Revolución de la biología en los siglos XIX y XX

Teorías evolutivas. Célula. Genética. Mendelismo. Código genético

  • Enviado por: José Luis Mariño
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 17 páginas
publicidad
cursos destacados
Técnico en Análisis Clínico de Laboratorio
Campus Training
El Área de Salud es uno de los ámbitos que implica una mayor responsabilidad a nivel formativo y profesional. Campus...
Solicita InformaciÓn

Oposición para Auxiliar de Laboratorio
Cavida Formación
Titulación mínima requerida Graduado escolar/bachiller (depende del Órgano convocante).
Solicita InformaciÓn

publicidad

INDICE

  • INTRODUCCIÓN..............................................................................................3

  • LAS TEORÍAS EVOLUTIVAS.........................................................................3

  • OTRAS REVOLUCIONES HISTÓRICAS

  • 3.1. LA TEORÍA CELULAR............................................................8

    3.2. LA REVOLUCIÓN DE LA GENÉTICA

    3.2.1. EL MENDELISMO......................................................11

    3.2.2. LA BIOLOGÍA Y LA GENÉTICA MOLECULAR....12

    3.2.3. CIBERNÉTICA Y CÓDIGO GENÉTICO...................14

  • LA BIOLOGÍA EXPERIMENTAL EN ESPAÑA............................................15

  • INTRODUCCIÓN

  • El origen de la variabilidad de los seres vivos es un hecho que preocupó al ser humando desde la más remota antigüedad. Debido a las implicaciones filosóficas y religiosas que conlleva, el ser humano ha buscado explicaciones a su propio origen, al de los seres vivos que le rodean, al del mundo inorgánico y al del cosmos.

    En los siglos XVII y XVIII el interés por el conocimiento de los fenómenos naturales llevó a una sistematización del mismo, que culminó con las grandes enciclopedias de finales del XVIII.

  • LAS TEORÍAS EVOLUTIVAS

  • Entre los naturalistas de la época destaca Karl Linné (1707-1778) que propuso un sistema de clasificación de los seres vivos basado en sus semejanzas y diferencias, el Systema Naturae. De acuerdo con él, Linneo estableció categorías taxonómicas: reinos, clases, órdenes, familias, géneros y especies. Un género comprende varias especies, una familia varios géneros y así sucesivamente, de modo que la característica más importante de cada una de las categorías inferiores están comprendidas en la categoría superior que las reúne. El sistema fue tan eficaz que todavía se utiliza en la actualidad.

    No obstante, Linneo era fijista, creía en la invariabilidad de las especies. El prestigio de Linneo influyó poderosamente en el pensamiento científico y, de alguna manera, lo inmovilizó durante algún tiempo.

    Jean Baptiste de Monet, caballero de Lamarck (1774-1829), fue el primer naturalista que formuló una teoría completa de la evolución biológica, rechazando la invariabilidad de las especies. Las semejanzas entre organismos surgían, según Lamarck, de modificaciones evolutivas aparecidas en un antecesor común. Estas modificaciones, consecuencia del uso y desuso de los órganos, se transmitían a los descendientes siguiendo un tipo de herencia de caracteres adquiridos. Quizás el error más importante de Lamarck fue atribuir a los organismos una tendencia innata, un deseo por evolucionar.

    Charles Darwin (1809-1882) formula una teoría completa de la evolución de los seres vivos el darvinismo, proponiendo una explicación coherente de cómo se podría haber producido el proceso. En la formulación de su teoría influyeron poderosamente sus lecturas y un viaje de cinco años alrededor del mundo.

    De la idea de Malthus relativa a que la población crece más rápidamente que la producción de alimentos, expresada en su libro “Un ensayo sobre la población”, Darwin extrae la idea de la lucha por la supervivencia: sólo sobreviven los organismos mejor adaptados a las condiciones naturales.

    De la lectura del libro de Lyell, “Un tratado sobre geología”, Darwin extrae el concepto de sucesión y cambio a lo largo de las eras geológicas, postulando que las causas que producen los cambios en la actualidad debieron producir los mismos cambios en el pasado.

    A la edad de 22 años se enrola como naturalista en el velero Beagle. Navegando durante más de tres años por las costas de Sudamérica, Darwin pudo recoger gran cantidad de material y observar diversos ambientes, desde las selvas tropicales hasta los fríos desiertos de Tierra de Fuego, con la sucesión de formas animales y vegetales que esto implica.

    Especialmente sugerente fue la breve visita al archipiélago de las Galápagos, de origen volcánico, a unos mil kilómetros de las costas de Sudamérica. Allí observó una fauna y una flora muy desequilibradas: muchos animales y plantas del continente no estaban representados en las islas, mientras que otros grupos presentaban una diversidad mucho mayor.

    En las Galápagos viven 14 especies de los llamados pinzones de Darwin, con picos adaptados a distintos tipos de alimento, ¿por qué los pinzones continentales no presentaban tal diversidad?. Al archipiélago de origen volcánico y geológicamente reciente debieron llegar ocasionalmente algunos pinzones que se encontraron con nichos ecológicos vacíos, lo que permitió su radiación adaptativa. En el continente esos nichos estaban ocupados por otras especies.

    Finalizando el viaje, Darwin, de salud delicada, se retira a su casa de campo, donde desarrolla sus ideas sobre el origen de las especies. En 1858 recibe una carta de A.R. Wallace, un recolector de insectos, en la que le plantea una teoría sobre el origen de las especies prácticamente idéntica a la que él sustenta. Esto le fuerza a presentar sus ideas, juntamente con las de Wallace, a la Real Sociedad de Historia Natural de Londres, y un año más tarde a publicar el libro “Sobre el origen de las especies por medio de la selección natural”, que tiene un tremendo éxito, agotándose la primera edición el mismo día de su publicación.

    La lógica del pensamiento de Darwin puede resumirse en tres puntos:

    • Cualquier población tiene un potencial reproductivo enorme. No obstante, el número de individuos de la mayoría de las poblaciones naturales permanece constante, debido a que la disponibilidad de recursos (espacio, alimento) son necesariamente limitados. La competencia por estos recursos es inevitable.

    • Los individuos de cualquier población difieren entre si. Cualquier variación hereditaria puede conferir a un individuo ventajas o inconvenientes respecto a otros individuos en su competencia por los recursos limitados.

    • El resultado de esta competencia debe conducir a la selección natural: aquellas variaciones hereditarias que den al individuo una ventaja en la competencia por los recursos tenderán a permanecer en la población, eliminándose los menos eficaces. La acumulación gradual de caracteres ventajosos para distintos ambiente puede dar lugar a la aparición, con el tiempo, de diversas especies.

    Darwin desconocía el origen de la variabilidad y su modo de transmisión. Incluso aceptaba, al igual que Lamarck, la herencia de los caracteres adquiridos durante la vida de los organismos.

    La genética explica cómo se originan y cómo se heredan los caracteres biológicos. No obstante, hasta los años 30 de este siglo, la herencia parecía estar en desacuerdo con los cambios graduales que implicaba el proceso evolutivo. Gracias a los americanos Fischer y Wright, del inglés Haldane y el soviético Chetverikov, los mendelistas y los darvinistas han podido ponerse desacuerdo.

    El libro de Fischer “Teoría general de la selección natural” fue el primer intento sistemático orientado a armonizar las observaciones de Darwin sobre la selección natural con la herencia mendeliana particulada.

    Unos años más tarde los trabajos de T.H. Dobzhansky cristaliza en el libro “La genética y el origen de las especies”, culminación del neodarvinismo o teoría sintética de la evolución, que reúne, alrededor de la idea de Darwin, todos los descubrimientos genéticos que apoyan el darvinismo.

    El ADN es la molécula que lleva la información hereditaria que, aunque se transmite con el mínimo cambio posible, puede mutar, dando lugar a una variabilidad genética. Esta variabilidad se refleja en nuevos fenotipos.

    Un fenotipo nuevo será más eficaz que el anterior si da lugar a un mayor número de descendientes. La mutación que se produce al azar e independientemente del cambio que producirá en el fenotipo, se ve favorecida o eliminada en función de dicha eficacia. Si el proceso se repite generación tras generación, el resultado será una acumulación de nueva información, que se puede utilizar de dos maneras:

    • Para adaptarse al medio en nichos ecológicos concretos.

    • Para independizarse del medio, como ocurre con la homeotermia de los mamíferos o la inteligencia de la especie humana.

    El desarrollo de la genética molecular conduce al nacimiento de nuevas teorías. El científico japonés M. Kimura propone que parte de la variabilidad genética no está sometida a la selección natural sino que es neutra desde el punto de vista selectivo. Esta visión neutralista de los cambios producidos a lo largo de la evolución en las secuencias de aminoácidos de las proteínas, combatida, en principio, por los neodarvinistas clásicos, está siendo cada vez más aceptada por el mundo científico.

    Por otra parte Gould, paleontólogo americano, propone que el cambio pudo darse, no de manera gradual y por una acumulación lenta de variabilidad, sino a saltos. Esta teoría, que recibe el nombre de puntualismo o saltacionismo, ya había sido propuesta, en parte, por Goldschmidt. Algunas macromutaciones pudieron dar lugar a lo que Goldschmidt llamó monstruos prometedores, que pudieron dar lugar a la aparición y diversificación de los grandes grupos taxonómicos.

  • OTRAS REVOLUCIONES HISTÓRICAS

  • LA TEORÍA CELULAR

  • Si el microscopio había puesto de relieve hacía mucho tiempo la existencia de óvulos y espermatozoides -células que, mediante su reunión, dan el huevo fecundado que contiene las virtualidades del ser vivo-, no se había mostrado, sin embargo, con claridad que la célula fuese la unidad de base de los organismos.

    Desde que, hacia 1665, Robert Hooke observó células en las placas de corcho en el microscopio las ciencias experimentales hubieron de esperar al año de gracia de 1839 para que dos naturalistas alemanes -Scheleiden y Schwann- elaboraran la teoría celular. A la observación de células vegetales por parte del botánico Scheleiden siguió la observación de la estructura de los animales por parte del zoólogo Schwann. Ambos pusieron así de relieve la existencia de este tabique constitutivo de los seres vivos.

    La constitución de la teoría celular debía imponerse rectificando algunos errores iniciales inherentes a todo comienzo; así, Schwann se había equivocado cuando afirmó que una célula puede nacer espontáneamente de un humor orgánico, como un cristal en un líquido apropiado...

    La teoría celular permitió un rápido desarrollo de la embriología y de la división de la célula -con el botánico Strasburger y el zoólogo Flemming, quien llamó “cromatina” a los palitos coloreables del núcleo y que Waldeyer (1888) debería de bautizar con el nombre de “cromosomas”-. Inspirado por el embriólogo Von Baer, Ernst Haeckel -apoyándose en investigaciones de Müller- debería formular en 1866 su ley biogenética fundamental que abogaba por la evolución y según la cual la ontogénesis -desarrollo individual del embrión- recapitula en pocas palabras la filogenesis, es decir, determinados estadios evolutivos primitivos de la especie biológica original.

    Las ciencias experimentales -sobre todo la microbiología, la fisiología comparada, la medicina y la agronomía experimentales y ya en nuestro siglo la bioquímica tanto como la biología molecular, la biofísica junto con la radiogenética, las biotecnologías- alcanzan un desarrollo espectacular cuya expresión más acabada continúa siendo el carácter genético. Es necesario mencionar dos grandes sabios del siglo pasado cuyas obras continúan siendo las piedras angulares sobre las que reposan las construcciones científicas actuales: Claude Bernard y Louis Pasteur.

    Claude Bernard, experimentador excepcional, fue también un teórico inigualable hablando del medio interior y sobre todo de las secreciones internas - esto es, de las hormonas-, despejó el camino para los trabajos de Brown-Séquard, que fueron autoridad en la materia. Su análisis físico-químico de los fenómenos vitales le convierte en un biólogo sorprendentemente moderno.

    Louis Pasteur de origen modesto, conseguirá llegar no sin dificultad a las cumbres de la gloria “Pasteur chocará con la ignorancia más empecinada -la de los sabios-, con la mezquindad dogmática de los funcionarios, con toda la malignidad profesional imaginable; sólo impondrá sus ideas al precio de los más ásperos combates, pero finalmente tendrá la suerte, tantas veces negada al iniciador, de ver su verdad convertirse en la de todos; y, antes de reposar en el sueño eterno, sentirá subir hacia él, como recompensa, el estremecimiento del agradecimiento humano”.

    El medico inglés Edward Jenner había descubierto la vacunación constando que el cowpox (erupción que se manifiesta sobre los pezones de las vacas y que contiene el virus de la vacuna contra la viruela) se transmitía al hombre de una forma benigna -la vacuna- que producía la inmunidad contra la viruela... Así se abría el camino hacia otras vacunas, entre ella a la vacuna contra la rabia que se hizo celebre gracias a Pasteur.

    Aunque, como hemos señalado el universo microscópico era conocido como tal desde hacía siglos sólo en tiempos de Pasteur se estudio pormenorizadamente este micromundo. Sus investigaciones arrojan, a partir de 1855, una nueva luz sobre los fermentos, pero sobre todo sus indagaciones ponen de relieve el papel patógeno que desempeñan en el reino animal los microorganismos entre ellos los microbios.

    Louis Pasteur (1822 -1895) debería desarrollar una actividad científica de mayor alcance describiendo varios microbios patógenos y poniendo a punto las vacunas necesarias para combatirlos. La aplicación más espectacular de los descubrimientos de Pasteur continúa siendo la vacuna contra el virus de la rabia en el hombre, descubierta en 1885, que fue seguida por la inauguración del Instituto Pasteur en 1888.

    Louis Pasteur también arrojó una luz definitiva sobre el problema de las generaciones denominadas espontáneas que debían ser frecuentes en el mundo científico hasta el gran microbiólogo francés. Así pudo demostrar, con una técnica impecable, que los microorganismos no aparecen espontáneamente en diferentes caldos de cultivo e infusiones. Para que puedan “aparecer” es necesario que estos caldos estén previamente infectados por los gérmenes de la atmósfera ambiente.

  • LA REVOLUCIÓN DE LA GENÉTICA

  • EL MENDELISMO

  • Una mirada retrospectiva muestra que el redescubrimiento de las leyes de Mendel, en 1900, fue interpretado por algunos biólogos como una vuelta atrás hacia el fijismo. En efecto, los científicos que sostenían esta idea parecían inclinarse a ver en el patrimonio genético, constituido por determinantes que se reúnen y se separan siguiendo las leyes estadísticas de Mendel, una especie de caleidoscopio cuyos elementos se combinan una y mil veces sin poder engendrar de nuevo. Se ha llegado incluso a veces a afirmar que los determinantes hereditarios de la genética recuerdan al preformismo, esa antigua hipótesis que consideraba que “homúnculos” son preformados en los óvulos o en los espermatozoides de la ascendencia. Si la genética apenas puede proporcionar un consuelo frente a tales hipótesis pasadas de moda, si que muestra en cambio que en el patrimonio hereditario es posible encontrar la base virtual de los caracteres de todo ser vivo y que este genotipo expresa un fenotipo correspondiente.

    Ha decir verdad el descubrimiento de las leyes de herencia por Mendel en 1865 y su redescubrimiento en 1900 por Hugo de Vries en Holanda, Correns en Alemania y Tschermak en Austria, precisan el comportamiento estadístico de factores hereditarios, pero no implican en modo alguno su fijeza. Merece subrayarse aquí que el mismo Mendel, el padre de la genética era perfectamente consciente de las relaciones de estrecha correlación que se daban entre ciencia de la herencia y ciencia de la evolución.

    No cabe duda que las leyes de Mendel pueden explicar la distribución estadística de los factores hereditarios a través de las hibridaciones y las generaciones sucesivas y no, por supuesto, a través del mecanismo de la evolución. No obstante lejos de oponerse a la teoría de la evolución, muestran por el contrario la transmisión de las mutaciones hereditarias en una población genética.

    El descubrimiento de la mutación biológica por parte de Hugo de Vries -que detectaría la base del proceso evolutivo en el cambio brusco del patrimonio hereditario- se produjo de una forma casual. El investigador sin saberlo observó híbridos de una especie y no como hubiera exigido el rigor experimental, estirpes hereditarias puras de dicha especie. Así, lo que él creía mutaciones no eran en realidad más que formas que, después de la primera generación uniforme de híbridos, volvían hacia los ascendientes siguiendo la ley de segregación mendeliana. A pesar de haber cometido este pecado experimental original, Hugo de Vries hizo un verdadero descubrimiento, pues la mutación representa un fenómeno real y esencial para la genética y la evolución.

    3.2.2. LA BIOLOGÍA Y LA GENETICA MOLECULAR

    Desde los experimentos realizados por Griffith 1928, y sobre todo a partir de su repetición e interpretación por parte del equipo de investigadores Avery, Mc Leod y Mac Carthy 1944, sabemos que es posible transferir caracteres hereditarios de una estirpe de neumococos a otra. Este hecho implica la existencia de un agente transformador que resulto ser el ácido desoxirribonucleico (ADN), la sustancia hereditaria contenida en los cromosomas. Morgan había supuesto igualmente en 1919 que el gen esta vinculado a determinadas moléculas y que la mutación podría producirse como consecuencia de una alteración de esta constitución química.

    Apenas es posible establecer una correlación entre la cantidad de ADN de una especie biológica y su posición evolutiva, del mismo modo que no se puede establecer la correlación existente entre ésta y el número de cromosomas. Puede parecer curioso constatar que el hombre posee menos ADN en el núcleo celular que las ranas, los sapos o las salamandras... No cabe duda que el factor determinante viene dado en un primer momento por la cualidad específica de los ácidos nucleicos.

    La genética molecular modifica la antigua concepción clásica del gen concebido como unidad de función de mutación y de recombinación. De este modo el concepto de gen molecular permite disociar esta “ trinidad” en una unidad de función -el cistrón-, una unidad de mutación que produce el cambio de una base en el interior de un codon y la unidad de recombinación relativa a la zona de separación de dos nucleótidos. Los genes actuales están representados por un segmento de molécula de ADN que sirve de modelo para la síntesis de proteínas que constituyen el cuerpo de seres vivientes y para su autorreproducción. La información parte, de una manera general del ADN hacia los ácidos ribonucleicos ARN para codificar, es decir, para producir una disposición precisa de las proteínas según el esquema hoy en día clásico: ADN! ARN!PROTEINAS.

    En casos muy raros (la trascripción inversa), se ha podido detectar una vuelta de la información hereditaria desde el ARN hacia el ADN pero nunca de las proteínas hacia los ácidos nucleicos. Así, la posibilidad de heredar los caracteres adquiridos continua siendo un dogma que no fue jamás confirmado por la experiencia y que, por tanto, no pertenece al campo científico contemporáneo.

    3.2.3 CIBERNETICA Y CODIGO GENETICO

    El carácter genético representa un método para transcribir, para codificar, los veinte aminoácidos que son los componentes de las proteínas -elementos constitutivos de los seres vivos-, a partir de las cuatro bases (uracilo, guanina, citosina y adenina) llamadas nucleótidos, que se encuentran en el ADN. Desde el punto de vista cibernético se trata de la traducción de un texto escrito con cuatro letras (UGCA) a otro trascrito con veinte letras. Las investigaciones desembocan en la conclusión de que todos los aminoácidos son engendrados por una secuencia de tres de estas bases que forman un codon o triplete de nucleótidos.

    Revolución de la biología en los siglos XIX y XX

    El código genético actualmente en vigor (43= 64), hay una redundancia pues, en principio podrían obtenerse 64 aminoácidos mientras que estos no son más que 20. La diferencia considerable, 44 tripletes, se nos muestra como un disparate. De hecho, este disparate cibernético no representa siempre un disparate genético, pues algunos tripletes sobrantes pueden servir en la trascripción de los aminoácidos y consecuentemente en la síntesis de las proteínas que disponen los organismos vivos. Estos últimos años se ha constatado que, en la estructura del aparato genético de los organismos superiores, encontramos espacios intergenéticos relativamente amplios, es decir, la existencia de ADN no codificante; así, en un genoma humano algunos investigadores cifran en más de un 80% la cantidad de ADN no codificante. A la luz de este descubrimiento es necesario revisar la idea clásica según la cual la evolución del ADN resultará en lo esencial de la acumulación de mutaciones concretas -génicas- y de trasposiciones, de accidentes y de multiplicaciones cromosómicas. En este esquema clásico hay que añadir el hecho de que esta redundancia de las secuencias permite una mayor variación genética. Esto plantea también el problema de la significación evolutiva, consecutiva a la mutación del ADN no codificante, que puede ofrecer una mayor movilidad virtual al genoma.

  • LA BIOLOGÍA EXPERIMENTAL EN ESPAÑA.

  • Durante el siglo XIX las ciencias naturales sufrieron una lenta evolución que transformó el tema básico de la investigación en dicha disciplina; lentamente se pasó de una ciencia ocupada en la clasificación sistemática de los seres vivos siguiendo un criterio fijista, tal y como la había establecido en el siglo XVIII Carl Von Linné, a una ciencia ocupada de la sistemática natural con el nuevo criterio, introducido por Darwin, de parentesco entre todos los seres vivos. Simultáneamente, los resultados obtenidos por la fisiología condujeron, en última parte del siglo XIX, a que un importante número de naturalistas se inclinase hacia la investigación de las funciones orgánicas y por extensión, a enfrentarse a los problemas biológicos de una forma experimental. Surgieron, por tanto en el panorama biológico decimonónico los problemas de forma, función y transformación.

    El desarrollo de las Ciencias Naturales como ciencia experimental fue posible en el ámbito de nuevas instituciones de investigación, como las estaciones de biología marítima, o la redefinición de otras preexistentes, como las universidades. Las estaciones de biología marina, especialmente la estación zoológica de Nápoles, fundad en 1873, permitieron el estudio fundamental de la embriología y la formación de gran número de naturalistas, entre ellos algunos españoles, en las técnicas básicas de la micrografía e histología.

    En España tras un siglo XVIII de intensa actividad científica, en que los naturalistas españoles participaron activamente en el conocimiento de la historia natural; el siglo XIX se presentó con tintes más trágicos y decadentes. La guerra contra los franceses y las sucesivas guerras civiles impidieron el normal desenvolvimiento de la sociedad española. La actividad científica no se normalizó hasta mediados de siglo, cuando un grupo de hombres de ciencia, las llamadas por López Piñero “Generaciones intermedias”, inició una tímida labor científica personal y dio a conocer mediante su actividad académica y las traducciones de los manuales científicos europeos el transcurrir de la ciencia moderna. Posteriormente durante los años de la Restauración surgió la denominada “generación de sabios”, científicos formados bajo la influencia y el ejemplo de los hombres de la generación anterior que desarrollaron una actividad científica original de mayor entidad.

    Simultáneamente de una modesta, pero pujante, comunidad científica se produjo en España la constitución del marco universitario e institucional en el que los científicos habrían de desarrollar su tarea. El modelo universitario español, establecido por distintos planes de estudio a lo largo de la primera mitad del siglo XIX, y codificado en la Ley General de Instrucción Pública de 1857, estaba inspirado en el modelo universitario francés, y determino una universidad centralizada e inspeccionada por las autoridades del Estado, que ponía más énfasis en la formación del personal técnico y de profesionales liberales que en la constitución de una universidad científica investigadora según el modelo alemán.

    Deforma paralela a la consolidación de la universidad decimonónica española apareció en el panorama intelectual español un grupo de talante liberal, que inspirado por la filosofía krausista, propuso un amplio programa de reforma social. Durante el Sexenio Revolucionario (1868-1874) los krausistas se ocuparían de la dirección de la política revolucionaria. Posteriormente, el fracaso político del Sexenio, situaría a los krausistas en una posición social marginal y los acontecimientos conocidos como la “segunda cuestión universitaria” les empujaría a constituir una “Universidad Libre” (Institución Libre de Enseñanza). Tras el fracaso de este proyecto de “Universidad Libre”, los “Institucionistas” plantearon todo un proyecto de reforma de la Universidad española, que a finales del siglo XIX se plasmó en la creación de la Estación de Biología Marina de Santander, el Museo Pedagógico, y otras instituciones similares. En el siglo XX, la organización más representativa del ideal reformista universitario de la Institución Libre de Enseñanza fue la Junta para la Ampliación de Estudios e Investigaciones Científicas.

    13