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.

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.

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…

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.

    

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.

¿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.

Un nombre en biología: Belladona

En la Edad Moderna, la Europa rica  y culta consideraba un rasgo de belleza el tener las pupilas dilatadas. Este criterio se aplicaba a las mujeres, claro. Los hombres no estaban dispuestos a sufrir las consecuencias de ese rasgo de distinción. 

Hablando de las pupilas dilatadas, para conseguir ese efecto de belleza, las damas de alcurnia utilizaban el extracto de una planta que, por producirlo, recibió el nombre de “bella donna” y así la seguimos conociendo hoy en día, belladona.

La belladona ha sido utilizada también en casos de brujería e iniciaciones chamánicas, pues en ciertas dosis produce efectos similares a alucinaciones y visiones.

Belladona con frutos

En usos farmacéuticos, su extracto a pequeñas dosis provoca la contracción de la musculatura lisa, de ahí su efecto de la dilatar la pupila. También se utiliza, siempre bajo estricto control médico, en casos de enfermedades que tienen su origen en la musculatura lisa, de contracción involuntaria o refleja. A dosis más elevadas, sus efectos pueden generar la muerte casi instantánea. Insisto, casi instantánea.

En la naturaleza, la belladona es un arbusto más bien feo, con flores poco atractivas y frutos en baya, similares a cerezas pero de color algo obscuro. La dispersión de sus semillas se hace gracias a las aves, que comen sus frutos pero no digieren las semillas, que luego las depositan en cualquier lugar mezcladas con sus excrementos. Lo mismo que otras plantas con frutos de tipo similar. Todas estas plantas (cerezas, higos, belladona), tienen semilla pequeña y así pueden atravesar el tubo digestivo de las aves sin hacerles daño.

Belladona a punto de florecer

Quiero hacer notar que algunas dosis que pueden ser mortales para nosotros, son inofensivas para las aves que comen sus frutos. Tal vez nosotros no podríamos ingerir esos frutos de manera inocua.

Cuando Linneo la clasificó le puso el nombre de Atropa belladona. Para aplicar nombres, Linneo se fijaba en morfologías, origen geográfico, propiedades, etc. ¿Por qué utilizó el nombre de Átropa?

Vamos a verlo. Lo hizo inspirándose en las Moiras griegas, unas diosas hermanas llamadas Cloto, Láquesis y Átropo. Representaban la vida de cada uno de nosotros. Así, Cloto tejía los hilos con los que se hacía el tejido de nuestra vida. Láquesis era el “destino”, pues los griegos eran deterministas, creían en el destino e imaginaban que, al nacer, cada niño ya llevaba marcado un destino que fijaba cómo debía ser su vida. Para los griegos de entonces, Láquesis controlaba la naturaleza de ese destino, guiando y midiendo la longitud del hilo tejido por Cloto.

Finalmente, cuando Láquesis, el destino, lo indicaba, Átropo, a la que normalmente se le representa con unas tijeras, cortaba el hilo. Era la muerte. Átropos en griego significa “que no cambia”, y Atropo no cambiaba de propósito, cualquiera que fuese la razón o el motivo para cambiarlo. No había forma de detenerla. Hoy, en 2017, no son pocos los que siguen pensando lo mismo que los griegos de entonces y, ante una muerte accidental, no falta quien diga que la persona muerta “la tenía allí”. Este sentido fatalmente determinista persiste entre nosotros.

Cuando Linneo asignó el nombre de Átropa a la planta de la que hablo, lo hizo recordando su efecto fulminante cortando el hilo de la vida de quien la ingiera, lo mismo que antaño lo hizo la diosa.

La farmacopea contemporánea ha aislado el componente activo de la belladona, el que a dosis bajas causa la alteración muscular y a dosis altas, la muerte. Al provenir de una planta llamada Átropa, al componente activo se le llamó Atropina.

Siempre me ha producido una cierta curiosidad eso de dosis baja y dosis altas. ¿Hasta qué cantidad un compuesto está en dosis alta y cuándo pasa a ser alta su dosis? Creo que importa mucho la masa corporal de quien lo toma. No es lo mismo cierta cantidad ingerida por una persona de 80kg., que si la toma alguien de 60kg., por ejemplo.

Pupila dilatada con Atropina

Hoy la atropina se utiliza en oftalmología, para dilatar la pupila y hacer buenas exploraciones de fondo de ojo. Es decir, en la exploración del ojo tiene un efecto determinado y útil para nuestros estudios. Vía oral, sin embargo, y “según qué dosis” puede ser mortal. La OMS la considera droga esencial, pues es eficaz en actuaciones médicas muy diversas, siempre a dosis adecuadas.

A dosis intermedias, vía oral, puede generar alucinaciones, lo mismo que el estramonio. Solía estar relacionada con hechos de brujería debido a esas alucinaciones que producía.

Hay otra cosa en la que me hace pensar tanto esta planta como otras situaciones algo similares. Las modas, tanto ayer como hoy, siempre han sido crueles con las mujeres, pero estaban dictadas por los hombres. Parece como si las mujeres fuesen un objeto que debe ser bello, pero constantemente se modifican los parámetros de belleza. Parámetros ajenos a cuestiones de sanidad, comodidad y bienestar. Hoy, por ejemplo, y como uniforme de trabajo, a veces ellas tienen que llevar unos zapatos con tacones muy altos sin importar el daño que puedan provocar en las trabajadoras a corto o a largo plazo. Las pupilas dilatadas producían supuestos efectos de belleza en mujeres, pero daños reales en sus ojos.

Lo malo es que han cambiado los cánones de belleza, pero no ha desaparecido la crueldad al aplicar un nuevo canon.

Genes problemáticos

La selección natural es implacable. Lo he dicho en varias ocasiones y actúa en fases juveniles, antes de que los individuos alcancen la edad reproductora. Los alelos responsables de malformaciones, o de disminuir la adaptación, no pasan a la generación siguiente, pues sus portadores no se llegan a reproducir. 

En poblaciones naturales, esta acción genera una alta mortalidad juvenil y Darwin, al comentarla, dijo que sólo alcanzaban el estado reproductor los más adaptados. Muchas veces, esos efectos adversos son debidos a causas hereditarias y la mortalidad juvenil genera algo similar a una limpieza de los genes perjudiciales, pues al no poderse reproducir sus portadores, no se transmiten a las generaciones siguientes, quedando las poblaciones libres de ellos. 

Quiero decir aquí que considero que las ciencias de la salud nunca deben negar su ayuda a nadie, y menos a quienes más necesitan de ellas. No quiero que se malinterprete cuanto digo, pero cuando yo era pequeño, recuerdo que murieron algunos amigos míos, niños hijos de amigos de mis padres, debido a enfermedades incurables en aquel tiempo. Hoy, en 2017, en el llamado primer mundo, la mortalidad infantil casi ha desaparecido, quedando  en general reducida a casos de violencia o accidentes. Las malformaciones hereditarias se neutralizan con cirugías mientras que las enfermedades que causaban mortalidad han sido estudiadas y con buenos tratamientos se consigue que ya no representen esos casos extremos. Hablo en términos generales. Niños recién nacidos pueden ser sometidos a severas operaciones, pero al poco tiempo el susto ha pasado. En cuanto a enfermedades hereditarias, o se curan o no aparecen a causa de medicina preventiva. Pero los genes responsables de esas taras siguen presentes en nuestras poblaciones, y transmitiéndose a la descendencia. Eso puede ser preocupante, pues aumentan su frecuencia en de lo que ocurriría si actuase la selección natural.

La medicina ha experimentado un desarrollo espectacular, impensable. Incluso hay ingenuos que aún sueñan con alcanzar la inmortalidad. Pero mientras no se consigue, nuestra población se va apartando más y más de la acción de la selección natural y de lo que dijo Darwin acerca de su acción en el sentido de que se reprodujesen los más adaptados. Estamos en un momento serio, pues son muchos los niños que por sus caracteres heredados no habrían sobrevivido mucho tiempo, pero hoy son adultos y quieren establecer una familia. Todo esto estaría muy bien a no ser el hecho de que transmitirán genes malos a sus hijos. Esto ocurre y en la población humana, la del mundo desarrollado, se están aumentando las frecuencias de alelos indeseables o perjudiciales. Este incremento de la presencia de alelos deletéreos puede ser alarmante y es un componente importante del conocido “lastre genético” cuando ocurre en poblaciones naturales. Tiene efectos negativos para las poblaciones que lo sufren, pues disminuye su adaptación. En las poblaciones humanas también está ocurriendo algo similar.

Por diversos motivos, desde hace tiempo la humanidad está cada vez más separada de sus pautas biológicas. Cada vez somos menos “naturales” si comparamos nuestro modo de vida con la de otros mamíferos o, incluso, con humanos de siglos pasados. Por ejemplo, en la Edad Media las infecciones eran una causa muy importante de muerte y muchas mujeres morían después de su primer parto. A principios del siglo pasado, la tuberculosis causó muchas muertes. Hoy todo aquello ha pasado, gracias al gran descubrimiento de Sir. Alexander Fleming. 

La muerte se retrasa, pero no se elimina. Las expectativas de vida son grandes, pero al final “pasa lo que pasa”. 

En términos generales, hoy nadie muere de infección en el mundo desarrollado, pero ahora aparecen enfermedades, antes inesperadas, debidas al desgaste orgánico. Las grandes investigaciones médicas están orientadas al conocimiento de la naturaleza del cáncer y la lucha eficaz contra él, mientras enfermedades como el Alzheimer siguen constituyendo un reto a la investigación. Nos dicen que podremos vivir 120 años, pero no nos dicen en qué estado alcanzaremos era edad.

Hay medidas encaminadas al saneamiento genético de las poblaciones, aplicables a las nuestras. Indudablemente, la ruptura de la consanguinidad posee un efecto muy positivo y ya he hablado de esto en varias ocasiones. La gran movilidad humana actual hace que las parejas se formen por personas de procedencias dispersas, disminuyendo de este modo las posibilidades de que ambos miembros posean los mismos alelos deletéreos. Otra medida importante es dificultar la formación de parejas a personas con un cierto grado de parentesco, o incluso hacer más restrictiva esta medida.

También se habla de erradicar los alelos perniciosos mediante terapia génica, actuando directamente contra ellos mediante técnicas especiales. Un poco ciencia ficción, me parece por hoy, y me plantearía la pregunta de que, siendo un tratamiento muy caro, si estaría a disposición de todos o sería un beneficio de “unos cuantos”. No lo sé y creo que son actuaciones mas o menos lejanas.

De todos modos, quiero comentarlo aquí, pues constituye uno de los muchos peligros a los que se enfrenta nuestra población, la humana. No es el único, la baja tasa de nacimientos hace que las pirámides poblacionales se inviertan, al contrario de lo normal. El alargamiento de la expectativa de vida plantea muchos problemas biológicos, que habrá que resolver de modo satisfactorio. 

En muchos mamíferos, lo normal es que los progenitores desaparezcan después de haber tenido sus hijos y haberles enseñado lo necesario para defenderse, como mecanismos de caza y de vida en común. Todo el territorio queda a disposición de los progenitores jóvenes y sus descendientes. Las llamadas "pirámides poblacionales" representan el número de individuos según sus edades. En la Naturaleza, los más abundantes son las formas juveniles, y las menos, las formas no reproductoras, ancianos. Entre nosotros sabemos que no es así, que justo se ha invertido esa pirámide, siendo poco frecuentes los niños y más abundantes los abuelos.

Pirámides poblacionales
de España en 1900 y 2007

No es intención mía sembrar la alarma. Es como queremos que sea, pero hay que adaptarse a estas situaciones, saber dónde estamos y buscar soluciones antes de que se presenten los problemas.