesidad de comer para crecer. Realmente, con la comida y la digestión posterior, la materia orgánica que toma un ser se transforma en materia específica suya, después de un proceso más o menos elaborado. Todos necesitamos esa materia para crecer y también para nuestro propio mantenimiento, después de que el crecimiento ha cesado.

En pocas palabras, consiste en esto. Si nosotros comemos carne de ternera, es un decir, en esa carne van proteínas de ternera. Sintetizadas de acuerdo con las pautas de síntesis de ternera, contenidas en sus genes y construidas con aminoácidos. La digestión realizada en nuestro tubo digestivo, va a consistir en disgregar esas proteínas hasta convertirlas en sus aminoácidos constituyentes. Luego, nuestro metabolismo generará proteínas de acuerdo con nuestras pautas de síntesis determinadas por nuestros genes, pero utilizando esos aminoácidos que, hasta hacía poco tiempo, formaban parte de proteínas de ternera.

La energía entra en nuestro mundo

Por otra parte, hemos de tener en cuenta la energía que consumimos para poder realizar nuestras actividades vitales. Crecimiento, mantenimiento, síntesis y otras tantas, son actividades que requieren su aporte de energía. ¿De dónde procede esa energía? Esa energía recorre un camino largo y bien definido que, procedente del sol, pasa por nosotros mismos, hasta terminar en otros seres. Todos consumiendo la energía encerrada en las moléculas orgánicas.
Me gusta considerar al mundo de los seres vivos como un todo armónico y complementado, en el cual cada parte tiene su papel bien definido. Indudablemente, la energía es vital con una necesidad inmediata y es posible comentar su ciclo en nuestro mundo, cómo va pasando de unos a otros seres de un modo estructurado, nunca anárquico. Pero también podríamos hablar del ciclo del agua o del carbono, por citar dos casos.

Bosque a orillas del río Miño.
Función clorofílica en marcha

La energía capaz de activarnos, procede del sol. Hay algunas excepciones en el mundo de las bacterias, que consisten en obtener la energía a partir de reacciones con metales, hierro por ejemplo, pero la mayoría de seres vivos actuamos gracias a la energía procedente del sol. Cuando digo mayoría me refiero a grupos abundantes en número y en diversificación. Este dato hace pensar en un amplio camino evolutivo, con éxito adaptativo.
Únicamente los vegetales son capaces de captar esa energía mediante una compleja serie de reacciones llamada en su conjunto “función clorofílica”. Utilizando agua, anhídrido carbónico (procedentes del aire o de su entorno) y energía lumínica (procedente del sol), los vegetales son capaces de sintetizar hidratos de carbono, que son moléculas con varios átomos de carbono, normalmente 6, unidos con enlaces ricos en energía. Cuando se rompan los enlaces, se desprenderá la energía encerrada en ellos. Esa energía ha procedido del sol, y a partir de ese momento, ya está presente, ya ha penetrado, en el mundo orgánico, el de los seres vivos.
Esos hidratos de carbono, ricos en energía, pueden ser utilizados directamente por los vegetales para su metabolismo, ser almacenado como substancia de reserva (almidón), o adquirir funciones estructurales en forma de celulosa, formando láminas y membranas.

La energía entra en el mundo de los heterótrofos

Otros elementos necesarios para su metabolismo (pienso en plantas terrestres), como agua y minerales, lo absorben mediante las raíces. Gracias a la energía captada mediante la función clorofílica, las plantas son capaces de sintetizar todo cuanto necesitan para estar presentes en este planeta, como pueden ser aminoácidos o vitaminas. Por eso, porque son capaces de mantenerse por sí mismos, en biología los conocemos como seres “autótrofos”, una palabra de origen griego que quiere decir que comen por sí mismos.
Hay otro grupo de seres vivos, al que pertenecemos nosotros, que somos totalmente incapaces de captar la energía exterior para encerrarla en moléculas orgánicas. Es el grupo de los animales, conocidos como “heterótrofos”, palabra también de origen griego y que significa que comemos a partir de otros.
De lo mucho que necesitamos, nada podemos sintetizar: aminoácidos, vitaminas, fuentes de energía. Todo lo hemos de tomar en la dieta, por eso dependemos de ella. Esto hace que los diferentes grupos zoológicos dispongan de aparatos digestivos específicos y de maneras, también específicas, de captar los alimentos. Desde la absorción a través de una piel casi permeable, a la posesión de bocas con capacidades trituradoras de los alimentos, podemos imaginar toda una amplia gama diversa que también tiene mucho que ver con las maneras de captar los alimentos.
La evolución ha tenido un papel importante al diversificar los modos de captar energía. Al aparecer nuevos modos, y consolidarse en grupos, fue siendo posible colonizar nuevos hábitats. Cuando finalizan los procesos bioquímicos, una vez extraída la energía encerrada en las moléculas biológicas, sólo queda otra vez, agua y anhídrido carbónico. La energía la hemos consumido. Hay toda una cadena de seres vivos que van transmitiendo esa energía. Desde los vegetales, pasando por diferentes grados de animales herbívoros, luego diferentes tipos de carnívoros para terminar en seres propios de la putrefacción. Por todos esos eslabones va pasando la energía que, procedente del sol, va vivificando a aquellos que la poseen en un momento concreto.
Nosotros tenemos que tomar alimento de modo constante, pues lo mismo que hay compuestos que podemos almacenar como reservas, caso de los hidratos de carbono y grasas, hay otros que no podemos almacenar y hemos de tomar de manera constante, como las  vitaminas.

Un carnívoro persigue a un herbívoro:
la energía fluye

Para mí, ésta es la diferencia fundamental entre vegetales y animales: su comportamiento en relación a la energía, en cómo solucionan su necesidad de ella. Los vegetales son capaces de captarla y encerrarla en materia orgánica que sintetizan. Se alimentan por sí mismos, son autótrofos. Los animales, necesariamente hemos de tomar nuestros nutrientes y la energía que necesitamos mediante la ingesta de productos ricos en ella. Son heterótrofos.


viernes, 14 de julio de 2017

Hablando de seres vivos

Me gustaría hablar de nuevo aquí sobre seres vivos, y voy a hacerlo. Hablar de los seres que viven, que tienen vida. Pero, ¿qué es vida? Es una pregunta que ha tenido diferentes respuestas a lo largo de la historia. Hubo un tiempo en que se pensó que era un soplo. Según el Génesis, Dios hizo una figura de barro, sopló sobre ella y ésta adquirió vida. Hoy han cambiado mucho nuestros conocimientos y conceptos sobre este tema.

He dicho muchas veces que tenemos ambigüedad al utilizar esta palabra. Porque “vida” puede ser la historia biológica de alguien (la vida de fulano); también entendemos como tal el modo de transcurrir el tiempo por parte de alguien (llevó una vida…); o, en otro plan, puede ser la duración estimada de un aparato caduco (esta bombilla tiene una vida de tantas horas). Pero también, vida es una actividad esencial mediante la que actuamos los seres que, por tenerla, merecemos el calificativo de seres vivos. En este plan, vida es la energía de los seres orgánicos. 

Ser vivo

Estos conceptos son de este tiempo. En el Renacimiento, se sabía que los estados de la materia son sólido, líquido y gaseoso. El paso de un estado a otro era simple y sencillo: evaporación, ebullición, solidificación eran procesos reversibles conocidos por los hombres de ciencia. También los seres vivos morían en un instante y, al igual que el resto de cambios conocidos, se podrían producir en ellos los movimientos inversos. Los seres inertes podrían adquirir vida. Había que conocer cómo, la fórmula de producirla, pero el hecho era real y constatable. La idea de la generación espontánea era admitida en general, existiendo múltiples fórmulas para conseguir la producción de animales: de ratones, arañas, lombrices y un largo etcétera. Según esta suposición, la vida era una actividad susceptible de ser creada en condiciones adecuadas.

Seres vivos

Fue a partir del siglo XVII cuando se empezó a dudar de esta hipótesis. Redi, Spallanzani y Pasteur demostraron, cada uno en su tiempo, la inexactitud de esta hipótesis y Pasteur resumió su descubrimiento con el aforismo omnis vivo ex vivo. Todo ser vivo procede de otro ser vivo. También, como consecuencia lógica de esto dijo que “la vida no se crea, simplemente se transmite”. Todo esto generó una nueva visión acerca de los seres vivos y su mundo. 

Tal vez sea posible escapar de la definición de “vida” para quedarse en la de “ser vivo”, pero volvemos a lo mismo. ¿Realmente sabemos qué es un ser vivo? Sí y no. Me explico. Sabemos de lo que hablamos cuando nos referimos a ellos. No es una metáfora, no. Es algo muy concreto y lleno de significado. Incluso adjudicamos características de ser vivo a algo, un movimiento ideológico, por ejemplo, cuando decimos de él que está vivo o muy vivo. Queremos indicar que se renueva, que se expande, que se mueve.
 
Ser vivo

Pero hay muchos seres vivos, mucha diversidad entre los seres vivos. La idea de los científicos es que la vida, tal como la entendemos hoy, se inició una sola vez. Tal vez antes hubo moléculas con características prebióticas, pero la vida que disfrutamos y de la que participamos todos, tuvo un solo inicio hace miles de millones de años. Darwin nos explicaría el origen y el mantenimiento de la diversidad actual, pues lo cierto es que todos tenemos un mismo origen y sirve de muestra el nivel bioquímico.

Todos guardamos nuestra información genética en los ácidos nucleicos. Recuerdo, hace años, cuando se estaba dilucidando el código genético. Se hacía en laboratorio, claro. No faltaron quienes dijeron que después de dilucidado, habría que deducir qué claves correspondían a vegetales y cuáles a animales. A todos nos pareció lógico. La sorpresa, la gran sorpresa, llegó cuando se comprobó a ese nivel bioquímico todo era similar, tanto en el mundo animal como en el vegetal y en bacterias. ¿Qué quiere esto decir? Pues sencillamente, que ese camino de consolidación como seres vivos fue un camino que recorrimos juntos, que es una historia común. Luego, más tarde, vendrían las diversificaciones.

Seres vivos

También tenemos común el modo de duplicación de los ácidos nucleicos y los enzimas que intervienen en el proceso. Es también común el número y la naturaleza de los aminoácidos, los componentes de las proteínas y su mecanismo de síntesis. 

Si embargo, soy consciente que estoy diciendo cosas, pero no digo qué es un ser vivo, ni qué es la vida. Desde niño, ya en la escuela, aprendí que los seres vivos “nacen, crecen, se reproducen y mueren”. También que las funciones de los seres vivos son “de relación, de nutrición y reproducción”. Con anterioridad hablé aquí de mi modo de entender eso de que los seres vivos nacen y crecen. Pero ahora, quiero seguir comentando cómo entiendo esas funciones propias de los seres vivos. Comunes a todos.

En clase, para hacer ver a mis alumnos la complejidad del mundo de los seres vivos, les aconsejaba que imaginasen un árbol, un liquen, una planta y un mamífero. ¿Qué compartimos? Estamos vivos, tenemos la información biológica encerrada en ADN, compartimos el modo de transcripción del mensaje genético. Luego, cada cual con sus genes, que se adapte a su ambiente, que crezca y se reproduzca.

Hablaremos de esto…

sábado, 8 de julio de 2017

Los seres vivos crecen

Esta entrada es similar a otra que, con el título "Crecemos", publiqué hace unos días en el Paseante reflexivo. Puesto que ese Paseante se marcha, quiero traer aquí este texto, pues forma parte de un conjunto de cuatro, en los que comento nuestras actividades: nacer, crecer, reproducirnos y morir.



Cuando éramos niños, tuvimos como ciertas muchas cosas que no lo eran. Hoy sabemos que el ratoncito Pérez no colecciona dientes de niños, ni las cigüeñas los traen desde París. Tampoco existen pajaritos chivatos que cuenten a los mayores lo que hacemos. Nos dijeron hasta la saciedad que teníamos que comer si queríamos crecer. Eso era cierto. El crecimiento requiere aporte de material extra que sólo nos llega a través de la dieta.  

Los seres vivos crecen, pero ¿qué entendemos por crecer? No hay duda que cuando decimos “crecen”, interpretamos que los seres que desarrollan tal actividad, se encaminan hacia una plenitud y una madurez mofológica y fisiológica. En términos generales, decimos que crecen cuando aumentan de tamaño. Puesto que en biología siempre hay más de una forma de que se realice un proceso, también hay más de un modo de crecer. Un organismo pluricelular crece o bien porque aumenta el número de sus células integrantes, que mantienen su volumen inicial, o bien porque aumenta el tamaño de ellas, aunque no aumentan en número. 

Sea del modo que sea, los seres vivos pluricelulares crecen si tomamos como momento inicial de su vida el de su nacimiento. Los tamaños más grandes entre los seres vivos actuales se dan en especies vegetales.

ANIMAL ADULTO
La mayoría de seres tienen un crecimiento controlado, de manera que cuando alcanzan un determinado tamaño, definido para nosotros en términos estadísticos, ese proceso se detiene. Todos estamos acostumbrados a los tamaños estándar de los miembros de cada especie de seres vivos que conocemos y, aunque no tengamos medidos tales tamaños ni los recordemos con detalle, a algunos individuos los encontramos muy grandes o muy pequeños, cuando sobrepasan tales límites. Por eso hablamos de una vaca muy grande o un abeto muy pequeño, por citar dos ejemplos, aunque no sepamos sus dimensiones medias.

ÁRBOL ADULTO

Muchos seres pluricelulares cuando crecen, no sólo aumentan de tamaño, también sus células van diferenciándose adquiriendo capacidades y funciones singulares y diferentes. De este modo se pueden ir generando órganos con actividades especializadas. Mientras los seres se van desarrollando y adquiriendo estas cualidades, decimos que son formas juveniles, y consideramos que han alcanzado la madurez cuando alcanzan plenamente todas sus funciones, incluyendo la capacidad reproductiva.

lARVA

El crecimiento puede ser mediante formas intermedias, las larvas, que son voraces y que, tras un período de cambios, que se realizan con quietud, se transforman en adulto. En estos casos, los adultos generan huevos de los que nacen las larvas. Éstas sufren modificaciones morfológicas (metamorfosis), dando lugar a los adultos. Muchos insectos tienen larvas en sus ciclos biológicos, pero también hay vertebrados (ranas) que las tienen.

Siempre el crecimiento implica un aumento del propio material. Eso se realiza transformando en material propio el que se ha tomado en la comida o el sintetizado de nueva creación. En ambos casos, moléculas que no formaban parte del individuo que crece, pasan a formar parte de sus estructuras mediante reacciones metabólicas concretas.

HOJAS JUVENILES DE EUCALIPTO
En vegetales hay especies, como el eucalipto, con dos tipos de hojas, pues las formas juveniles del árbol presentan unas hojas con forma y color que no tienen nada que ver con las del árbol adulto. Se llama dimorfismo foliar y está relacionado con la edad del individuo.

En árboles y arbustos, aunque el crecimiento se detiene cuando se alcanza ese tamaño concreto que antes comentaba, no debemos considerar que hayan perdido su capacidad de crecimiento. Si se poda ese árbol o ese arbusto, las ramas volverán a crecer hasta alcanzar el tamaño anterior a la poda. Alcanzar esos tamaños y detenerse en esos momentos, son procesos regulados genéticamente.

ALOMETRÍA. EN HUMANOS, DIFERENTES PROPORCIONES CORPORALES SEGÚN LA EDAD

Por otra parte, puede ocurrir que el crecimiento no sea armónico. Existe una velocidad de crecimiento diferente en las diferentes partes del cuerpo, y a esto le llamamos alometría. En nosotros, los humanos, las piernas y los brazos crecen a unas velocidades diferentes al tronco y cabeza, por lo que los niños tienen unas proporciones corporales diferentes a los adultos. Este proceso diferencial se descubrió en el Renacimiento. Los pintores anteriores a esa época, al pintar al Niño Jesús no pintaban un niño, pintaban un hombrecito, pues le adjudicaban las proporciones de hombre adulto.

LARVAS DE RANA
De todas formas, vemos que existen múltiples estrategias en los seres vivos para alcanzar el estado adulto. Eso significa incremento de tamaño y cambios fisiológicos que, en general, reciben el nombre genérico de “crecer”.

Por otra parte, podría decir que en los seres vivos ha dos tipos de crecimiento: el indefinido y aquel que se detiene en un órgano cuando éste alcanza un tamaño determinado. Por ejemplo, en árboles, el porte general sigue un ritmo de crecimiento indefinido, mientras que sus hojas  lo tienen determinado hasta alcanzar un tamaño muy concreto. En nosotros, cejas, pestañas y vello corporal crece hasta alcanzar una determinada longitud. El pelo del cuero cabelludo y el de la barba sigue la pauta de crecimiento indefinido. 

En este caso, hay quienes llaman "cabello" al de crecimiento limitado en su tamaño, y "pelo" al de crecimiento indefinido.

Todos estos procesos relativos al crecimiento están regulados genéticamente y son objeto de estudio, pues algunas pautas nos resultan completamente desconocidas.
    

viernes, 30 de junio de 2017

Quiero hablar de Mendel

Me dice alguien que Mendel está muy superado. ¿Qué quiere decir con ese adjetivo? Si quiere decir que hoy se sabe más, mucho más, que cuando estudió la herencia de caracteres, es lógico que así sea. Todo empezó con él, pero “todo” ha crecido mucho. Si lo que quiere decir es que lo de Mendel hoy está superado por haberse demostrado su falsedad, entonces quien me habla estaría muy bien callado.



Gregor Mendel

Con un tema tan importante como la herencia de caracteres orgánicos, no vamos a pensar que nadie, antes de Mendel, hubiese emprendido su estudio. Pero aquellos estudios estuvieron mal planteados. Se cruzaban animales, o plantas, fijándose en muchos caracteres  a la vez y se paraba el estudio en la primera generación de descendientes. Nada más. Pero, dadas las características de esos progenitores, es muy posible que esa primera generación presentase resultados muy heterogéneos para cada uno de los caracteres considerados, de los que fuese imposible extraer resultados coherentes.

La idea más extendida acerca del mecanismo de la herencia era el de la pangénesis, que decía que cada parte del organismo fabricaba una gémula de sí misma y, a través del torrente circulatorio, iba a parar a los órganos reproductores, que las empaquetaban en los gametos. Al producirse la fecundación, las gémulas procedentes de cada progenitor se mezclaban, luchaban entre ellas, llegándose a destruirse unas a otras y expresándose las vencedoras. Había variaciones sobre este esquema general, pero nadie esperaba la aparición de Mendel en el escenario de la ciencia.


Dibujo de Mendel
Mendel era un fraile agustino. Tenía conocimientos de ciencias naturales, pues había impartido docencia en el colegio que regentaba su orden en Brno, en la actual República Checa. Allí, en Brno, está la abadía en la que vivió, de la que llegó a ser abad, y en su huerto están plantadas plantas similares a aquellas con las que realizó sus experimentos. A nadie le impiden creer que pertenecen a las mismas cepas. Yo no lo creo, han pasado muchas cosas desde entonces como para conservar las plantas. Pero se fotografían y quedan bien.


Variedades de guisantes en el huerto de  Brno. Mendel trabajó con ellas


Cuando Mendel realizó sus experimentos se estaba empezando a conocer la célula, su estructura y poco más. Pero se conocían los órganos de la flor y su función: estambres, estigmas, polen, óvulos y ovarios, aunque se desconocía la base de su funcionamiento. En la historia de la ciencia muchas veces se ha procedido de este modo, que se investiga con órganos aunque no se conoce su completo funcionamiento. Mendel sabía que el polen fecundaba las flores, pero desconocía cómo se realizaba.

Trabajó con pequeñas variaciones morfológicas que aparecían en diferentes razas de guisantes. Eran pequeñas alternativas que se mantenían a lo largo de generaciones en las razas que se utilizaban para abastecer la cocina. Las alternativas eran, entre otras, semilla lisa o rugosa; semilla verde o amarilla; inflorescencia axial o apical y así hasta siete variaciones. Como digo, utilizó variedades cuyas descendencias aparecían constantes en su morfología, sin ningún tipo de variación. Hoy diríamos que eran líneas puras, homocigóticas. En cada línea de cruzamientos se fijó en la herencia de un solo rasgo morfológico.

Fotografiando las variedades

Intuyó que para deducir resultados fiables, los cruzamientos debían de ser controlados. Así, como el guisante es hermafrodita, en las flores que actuarían como progenitores femeninos, extirpó los estambres antes de que alcanzasen la madurez y las protegió con gasa tupida, de modo que no dejasen pasar polen extraño que  las fecundase, perturbando los resultados. En las flores de las cepas que actuarían como progenitores masculinos, extrajo polen maduro con un pincel, que luego pasó por los estigmas de las flores que actuaban como femeninas. Estas flores las volvía a tapar con gasa para protegerlas de polen extraño. Aunque Mendel no lo supiese, estaba realizando por vez primera polinizaciones artificiales, y hoy se siguen realizando del mismo modo. A estas dos cepas, las denominó generación paterna, y una vez obtenidas las semillas, las plantó para ver qué mostraban. Eran plantas que habían heredado los caracteres de ambos progenitores. Les llamó primera generación filial, y todas ellas mostraron la apariencia de uno de ellos. En todos los casos ocurrió un resultado similar y pareció como si el carácter que apareció en la descendencia hubiese anulado, destrozado o eliminado al que no aparecía. 

Muchos investigadores anteriores habían detenido aquí sus experimentos, planteándose la duda acerca de qué ocurría en las células para que se produjese esa  aparente destrucción, cómo se realizaba y porqué era de ese modo. También, y no era pequeña la duda, sequía planteada la incógnita acerca del mensaje hereditario, si era un soplo, una fuerza o una tendencia. 

Una de las alternativas:
Semilla lisa o rugosa

De momento, Mendel sólo tenía como resultados la uniformidad de los miembros de la primera generación filial en todos los cruzamientos realizados y la manifestación en ellos de uno solo de los caracteres alternativos que presentaban los individuos (las razas) que formaban cada una de las generaciones paternas. Pero los individuos de esa generación filial también habían recibido de uno de sus progenitores una información biológica que ahora no mostraban. ¿Estaría de algún modo destruida, como proponían anteriores investigadores, o no? Mendel sabía que esos individuos de la primera generación filial poseían los caracteres heredados de ambos progenitores, y dejó que se autofecundasen, tomando las precauciones necesarias para que a sus flores no llegase polen ajeno.

Los resultados fueron espectaculares. En todos los casos, reapareció el carácter oculto en la generación anterior y con una proporción de un cuarto del total de la descendencia. El resto, tres cuartos, correspondían al aspecto que ya había aparecido en la generación anterior. Estas proporciones aparecieron en todas las líneas estudiadas, sin importar el rasgo que observase.

Mendel publicó sus resultados en una revista local, y tuvo poca repercusión. El mundo científico estaba revuelto con la reciente edición del libro de Ch.Darwin sobre el origen de la especies. Por cierto, en la biblioteca del Monasterio en que habitó Mendel, hay una primera edición del Origen de las especies, con anotaciones a lápiz en sus márgenes.

Con el tiempo, los trabajos de Mendel fueron reconocidos. En 1900 ya se conocían más procesos celulares y era más fácil interpretar los datos y las hipótesis mendelianas. También fue entonces cuando sus principios recibieron la consideración de leyes, al ver que las proporciones encontradas se cumplían en cruzamientos realizados tanto en vegetales como en animales.

Yo creo que una de las grandes contribuciones de Mendel consistió en decirnos que los alelos no se destruyen cuando están ocultos. Que puede haber un alelo que funcione como dominante ante otro, que será recesivo y del que, en consecuencia, ocultará su manifestación. Pero el alelo recesivo mantiene mientras tanto su identidad, no sufriendo alteración de ningún tipo. Por eso reaparece inalterado en la segunda generación filial. La constatación de la identidad de los genes a lo largo de las generaciones, salvo fenómenos como la mutación, fue una de las grandes contribuciones de Mendel a los conocimientos biológicos, que abrieron caminos seguros para posteriores investigaciones, de las que nos seguimos aprovechando.

viernes, 23 de junio de 2017

¿Raza pura?

Según mi modo de ver, una raza es un conjunto de seres vivos que, dentro de una especie, poseen caracteres distintivos que se transmiten de padres a hijos. Esos caracteres pueden ser morfológicos, fisiológicos, de comportamiento, etc. En biología se discute sobre la naturaleza biológica de este concepto, y se define en términos ecológicos, como posible consecuencia de aislamiento geográfico.

En animales domésticos se tiende a asignar el calificativo de raza, como grupo, a un conjunto de individuos que, mediante selección artificial, ha ido acumulando caracteres que los distinguen del resto de individuos de su misma especie. Para lograrlo, no es raro recurrir a cruzamientos altamente consanguineos, de modo que la madre de un animal puede ser su hermana o su tía, por ejemplo. En los individuos pertenecientes a razas animales, aunque existe variabilidad, la morfología suele ser muy uniforme y debido a su ascendencia altamente consanguinea, suelen ser homocigotos para muchos de sus alelos. Esa alta proporción de homocigosis hace que sean individuos proclives a sufrir enfermedades u otros males causados por debilidad.
Fuera de este tema, y de modo general, debo indicar que la biología estudia fenómenos que ocurren en la naturaleza. Si por alguna razón, estamos en desacuerdo con lo que ocurre en el medio natural, debemos revisar nuestras ideas, pues la naturaleza no se equivoca. Los equivocados somos nosotros.
En una entrada anterior, comenté que los cruzamientos que se pueden producir entre individuos siempre generan una considerable proporción de homocigotos. Como este tipo de cruzamientos se repiten de modo constante a los largo de generaciones en poblaciones naturales, hemos de pensar que la proporción de homocigotos en la naturaleza aumenta de manera constante. Por eso se creía que en esas poblaciones el estado normal de los individuos era el de homocigosis, siendo el de heterocigosis un estado transitorio.
Por otra parte, existía un reto ante la comunidad científica y era el mayor rendimiento, en todos los sentidos, de los maíces híbridos. Se dijo que “en ellos” se daba una situación, aún por definir, a la que se llamó heterosis. No obstante, esa eficacia de los maíces híbridos decaía de modo fulminante luego de algunas generaciones de autofecundación.
A finales de la década de 1960, mediante técnicas nuevas de análisis, se encontró que en poblaciones naturales el número de heterocigotos es elevado y su proporción se mantiene a lo largo de las generaciones. Esto planteó dos tipos de preguntas, a las que se les buscó respuesta a lo largo de los años siguientes.
Las dos preguntas eran, por una parte, a qué se debía la presencia de tantos heterocigotos en esas poblaciones y, además, cómo se mantenía su frecuencia, siendo probado que al cruzarse generaban una elevada proporción de homocigotos.
Desde la década de 1940 ya se admitía que la acción primera de un alelo era la síntesis de un péptido . Cada gen regula una función debido al enzima cuya síntesis regula. Los diferentes alelos del gen regulan la misma función, pero con diferentes matices. Por ejemplo, supongamos que el alelo Aregula la síntesis del enzima A y el a, la enzima a. Siguiendo con el ejemplo, la enzima A permite vivir bien en unas condiciones determinadas de temperatura, y el a en otras ligeramente distintas. El homocigoto AA sólo tendrá enzima A y su rango ambiental estará restringido al determinado por ese enzima. Por su parte, el homocigoto aa tendrá un óptimo de temperatura ligeramente distinto, pues sólo tiene enzima a. Pero el heterocigoto Aa posee ambos enzimas y su rango vital, en cuanto a temperaturas se refiere, es más amplio que el de cualquier homocigoto AA o aa
En geles resultantes de electroforesis se ven cómo los homocigotos presentan una sola banda, mientras que el heterocigoto presenta dos. Cada banda corresponde a un enzima. El antiguo y desconocido efecto de heterosis definía esta situación de mayor versatilidad vital de los heterocigotos. Cálculos teóricos realizados indican que todos los seres vivos somos heterocigotos para un importante número de genes.
Hay enzimas llamados monómeros porque están constituidos por una sola cadena. Los hay formados por dos cadenas, y los conocemos como dímeros. En los casos de enzimas dímeros, los homocigotos poseen un solo tipo de enzima AA o aa, pues los dos alelos que poseen son iguales y como consecuencia, las cadenas proteicas sintetizadas, también. En heterocigotos se presenta un hecho interesante, pues hay tres tipos de enzimas: AA, aa, y Aa, dándose la circunstancia de que uno de ellos, Aa sólo aparece en individuos heterocigotos.


Electroforesis de enzima dímero
Los individuos 1 y 2 son homocigotos
El individuo 3 es heterocigoto y presenta el enzima propio de su estado


Tenemos aquí una explicación bioquímica del porqué la mayor frecuencia de heterocigotos en la naturaleza, su mayor riqueza enzimática y, por tanto, más versatilidad para adaptarse al medio.
La antigua heterosis que explicaba la mayor vitalidad de los maíces híbridos, la explicamos como consecuencia del alto grado de heterocigosis en esos maíces.
¿Qué decir, pues, de animales que constituyen razas puras? Tal vez sean el resultado de una intensa selección artificial, pero deben ser homocigotos para muchos de sus genes, lo cual explica su poca variabilidad. Pero esa poca variabilidad, junto al elevado grado de consanguinidad ejercida para obtener esa situación, puede hacer de ellos unos individuos muy poco resistentes ante cambios ambientales de cualquier tipo.

Explicación en el texto

En la figura presento el resultado de una elestrofóresis  analizando de presencia de enzimas en varios individuos, numerados desde el 1 al 12 en la fila superior. Cada banda corresponde a un enzima y cada enzima está codificada por un alelo. Todos los casos han sido sometidos a las mismas condiciones físico-químicas.
Los individuos 1, 6, 8, 9, 10, 11 y 12 presentan un solo enzima que ha corrido poco. El individuo 3 presenta un solo enzima que, en igualdad de condiciones, ha corrido más. Los individuos 2, 4, 5 y 7 presentan dos enzimas: uno de ellos es como el que tiene el individuo 1, 6, 8, 9, 10, 11 y 12, el otro enzima es el propio del individuo 3.
Hay dos tipos de homocigotos, que reconocemos por tener un solo tipo de enzima, Los heterocigotos poseen los dos tipos. 
Aquí los alelos se pueden denominar por su comportamiento en electroforesis, así, los alelos que están en 1, 6, y demás homozigotos reciben el nombre de "lentos", mientras que el que aparece en 3, es "rápido".
MP es un control de la marcha de los enzimas.