Leyes de Mendel

Genética mendeliana. Rasgos genéticos. Herencia genética

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Introducción.

Tradicionalmente, la historia de la ciencia encuentra en la teoría mendeliana un hito en la evolución de la biología sólo comparable con la teoría de Newton en el desarrollo de la física. Tal valoración se funda en el hecho de que Mendel fue el primer biólogo en formular con total precisión una nueva teoría de la herencia, expresada en las llamadas “Leyes de Mendel”, que se enfrentaba a la poco rigurosa teoría de la herencia por mezcla de sangre. Si bien con diversas modificaciones, esta teoría aportó a los estudios biológicos las nociones básicas de la genética moderna.

Pero no fue sólo su trabajo teórico lo que brindó a Mendel su envergadura científica a los ojos de la posteridad; no menos notables han sido los aspectos epistemológicos y metodológicos de su investigación. El reconocimiento de la importancia de una experimentación rigurosa y sistemática, y la expresión de los resultados observacionales en forma cuantitativa mediante el recurso a la estadística ponían de manifiesto una postura epistemológica totalmente novedosa para la biología de la época. Por esta razón, y bajo la influencia de una historiografía empirista-inductivista, la figura de Mendel suele ser concebida como el ejemplo paradigmático del científico que, a partir de la meticulosa observación libre de prejuicios, logra inferir inductivamente sus famosas dos leyes, que en el futuro constituirían los fundamentos de la genética.

De este modo se ha integrado el trabajo de Mendel a la enseñanza de la biología: en los textos, la teoría mendeliana aparece constituida por las famosas dos leyes, concebidas como generalizaciones inductivas a partir de los datos recogidos a través de la experimentación.

Las leyes de Mendel

Mendel realizó sus experimentos entre los años 1856 y 1863, en un pequeño jardín del monasterio de Brno. Allí dedicó sus esfuerzos a la investigación de cierta especie de guisante, el pisum, que poseía la ventaja experimental de presentar caracteres con versiones definidas y claramente diferenciables. Evitando todo carácter que presentara una variación continua, Mendel seleccionó siete caracteres para su estudio: forma y color de las semillas, color del albumen de las semillas, forma y color de las legumbres, posición de las flores y longitud del tallo. Sólo al cabo de ocho años de cuidadosas y pacientes experimentaciones, se sintió en condiciones de publicar los resultados de su trabajo. Mendel comprobó que, cuando se cruzan dos variedades de guisante que no difieren más que respecto de un carácter , por ejemplo, la forma de las semillas: lisas en un caso y rugosas en el otro,, se obtiene una generación de híbridos idénticos , en el caso citado, todas semillas lisas. Si, a continuación, estos híbridos se reproducen por autofecundación, se obtiene una nueva generación.

Primera generación de descendientes de los híbridos en la cual reaparecen ambas versiones del carácter: tales descendientes presentan semillas lisas y semillas rugosas en una proporción de tres a uno. Tres semillas lisas por cada semilla rugosa. Sobre la base de estos resultados, Mendel infirió que, si bien en los híbridos se manifiesta únicamente la versión «semilla lisa» del carácter, la versión «semilla rugosa» no desaparece sino se mantiene en una situación latente, para luego transmitirse a la siguiente generación; por ello, Mendel denominó “carácter dominante” a la versión manifiesta y “carácter recesivo” a la versión latente. Además, dado que en la primera generación de descendientes de los híbridos un cuarto del total de las semillas presenta la versión rugosa, ésta debe ser la única versión poseída por tales individuos, puesto que la presencia de la otra versión le impediría manifestarse. Por lo tanto, luego de haberse reunido en los híbridos, las dos versiones alternativas del carácter se separan o segregan en los descendientes de primera generación; este resultado es el que se conoce como primera ley de Mendel, también denominada “ley de la segregación independiente” o “ley de la disyunción de las versiones alternativas de un carácter”. En palabras del propio Mendel:

“resulta ahora claro que los híbridos forman semillas que tienen el uno o el otro de los dos caracteres diferenciales, y de éstos la mitad vuelven a desarrollar la forma híbrida, mientras que la otra mitad produce plantas que permanecen constantes y reciben el carácter dominante o el recesivo en igual número”

Si se simboliza con “A” la versión dominante, con “a” la versión recesiva, y con “Aa” la forma híbrida en la que se reúnen ambas versiones, la expresión:

A: 2 Aa: a representa la proporción 1:2:1 con la que se distribuyen los tres casos en la primera generación de descendencia de los híbridos. Generalizando para una generación n arbitraria4, la proporción viene dada por:

2n-1 : 2 : 2n-1

En un segundo grupo de experiencias, Mendel se abocó a determinar si las proporciones enunciadas en la primera ley son aplicables a cada par de versiones de un carácter cuando varios caracteres diferentes se unen en los híbridos por cruzamiento.

Mendel comprobó que, si se cruzan guisantes de semillas amarillas lisas con guisantes de semillas verdes rugosas, se obtiene una generación de híbridos idénticos, de semillas amarillas lisas. Si, a continuación, estos híbridos se reproducen por autofecundación, se obtiene una nueva generación donde, junto con los tipos originales, aparecen nuevos tipos que presentan semillas verdes lisas y semillas amarillas rugosas según ciertas proporciones definidas. Tales resultados le permitieron inferir que, cuando se cruzan dos variedades de guisantes que difieren en dos o más caracteres, la disyunción y agrupamiento de las versiones alternativas de los distintos caracteres se produce de un modo independiente; esta conclusión es lo que se conoce como segunda ley de Mendel, también denominada “ley de la transmisión independiente de los caracteres”. En palabras del autor:

“Por tanto, no hay duda de que a todos los caracteres que intervinieron en los experimentos se aplica el principio de que la descendencia de los híbridos en que se combinan varios caracteres esenciales diferentes, presenta los términos de una serie de combinaciones, que resulta de la reunión de las series de desarrollo de cada pareja de caracteres diferenciales”

Si, análogamente al caso anterior, se simbolizan con “A”, “a”, “B” y “b” las versiones dominantes y recesivas de dos caracteres diferentes, la proporción en la que se distribuyen todas las posibles combinaciones de versiones en la primera generación de descendientes de híbridos viene dada por los coeficientes del polinomio que resulta del siguiente producto:

( A + 2Aa + a ) ( B + 2Bb + b )

En el caso de tres caracteres diferentes, la proporción viene dada por un producto análogo:

( A + 2Aa + a ) ( B + 2Bb + b ) ( C + 2Cc + c )

En resumen, estas dos leyes de Mendel introducen la idea de la independencia de la transmisión hereditaria de los caracteres parentales en sus distintas versiones, y muestran que tales caracteres se encuentran vinculados a elementos discretos y disociables entre sí.

Pero, ¿qué son biológicamente y dónde se encuentran estos elementos responsables de la discontinuidad del patrimonio genético? Es aquí donde aparece el concepto de factor hereditario, frecuente e injustamente ignorado en las presentaciones tradicionales de la teoría mendeliana.

En la actualidad, diversos autores han analizado la obra mendeliana abandonando la ingenua perspectiva empirista-inductivista tradicional: los trabajos de Mendel no pueden interpretarse como una mera generalización inductiva a partir de datos empíricos, sino que son el resultado de una elaboración teórica donde no todos los términos involucrados poseen un referente directamente observable5. En este sentido, Marcel Blanc señala la utilización del método hipotético-deductivo como una de las mayores novedades epistemológicas del artículo de 1866; sobre la base de una reconstrucción semejante, Jean- Louis Serre subraya que, en una época en la que los hibridadores se conformaban con interpretar de modo inductivo los resultados de sus cruzamientos, “Mendel concibe sus cruzamientos como un dispositivo experimental presto para confirmar o rechazar un modelo teórico que había definido previamente”

Pero, ¿en qué consiste tal modelo teórico?, ¿cuáles son las hipótesis de partida de la teoría mendeliana? La carencia de una reconstrucción hipotético-deductiva detallada del trabajo de Mendel conduce a suponer que la teoría se organiza deductivamente a partir de dos hipótesis fundamentales: las famosas dos leyes. Tal respuesta, sin embargo, no sólo oculta toda posible relación conceptual entre ambas leyes que, de este modo, aparecen como hipótesis totalmente desvinculadas entre sí, sino que tergiversa el propio trabajo mendeliano. Las presentaciones de la teoría que toman como eje expositivo exclusivo las dos leyes ignoran que éstas pueden inferirse de una idea central respecto de la constitución de las células reproductoras de las plantas bajo estudio.

En efecto, en la anteúltima sección del artículo de 1966, denominada “Las células reproductoras de los híbridos”, Mendel sostiene explícitamente que las versiones de cada carácter que se manifiestan empíricamente en las plantas se deben a ciertos “factores” o “materiales” que constituyen la “composición interna” de las células huevo y las células polen. Sobre esta base, Mendel afirma que los híbridos producen tantas clases o tipos de células reproductoras como combinaciones posibles de las distintas versiones de los caracteres parentales, y que las células reproductoras se distribuyen en igual número para cada clase. Cada una de estas clases posee factores hereditarios correspondientes a las versiones que luego se manifestarán empíricamente a través de las generaciones subsiguientes. En términos del propio Mendel:

“Por consiguiente, debemos aceptar como cierto que en la producción de formas constantes en las plantas híbridas también deben actuar factores exactamente iguales. Ya que las varias formas constantes son producidas por una planta, o incluso por una flor de una planta, parece lógico concluir que en los ovarios de los híbridos se forman tantas clases de células huevo, y en las antenas tantas clases de polen, como formas de combinaciones constantes son posibles, y que estas células huevo y polen tienen una composición interna concordante con la de las formas separadas. [...] en los híbridos las varias clases de células huevo y polen se forman, por término medio, en igual número”

Este enunciado, que refiere explícitamente a ciertos factores inobservables que constituyen la composición interna de las células reproductoras, es lo que en terminología actual se denomina la “Hipótesis de Partida” (HP) de la teoría mendeliana, y será mencionado por Mendel en el resto de la sección como la “hipótesis”, la “teoría” o el “principio” que se debe contrastar. Siguiendo una estrategia típicamente hipotético-deductivista, Mendel anuncia que sus resultados anteriores acerca de los descendientes de los híbridos sus dos leyes pueden demostrarse sobre la base de la Hipótesis de Partida; hoy afirmaríamos que se trata de dos Hipótesis Derivadas de la teoría:

“De hecho, es posible demostrar teóricamente que esta hipótesis sería completamente suficiente para explicar el desarrollo de los híbridos en las diversas generaciones”

A continuación, Mendel procede a demostrar matemáticamente ambas leyes a partir del único principio formulado6 y aceptando los siguientes supuestos como Hipótesis Auxiliares:

HA1: Las uniones entre células huevo y células polen son equiprobables. Si bien este supuesto no es formulado explícitamente, se encuentra implícito en la aceptación por parte de Mendel de los métodos estadísticos: “de acuerdo con la ley de probabilidad, siempre sucederá, en el promedio de muchos casos, que cada forma de polen, A y a, se unirá con igual frecuencia con cada forma de célula huevo, A y a” .

HA2: Resulta indistinto que la versión dominante corresponda a la planta portadora de las células polen o a la portadora de las células huevo. Si bien esta hipótesis era ya

aceptada entre sus contemporáneos, Mendel procede a confirmarla empíricamente, lo

cual indica, una vez más, la meticulosidad metodológica de su trabajo:

“en todos los experimentos se demostró que no importa si el carácter dominante pertenece al progenitor portador de las semillas o del polen; la forma del híbrido es la misma en ambos casos”

Mediante una terminología un poco más general, la demostración de Mendel de sus leyes puede formularse rigurosamente del siguiente modo.

  • Primera Ley.

  • Sean dos plantas puras que difieren en las versiones A y a del carácter α. Supóngase que un híbrido resultante del cruzamiento posee m células polen y m células huevo. De acuerdo con HP, tanto las células polen como las células huevo se dividirán en dos clases:

    m células polen: m/2 con factor A m/2 con factor a

    m células huevo: m/2 con factor A m/2 con factor a

    Los descendientes de primera generación se formarán por la combinación equiprobable (por HA1) de las dos clases de células polen con las dos clases de células huevo:

    m/2 células polen con factor A se combinan con:

    m/2 células huevo con factor A, dando m/2 individuos A

    m/2 células huevo con factor a, dando m/2 individuos Aa

    m/2 células polen con factor a se combinan con:

    m/2 células huevo con factor A, dando m/2 individuos aA

    m/2 células huevo con factor a, dando m/2 individuos a

    Por lo tanto, se obtienen cuatro grupos de plantas con m/2 individuos cada uno:

    m/2 A m/2 Aa m/2 aA m/2 a.

    Dado que (por HA2) resulta indistinto qué planta posee cada una de las versiones, los cuatro grupos se reducen a tres:

    m/2 A m/2 2 Aa m/2 a

    Eliminando m/2, queda expresada la proporción A : 2Aa : a con la que se distribuyen respectivamente versión dominante, forma híbrida y versión recesiva en la primera generación, tal como lo formula la primera ley de Mendel.

    Supóngase ahora una población de cuatro plantas de la primera generación, distribuidas según la proporción A : 2Aa : a , cada una de las cuales produce m descendientes:

    El individuo puro A forma m individuos A

    El individuo puro a forma m individuos a

    Los dos individuos híbridos Aa forman, en conjunto, 2m individuos distribuidos según la proporción A : Aa : a ; es decir:

    m/2 individuos A

    m individuos Aa

    m/2 individuos a

    Sumando, se obtienen los siguientes grupos de plantas:

    m A m/2 A m aA m/2 a m a

    Agrupando, los cinco grupos se reducen a tres:

    3 m/2 A 2 m/2 Aa 3 m/2 a

    Eliminando m/2 queda expresada la proporción 3A : 2 Aa : 3a correspondiente a la

    segunda generación. La demostración puede generalizarse para una generación n arbitraria, obteniéndose la proporción:

    (2n-1) A : 2 Aa : (2n-1) a

    Estos resultados le permiten a Mendel concluir que:

    “Las diferencias de forma en la descendencia de los híbridos, así como las proporciones respectivas de los números en que se observan, se explican suficientemente en el principio enunciado antes”

    b) Segunda Ley

    Sean dos plantas puras que difieren en las versiones A y a del carácter α y en las versiones B y b del carácter β. Supóngase que un híbrido resultante del cruzamiento posee m células polen y m células huevo. De acuerdo con HP, tanto las células polen como las células huevo se dividirán en cuatro clases:

    m células polen:

    m/4 con factor AB

    m/4 con factor Ab

    m/4 con factor aB

    m/4 con factor ab

    m células huevo:

    m/4 con factor AB

    m/4 con factor Ab

    m/4 con factor aB

    m/4 con factor ab

    Los descendientes de primera generación se formarán por la combinación equiprobable (por HA1) de las cuatro clases de células polen con las cuatro clases de células huevo:

    m/4 células polen con factor AB se combinan con:

    m/4 células huevo con factor AB, dando m/4 individuos AB.

    m/4 células huevo con factor Ab, dando m/4 individuos ABb.

    m/4 células huevo con factor aB, dando m/4 individuos ABa.

    m/4 células huevo con factor ab, dando m/4 individuos ABab.

    m/4 células polen con factor Ab se combinan con:

    m/4 células huevo con factor AB, dando m/4 individuos AbB.

    m/4 células huevo con factor Ab, dando m/4 individuos Ab.

    m/4 células huevo con factor aB, dando m/4 individuos AbBb.

    m/4 células huevo con factor ab, dando m/4 individuos Aba.

    m/4 células polen con factor aB se combinan con:

    m/4 células huevo con factor AB, dando m/4 individuos aBA.

    m/4 células huevo con factor Ab, dando m/4 individuos aBAb.

    m/4 células huevo con factor aB, dando m/4 individuos aB.

    m/4 células huevo con factor ab, dando m/4 individuos aBb.

    m/4 células polen con factor ab se combinan con:

    m/4 células huevo con factor AB, dando m/4 individuos abAB.

    m/4 células huevo con factor Ab, dando m/4 individuos abA.

    m/4 células huevo con factor aB, dando m/4 individuos abB.

    m/4 células huevo con factor ab, dando m/4 individuos ab.

    Se obtienen así 16 grupos de plantas con m/4 individuos cada uno. Dado que (por HA2) resulta indistinto qué planta posee cada una de las versiones, los 16 grupos se reducen a 9, los cuales, eliminando m/2 resultan:

    AB Ab aB ab 2 ABb 2 AaB 2 Aab 2 aBb 4 AaBb

    Estos 9 grupos expresan la proporción con la que se distribuyen todas las posibles combinaciones de versiones en la primera generación, proporción que, tal como se formula en la segunda ley de Mendel, puede obtenerse a partir de los coeficientes del producto de los siguientes polinomios:

    ( A + 2 Aa + a ) (B + 2 Bb + b )

    La demostración puede generalizarse para el caso de n caracteres diferentes:

    ( A1 + 2 A1a1 + a1 ) ( A2 + 2 A2a2 + a2 ) . . . ( An + 2 Anan + an )

    Sobre la base de tales resultados, Mendel concluye :

    “Por lo tanto, la ley de combinación de caracteres diferentes, que rige el

    desarrollo de los híbridos, se funda y explica por el principio enunciado”

    La estructura de la teoría

    Las dos últimas citas transcriptas ponen claramente de manifiesto la posibilidad de interpretar el trabajo mendeliano desde una perspectiva hipotético-deductiva; la reconstrucción de la teoría puede resumirse en las siguientes etapas:

    Formulación de una Hipótesis de Partida HP que afirma la presencia de ciertos factores inobservables en la constitución interna de las células reproductoras. Tales factores son los responsables de las distintas versiones de cada carácter, versiones que se manifiestan empíricamente.

    Aceptación de dos Hipótesis Auxiliares HA1 y HA2 acerca de la equiprobabilidad e indiferencia en la combinación entre células polen y células huevo.

    Demostración matemática rigurosa de las Hipótesis Derivadas HD1 y HD2 que constituyen, precisamente, las dos famosas leyes de Mendel. Tales hipótesis ya no contienen términos teóricos referidos a no-observables y, por tanto, pueden ser legítimamente consideradas como generalizaciones empíricas.

    Contrastación de la Hipótesis de Partida a través del testeo empírico de las Consecuencias Observacionales (CO) que se deducen a partir de las Hipótesis Derivadas junto con las Condiciones Iniciales (CI) correspondientes a las muestras utilizadas; esto es lo que Mendel describe en detalle en las anteriores secciones de su artículo. En otras palabras, el éxito predictivo de las Hipótesis Derivadas juega el papel de corroboración indirecta de la Hipótesis de Partida de la cual se deducen.

    Sobre la base de estos elementos, la teoría de Mendel presenta la siguiente estructura, donde las flechas indican el sentido de la deducción matemática:

    Esta detallada reconstrucción brinda sólidos fundamentos para rechazar la lectura empiristainductivista tradicional del trabajo mendeliano. La presencia en la Hipótesis de Partida de

    HP

    HA1 HA2

    HD1 HD2

    COi COi

    CIi CIi

    un término teórico como “factor” , que refiere a una característica inobservable de las

    células reproductoras, torna lógicamente imposible que tal hipótesis resulte de la generalización inductiva sobre la base de los datos de la observación directa. Este hecho, junto a la deducción rigurosa y explícita de las leyes de Mendel a partir de dicha Hipótesis de Partida, permite respaldar la interpretación de Jean-Louis Serre , según la cual Mendel concibió sus observaciones como un dispositivo experimental diseñado a los fines de contrastar un modelo teórico previamente postulado.

    Por último, cabe señalar que esta interpretación hipotético-deductivista del artículo de 1866 pone de manifiesto la estrecha relación entre las dos leyes de Mendel, las cuales, desde la perspectiva tradicional, aparecen como regularidades empíricas totalmente desvinculadas entre sí. El hecho de que las dos leyes puedan deducirse de una única Hipótesis de Partida muestra el nexo teórico subyacente entre ambas y permite explicar la razón por la cual Mendel decidió presentar la confirmación experimental de ambas en un único artículo científico: el respaldo empírico obtenido para cada una de las leyes funciona, a la vez, como corroboración indirecta de la Hipótesis de Partida previamente formulada.

    Conclusión.

    Las leyes de Mendel explican y predicen cómo van a ser las características de un nuevo individuo, partiendo de los rasgos presentes en sus padres y abuelos. Los caracteres se heredan de padres a hijos, pero no siempre de forma directa, puesto que pueden ser dominantes o recesivos. Los caracteres dominantes se manifiestan siempre en todas las generaciones, pero los caracteres recesivos pueden permanecer latentes, sin desaparecer, para `surgir y manifestarse en generaciones posteriores.

    Los principios establecidos por Mendel fueron los siguientes:

    • Primera ley de Mendel o ley de la uniformidad. Establece que si se cruzan dos razas puras para un determinado carácter, los descendientes de la primera generación son todos iguales entre sí (igual fenotipo e igual genotipo) e iguales (en fenotipo) a uno de los progenitores.

    • Segunda ley de Mendel o ley de la segregación. Establece que los caracteres recesivos, al cruzar dos razas puras, quedan ocultos en la primera generación, reaparecen en la segunda en proporción de uno a tres respecto a los caracteres dominantes. Los individuos de la segunda generación que resultan de los híbridos de la primera generación son diferentes fenotipicamente unos de otros; esta variación se explica por la segregación de los alelos responsables de estos caracteres, que en un primer momento se encuentran juntos en el híbrido y que luego se separan entre los distintos gametos.

    Bibliografía.

    • www.biotopo.com/modules.php?name=News&file=ar...

    • www.kalipedia.com/popup/popupWindow.html?tipo...

    • www.monografias.com/trabajos11/biogenet/biogenet.shtml#MENDEL.

    • http://www.fmv-uba.org.ar/antropologia/Vol2Nro22007/Leyes%20de%20

    Mendel-New%20OK.pdf

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