3. Gregor Mendel | 🧬 Genética clásica | Joseleg

(Ciencias de Joseleg) (Biología) (Teoría de la Biología) (Genética clásica) (Ejercicios resueltos) (1-Introducción)  (2-Genética premendeliana)  (3-Gregor Mendel)  (4-Probabilidad y estadística)  (5-Diseño experimental mendeliano)  (6-Resultados del cruce monohíbrido)  (7-Ley de la segregación independiente) (8-El cuadro de Punnett)  (9-Como resolver el cruce monohíbrido)  (10-Comparando experimento vs teoría)  (11-Ley de la distribución independiente)  (12-Resolviendo dihíbridos y trihíbridos)  (13-Los microscopistas)  (14-Los mendelianos 1)  (15-Los mendelianos 2)  (16-Teoría cromosómica de la gerencia)  (17-El señor de las moscas)  (18-Mendelismo no mendeliano)  (19-Polimorfismo genético)  (20-Dominancia incompleta)  (21-Codominancia)  (22-Letalidad genética)  (23-Ligamiento al sexo)  (24-Las epistasis) (25-Penetrancia, expresividad y pleiotropía) (24-Análisis de pedigrí)  (ref-Referencias bibliográficas)  

Antes de hablar de Gregor Mendel vale la pena mencionar algunas generalidades sobre las tendencias de las ciencias de la naturaleza en el siglo XIX, las cuales estaban enmarcadas en el éxito del programa de investigación newtoniano basado en el reduccionismo y la matematización de la naturaleza.

Figura 3‑1. Gregor Johann Mendel (Heinzendorf, Imperio austriaco, actual Hynčice, distrito Nový Jičín, República Checa; 20 de julio de 18221​-Brno, Imperio austrohúngaro; 6 de enero de 1884) fue un monje agustino católico y naturalista. Formuló, por medio de los trabajos que llevó a cabo con diferentes variedades del guisante o arveja (Pisum sativum), las hoy llamadas leyes de Mendel que dieron origen a la herencia genética.

 La fisicalización de las ciencias

 En el siglo XIX una gran cantidad de académicos tenían un objetivo en mente, transformar sus campos de estudio de forma tal que se parecieran lo más posible a la gran ciencia del momento, la física, todo lo demás sería un arte de coleccionistas, ideología que se mantendría hasta bien entrado el siglo XX –cita de Erns Rutheford cuando le dieron el nobel de Química (Cahoone, 2013). Uno de los métodos de la física de la época era el reduccionismo, encontrar un modelo teórico simple, elegante y hermoso “pero irreal” que relacionara de forma matemática dos variables simples de un sistema complejo. El modelo teórico debería representarse por medio de una fórmula matemática sencilla a la cual se la llamaría ley natural.

La matematización de la biología

Para fisicalizar una ciencia era necesario matematizarla, desarrollar alguna forma para transformar los fenómenos que se trabajaban en el laboratorio o en el campo en números. Los números serian luego susceptibles de ser transformados en fórmulas matemáticas que los englobarían, o a la inversa, los principios naturales deberían ser idealizados en un modelo con fórmulas matemáticas que luego serían medidas en experimentos. No todos los científicos NO-físicos estaban de acuerdo con esta noción, ya fuera porque al igual que ahora odiaban las matemáticas, y por ende se habían dedicado a estudiar cualquier cosa que no fura “matemática o física” pero que tuviera que ver con las ciencias de la naturaleza; o por fundamentos filosóficos mucho más profundos.

En la química, por ejemplo, se creó una gran resistencia a aplicar métodos matemáticos, y gran parte de su comunidad siguió trabajando en términos cualitativos. En la biología sucedió algo similar, los que querían emplear matemáticas y asemejar la biología a la física, y los que abogaban por emplear principios independientes a los de la física que fueron agrupados bajo el título de vitalistas (Benton, 1974).

En cualquier caso, una cosa es segura, el trabajo de Mendel es evidentemente fiscalista ya que es uno de los primeros que aplica un cuerpo matemático robusto en un fenómeno biológico dado. De hecho se puede afirmar que la brillantes de su trabajo radica más en la matematización de la herencia (Teicher, 2014) que en el hecho de señalar que habían rasgos que no se mezclaban, cuestión que ya era conocida en su tiempo por otros naturalistas como Darwin, Wallace (Williams, 2005) y probablemente otros miembros de la Royal Society de Londres.

Figura 3‑2. Franz Joseph Unger, fue un médico, botánico, paleontólogo, y especialista en fisiología vegetal austríaco.

Preparación académica de Gregor Mendel

Gregor Mendel “1822-1884” era un moje que nació en el Imperio de Austra-Hungría. Al igual que muchos de los que leemos esto, Mendel no era rico, sus padres eran humildes campesinos, por lo que Mendel no podía aspirar a una vida aislada de la lucha por la subsistencia para estudiar la naturaleza a menos que… se dedicara al sacerdocio. En 1850 falló un examen para obtener una certificación para poder enseñar ciencias naturales, y, de hecho, sus calificaciones más bajas fueron en biología (Henig, 2001). A pesar de ello, el llevó a cabo estudios de matemáticas, física-química y varios aspectos de la biología en la universidad de Viena entre “1851-1853” gracias al auspicio de la iglesia Católica (Henig, 2001). También estudió química y biología. En este último ramo se aproximó a la botánica de la mano de una de las más grandes autoridades en este ramo en la época, Franz Joseph Unger "1800-1870" un fisiólogo vegetal que llevaba varios años trabajando en la obtención de nuevas variedades de plantas mediante la fertilización artificial (Henig, 2001). A parte de sus deberes monásticos, Mendel también fue profesor de básica secundaria en colegios locales y es recordado por ser un profesor amable (Henig, 2001).

Una abadía o un centro de investigación

Mendel realizó su trabajo en la abadía de Santo Tomas de Brno, una elección peculiar para quien piensa que los sacerdotes solo hacen oraciones y cosas religiosas. La Abadia de San Tomás de Brno era un sitio peculiar.

Figura 3‑3. La Abadía de San Tomás de Brno. es un monasterio de los agustinos (OSA.), situado en Brno, en la República Checa. Fue el hogar del genetista y abad Gregor Mendel, que entre 1856 y 1863 llevó a cabo, en las huertas de la abadía, sus famosos experimentos con guisantes que le llevaron a proponer lo que después se conocieron como leyes de la herencia de Mendel.​ Es la única abadía agustiniana en el mundo. Alberga un museo dedicado a Mendel.2 La iglesia está dedicada a la Asunción de la Virgen María.

Gracias a una larguísima carta a la Asamblea Imperial de Austria solicitando la extensión de los derechos civiles al interior de las órdenes monásticas y solicitando para la comunidad de Brno el permiso para dedicarse exclusivamente a la docencia y a la investigación científica, solicitud que les fue concedida (Henig, 2001). El monasterio adquirió los recursos necesarios para transformarse en un verdadero centro de investigación. La carta fue escrita por varios monjes dentro de los cuales figuraba el propio Mendel (Henig, 2001).

El laboratorio de Mendel

Esto ocurrió poco después de 1848 cuando e nuevo emperador de Austria llamado Francisco José I tomó el trono. El monasterio contaba ya antes del ingreso de Mendel con un pequeño observatorio astronómico, una biblioteca bastante buena y con un vivero dedicado a la investigación botánica (Henig, 2001). En otras palabras, a diferencia de la imagen romántica general, Mendel no era una excepción en un jardín, el ingresó a una comunidad académica y prosiguió con un programa de investigación que le precedía (Henig, 2001).

Mendel fue olvidado

Mendel publicó en alemán, el idioma nacional del imperio de Austrai-Hugría sus resultados bajo el título “Versuche über Pflanzenhybriden” o Experimentos sobre hibridación de las plantas (Mendel, 1866) en dos simposios de la Sociedad de Historia Natural de Brno, sin embargo la interpretación de sus resultados por parte de sus pares se enfocó más en la cuestión de hibridación, y no llamó mucho la atención por 34 años (Moore, 2001). Los historiadores de la ciencia aun debaten sobre esto y han formulado una serie de hipótesis:

👉 la comunidad científica de biólogos no estaba preparada para matematizar su ciencia

👉 que simplemente tenía malas relaciones con los posibles contactos de entrada a las comunidades científicas de la época

👉 tuvo que esperar a que la comunidad científica documentara la mitosis, meiosis y cromosomas para poder aceptar los factores hereditarios mendelianos como material físico y no un simple artefacto matemático pitagórico “en otras palabras, una fumada mental”

👉 que su trabajo fue reinterpretado de formas que el propio Mendel no tuvo en mente por autores de eras posteriores.

Lo cierto es que después de publicar sus resultados pocas referencias hay de el en la literatura científica por más de tres décadas. Adicionalmente, el sucesor de Mendel en la abadía ordenó la destrucción de sus archivos. Sin embargo, entre los pocos documentos y libros que lograron sobrevivir se encuentra un ejemplar del Origen de las Especies y de otros libros de Darwin, en los que hay una gran cantidad de anotaciones manuscritas (Henig, 2001). Gracias al testimonio de uno de sus amigos, sabemos que Mendel “estaba muy interesado en las ideas evolutivas, y ciertamente no era un adversario de la teoría evolutiva —aunque afirmaba que algo seguía faltando” (Henig, 2001).

Durante los 34 años de olvido, los científicos prosiguieron sus investigaciones descriptivas, piezas del rompecabezas como las descripciones de la mitosis “1882” y meiosis “1876” fueron fundamentales para una facilitación de la reinterpretación del trabajo de Gregor Mendel, en tal marco conceptual, los descubrimientos cuantitativos de Mendel adquirieron un sentido biológico completo. El trabajo de Mendel fue redescubierto independientemente por tres genetistas. Hugo De Vries "1848-1835", redescubrió las leyes de la herencia por si solo en la década de 1890 pero durante el desarrollo final de su artículo encontró el articulo original de Mendel, por lo que modifico la terminología para que concordara. Sin embargo, en 1900 al publicar originalmente su ensayo omitió ese pequeño detalle, aunque después de críticas por parte de Carl Correns "1864-1833", la preeminencia del descubrimiento fue adjudicada a Mendel.

El mito de Mendel

El contexto histórico inmediato a Mendel es el de la historia natural y el conflicto del fisicalismo y el vitalismo. Mucho de la biología en el siglo XIX era realizado en términos de historia natural, observación de la naturaleza, observación de estructuras, coleccionismo y clasificación de especímenes, en ultimas lo que el físico Ernest Rutherford "1871-1937" llamaba con un tono algo despectivo, un arte de coleccionistas. En el siglo XIX también se enfrentan continuamente la postura vitalista “teleológica y basada en fuerzas metafísicas como el principio vital, la entelequia y porque no, la mano divina” en contra de los fisicalistas que veían como causas de las cosas a sus componentes últimos, en otras palabras a sus genes y átomos (Cahoone, 2013). Para el siglo XX en sus inicios, las hipótesis atómicas comenzaban a ganar fuerza (Van Melsen, 2004). De las tres grandes ramas de las ciencias de la naturaleza la física comenzó a adquirir un nuevo prestigio del cual no gozaba desde los tiempos en que el trabajo de Newton "1643-1727"" fue valorado. De hecho, muchos de los trabajos más importantes en física provienen de las décadas de 1890 a 1910. Un ejemplo es el trabajo que le valió a Albert Einstein "1879-1955" su premio Nobel, el cual fue publicado en 1904 (Einstein, 1905)

La física adquirió un enorme impulso, así como la postura fisicalista de causas internas o genéticas, en oposición a fuerzas externas. En biología esta postura fue reforzada cuando Weismann "1834-1914" propuso su famosa teoría de línea germinal y línea somática con sus famosos experimentos de la cola de los ratones (Kutschera & Niklas, 2004). La meiosis fue descrita  entre "1876-1883" y en la década de 1900 a 1910 fue conectada por los principios hereditarios o leyes de segregación y distribución independiente por  Walter Sutton (McKusick, 1960). Para la primera década del siglo XX las nociones vitalistas habían sido abandonadas por gran parte de la comunidad de biólogos, y de esta forma estaban preparados para abrazar una teórica de causas internas, de causas genéticas para la forma y función de los seres vivos.

Al igual que los países, las comunidades científicas gozan con elevar a ciertos individuos por sobre sus comunidades, convirtiéndolos en paladines de la razón, en héroes de la ciencia. Gregor Mendel (1822-1884) solo puede ser opacado por Charles Darwin al interior de la escala de héroes de la biología en la segunda mitad del siglo XIX.A él se le atribuye ser el Padre de la Genética y generalmente se lo ilustra como un individuo aislado en, un jardín, resaltando poco su labor monacal y su vida algo frustrante. En cualquier caso. su trabajo se ha convertido en la base de lo que actualmente denominamos genética clásica o genética mendeliana, aunque en esta serie de escritos no las tratamos como sinónimos. La genética mendeliana está relacionada con el trabajo de Mendel hasta el dihibrido en el pódelo biológico de Pisum sativum, mientras que la genética clásica o escolarizada inicia con el “redescubrimiento de Mendel” en el cambio de siglo.

En consecuencia, Mendel junto con Darwin es incluido en todos los cursos de introducción a la biología. Sin embargo, es esta breve serie de artículos veremos como mucho de lo que hoy llamamos genética mendeliana, fue desarrollada especialmente por dos autores que se disputaban la prioridad histórica, Carl Correns y Hugo de Vries.

Características del artículo de Mendel

Pocas veces me he sentado a pensar detalladamente en el modo en que aprendemos, leemos y enseñamos a Mendel, ya sea en el contexto de la ciencia del bachillerato o de la universidad. Tal vez la excusa de siempre con respecto a las limitaciones de tiempo o al peso de la tradición. Sin embargo si el trabajo de la ciencia es indagar para dar luz sobre los mitos, es bueno realizar ese mismo ejercicio sobre los mitos propios de la labor científica (S. J. Gould, 1982). Tal vez el primer autor de divulgación científica adepto estos ejercicios fue Stiphen J. Gould, y de sus lecturas aprendí algo muy significativo.

Que el hecho de develar el mito no mina los fundamentos teóricos, epistemológicos o empíricos sobre los que se fundamenta una ciencia, por el contrario, la hace más sólida; la ciencia es una labor humana y como tal está influida por sesgos, costumbres y límites de los instrumentos que empleamos para trabajar. En esta serie de artículos procederé a realizar una traducción y comentarios de autores que han indagado sobre el mito de Mendel y el mendelismo. Esto con el objeto de comprender mejor como se desarrolló la genética postmendeliana en la primera década del siglo XX.

Mendel trabajaba sobre especiación, no sobre herencia

Como se mencionó anteriormente, Mendel estaba interesado en la teoría de la evolución, aunque afirmaba que algo seguía faltando. Probablemente lo que faltaba era el problema que siempre tuvo Darwin con su teoría y era precisamente el condenado “origen de las especies”, si ya se, ese es el nombre de libro, pero paradójicamente ese problema es evadido de forma monumental en toda su obra. El trabajo de Darwin y Wallace no es acerca del origen sino de la selección de variedades que se diferencia entre sí, dejando el problema del verdadero origen de las especies muy abierto a discusión. De esta forma es posible reconciliar todo el proyecto de investigación mendeliano.

Según Moore (2001) el artículo original de Mendel trataba sobre el proceso de especiación, y de hecho no incluía palabras traducibles por herencia. Por el contrario, Mendel intentaba descubrir las leyes que gobiernan la formación y desarrollo de híbridos. De hecho las discusiones que prosiguieron a la exposición de los resultados experimentales de Mendel a la Sociedad de Ciencias Naturales de Brunn en 1865 fueron a cerca del problema de la hibridación y no de la herencia (Monaghan & Corcos, 1990). Otro aspecto paradójico es que Mendel tampoco menciona el radio 9:3:3:1 de la F2 del cruce dihíbrido con la que generalmente se describe la así llamada Ley de Distribución Independiente “independent assortment”. De cierta forma podemos señalar que Mendel no fue mendeliano (Olby, 1979)

Mendel nunca habló de 9:3:3:1

De Mendel no nos llegan sus palabras o modos de representación, aunque su artículo de 1865 es extremadamente famoso y algo largo “45 páginas” (Mendel, 1866, 1996) aparentemente es muy poco leído a la hora de escribir libros de texto. De hecho, lo que aprendemos de Mendel es en realidad el mendelismo creado a partir de los descubrimientos a principios de siglo XX y su interpretación en el trabajo de Mendel de lo que se trabajaba en el siglo XX. Como se mencionó en el artículo anterior, Mendel no expresó la ley de la distribución independiente en la forma de proporción 9:3:3:1, sino que la expresó de forma textual: “El comportamiento de cada par de caracteres diferentes en la asociación de un híbrido es independiente de todas las diferencias en las dos plantas parentales” (Monaghan & Corcos, 1990; Moore, 2001; Olby, 1979).

Esa frase es el clímax del artículo original, y fue posteriormente desarrollada por los redescubridores del siglo XX como la ley de distribución independiente. Moore (2001) señala que, de hecho, en el artículo de Mendel, no se expresan las famosas leyes de Mendel, o al menos no como las conocemos, aprendemos, estudiamos y enseñamos actualmente.

El núcleo fundamental sobre el cual construimos el modelo matemático de la genética mendeliana se basa en la equivalencia de un carácter en una pareja de factores particulados. A pesar de que la influencia del trabajo de Mendel es grande, aparentemente sus resultados no son tan grandes como la tradición ha adjudicado. El trabajo de Mendel no da evidencias que el manejara los conceptos de homocigo dominante (AA) y homocigoto recesivo (aa) en términos algebráicos estándar.

Mendel jamás trabajó la naturaleza de los genes y tampoco describió la equivalencia entre la pareja de rasgos y la pareja de factores heredables sobre la que se construye el modelo matemático mendeliano. En otras palabras, Mendel no era mendeliano. Carl Correns fue el primero es introducir la equivalencia entre par de rasgos y par de factores (Monaghan & Corcos, 1990; Moore, 2001; Olby, 1979).

Mendel empleó la teoría celular de fertilización para explicar porque los descendientes de los linajes híbridos formaban linajes puros y otros no. El deseaba esclarecer la composición de los así llamados gametos en los híbridos. Mendel no empleó su teoría para localizar genes no menciona ninguna palabra que se acerque a tal concepto. Mendel estaba estudiando el número y tipo de progenie producida por híbridos autofertilizados, no la herencia de los caracteres. De ser así y si Moore y colaboradores están en lo correcto, la mayor parte del modelo matemático que actualmente llamamos mendeliano, es un producto de los redescubridores y no del propio Mendel.

Verdaderas definiciones mendelianas

A pesar de que Mendel no manejaba el concepto de gen, si es posible rastrear dos conceptos y dos palabras asociadas a lo que manejamos como “carácter-factor” o más contemporáneamente “fenotipo-genotipo” y es el concepto de Merkmal y Elemente. Merkmal se define como lo que es posible ver, la apariencia externa, en este sentido los redescubridores lo tradujeron como caracteres y actualmente lo llamaríamos fenotipo (Monaghan & Corcos, 1990; Moore, 2001; Olby, 1979).

La otra palabra es elemente, la cual sería entendida como aquello que se movía entre las generaciones. Aunque actualmente lo podríamos entender como genotipo, en aquella época con la discusión entre fisicalistas y vitalistas podría entenderse en términos de una fuerza inmaterial (Monaghan & Corcos, 1990; Moore, 2001; Olby, 1979). De hecho, la definición de elemente era tan diferente a la que se maneja en el modelo matemático “mendeliano” que por ejemplo los individuos de linaje puro no se describían con parejas (AA o aa) sino con una sola letra.

El cruce F2 del monohíbrido mendeliano se describe en la actualidad de la forma algebraica AA + 2Aa + aa, la cual es dechecho la respuesta del caso de factorización suma de cuadrados fue descrita originalmente como A+2Aa+a (Mendel, 1866, 1996). Lo cual implica que Mendel tampoco manejaba concepto de monocigoto y heterocigoto, lo cual a su vez explica la razón de no existir una palabra mendeliana para esos conceptos. Tal vez Mendel creía que los linajes puros “o monocigotos” solo poseían un elemente, o mucho más probablemente, pensaba que su modelo solo era una entelequia, un modelo únicamente instrumentalista que no representaba para nada las estructuras reales, “una fumada mental que funcionaba” (Monaghan & Corcos, 1990; Moore, 2001; Olby, 1979).

Esto último es un rasgo muy común de los modelos matemáticos de la ciencia de Prusia y Austria. De hecho, el modelo actual del átomo se basa en ese mismo principio, un modelo matemático que no busca representar una realidad estructural, pero que no fue tomado en cuenta por muchos físicos por la misma razón, durante muchos años solo fue una inferencia matemática para explicar fenómenos, y no es que eso hubiera cambiado actualmente, lo que sucede es que actualmente parecemos confiar más en las matemáticas.

¿Por qué es famoso?

La pregunta que emerge de este panorama es, si Mendel no construyó todo el modelo matemático que le adjudicamos, ¿cómo es que lo llegamos a adjudicar? La respuesta viene en el momento en que las matemáticas irrumpieron realmente en toda una comunidad científica y no en un solo individuo, lo cual fue en la generación de científicos activa en el cambio de siglo cerca del año 1900. En ese momento varios científicos con entrenamiento matemático se avocaron a trabajar problemas semejantes a los de Mendel pero con un enfoque más en la herencia que en la hibridación, y en base a ese conflicto la figura de Mendel fue fabricada para combatir en un conflicto de prioridades científicas, pero eso lo veremos en el siguiente capítulo (Monaghan & Corcos, 1990; Moore, 2001; Olby, 1979).