VERSUCHE ÜBER PFLANZENHYBRIDEN
Begues, 12 de enero de 1985
Querida Nuria:
Las ideas sobre la herencia anteriores a Mendel se basan en la observación y la especulación. Mendel fue el primero en aportar pruebas experimentales, y en proponer un mecanismo sencillo para explicarlas. De este modo se pueden obtener resultados totalmente pronosticables. El trabajo de Mendel no es sólo el inicio de la genética moderna, sino un cambio sustancial, que alejará definitivamente a la Biología contemporánea de las viejas especulaciones de los filósofos de la naturaleza.
La herencia era un punto clave para la teoría de la evolución, dado que ésta sólo puede deberse a cambios o variaciones que sean transmisibles a la descendencia. Sobre el origen de las variaciones hereditarias había cuatro grandes teorías:
a) Medio ambiente (Buffon, Saint-Hilaire)
b) Uso y desuso (Lamarck)
c) Fuerza interior, ortogénesis (Nágeli, Bateson)
d) Selección natural (Darwin, Wallace)
Ya sabemos que la teoría de Darwin sobre la descendencia se apoya en la herencia de los caracteres adquiridos. La «pangénesis» supone la existencia de pequeños elementos, llamados «gémulas», producidos por todas las partes del organismo, y repartidos por su interior mediante la sangre. Los productos sexuales tendrían gémulas de todo el cuerpo, y al unirse en el huevo permitirían una transmisión mezclada de los caracteres de los padres.
El estudio de los híbridos sería fundamental para comprender la herencia. En este campo, entre los autores antiguos que merecen ser citados hay varios del siglo XVIII. Por ejemplo, Kólreuter (1733-1806) y su continuador Gártner (1772¬1850), cuyos trabajos fueron utilizados por Darwin. También hay que recordar a Vilmorin (1816-1860), sobre todo por sus estudios sobre la remolacha azucarera, destinados a la obtención de variedades que contuvieran más azúcar.
Francis Galton (1822-1911), que era primo de Darwin, introdujo el método estadístico en los estudios sobre la herencia. Intentaba demostrar la teoría de las gémulas inyectando sangre de ratones exóticos en ratones grises, y viendo qué ocurría en la descendencia. Nunca obtuvo ningún resultado positivo. Ello le indujo a pensar que las unidades portadoras de las características hereditarias sólo seencontraban en las células sexuales, y por tanto no estaban influidas por el medio ambiente. Se trataba de una conclusión muy parecida a la de Weismann acerca del plasma germinal. Usando métodos estadísticos, Galton estudió la herencia de la altura en la especie humana. Halló que se ajustaba a una distribución normal, y haciendo un seguimiento de la descendencia en las clases extremas pudo observar una tendencia hacia los valores medios. Los hijos de los padres más altos eran más bajos que ellos, y los hijos de los padres bajos, un poco más altos. La selección no permite realizar progresos en una dirección como suponía Darwin, y en una población general y mezclada no cambia la curva de variabilidad de la descendencia.
Hugo de Vries nació en 1843 en Haarlem (Holanda), y estudió con Sachs en Würzburg. Más tarde fue profesor en Amsterdam. Primero se dedicó a la fisiología vegetal, y más tarde a la evolución y la herencia. En 1900 redescubrió el trabajo de Mendel, simultánea e independientemente con Tschermack y Correns. A De Vries se debe la teoría de los pangenes, entidades hipotéticas pero con naturaleza material, portadoras de las características hereditarias, y capaces de modificarse con independencia unas de otras. De Vries estaba preocupado por el hecho de que las especies fueran un conjunto cerrado de caracteres, con variaciones que no estaban asociadas a ningún tipo de transición. Ello no era compatible con la teoría darwiniana, pero por otra parte no había de ser obstáculo para que a escala de tiempo geológico unas especies se hubieran transformado en otras. Recogiendo una idea de Kölliker, optó por la necesidad de cambios bruscos, algo que ya habían considerado Féix de Azara y el propio Darwin. Faltaba obtener una prueba real, y De Vries creyó que la había encontrado en la descendencia de Oenothera lamarckiana, una planta de origen americano. En ella se encontraban una serie de formas nuevas que se mantenían en la descendencia. Daba, pues, la impresión de que esta planta explotaba produciendo nuevas especies a partir de descendientes normales. Ello era una mutación, y su establecimiento podía ser consolidado por la selección, sin una nueva creación ni un larguísimo periodo de tiempo como proclamaba el viejo darwinismo. En realidad, investigaciones posteriores mostraron que Oenothera era lo que se llama un heterocigoto complejo, y que no producía otra cosa que nuevas recombinaciones de caracteres preexistentes. En cualquier caso, las mutaciones se producen, y pronto se obtendrían pruebas indudables de ello. Por otra parte, la hipótesis del pangen no estaba mal del todo.
El botánico danés Johannsen (1857-1927) estudió la descendencia de muchas semillas de judías. Consiguió líneas puras, todas las cuales presentaban una curva de variabilidad constante. Dentro de cada una de ellas, carece de importancia que cojamos una judía pequeña o una grande: siempre darán la misma descendencia. Johanssen llamó homocigotos a los organismos de cada línea,
mientras que los procedentes de líneas diferentes serán heterocigotos. Las variaciones en la descendencia de los homocigotos son debidas al medio, de modo que difieren fenotípicamente pero no genotípicamente.
A la vista de este panorama podemos apreciar mejor el trabajo de Mendel. Éste se llamaba Gregor Johann, y había nacido en 1822 en Heinzendorf, un pueblo de Silesia que entonces formaba parte del imperio austrohúngaro. Mendel tenía ascendencia alemana y checa. En 1843 ingresó en la orden de los agustinos en Brünn, pequeña ciudad de Moravia. Mendel ejerció de profesor de griego y de matemáticas elementales, y estudió en la Universidad de Viena hasta 1853. Sin que se sepa bien por qué, fracasó dos veces en las pruebas de grado. Pese a ello, continuó como profesor en el colegio de Brünn, e incluso llegó a director. Durante toda su vida tuvo interés por los animales y las plantas, tal vez porque al fin y al cabo descendía de granjeros y agricultores.
Mendel se interesó por el problema de la evolución de las especies. Había comprado todos los libros de Darwin escritos entre 1860 y 1870, que se encuentran en la biblioteca del convento de Brünn con muchas anotaciones a mano del propio Mendel. Parece que no consideraba satisfactoria la teoría de la selección natural, y además opinaba que los caracteres adquiridos no eran importantes para la evolución. En el propio trabajo «Experimentos sobre híbridos de plantas», Mendel señaló que el conocimiento de la descendencia de las formas híbridas podía tener gran importancia para entender la evolución de las formas orgánicas.
Darwin no conoció a Mendel, ni tuvo noticia de sus trabajos. Siete años después de la publicación de éstos, en la edición de 1872 del «Origen de las especies», Darwin escribe: «Las leyes que gobiernan la herencia son prácticamente desconocidas. Nadie puede explicar porqué una misma peculiaridad a veces se hereda y a veces no, en individuos de una misma especie o de especies diferentes; porqué motivo el hijo retrocede a veces hasta el abuelo, la abuela o incluso un antecesor más lejano…». Esto es justamente lo que Mendel ya había resuelto. Por tanto, uno piensa que si Darwin hubiera conocido el trabajo de Mendel se habría dado cuenta de su valor. De haber sido así, es posible que la biología del último tercio del siglo XIX hubiera sido diferente.
En 1856, poco después de su segundo fracaso en los exámenes, Mendel empezó los cruzamientos de guisantes en el pequeño huerto del convento. En 1865, tras ocho años de trabajo, dio a conocer los resultados de susinvestigaciones en una comunicación a la Sociedad para el Estudio de las Ciencias Naturales de Brünn, que se publicaría un año más tarde en el boletín de la Sociedad. En los treinta y cuatro años siguientes su obra no tuvo ningún eco, y los pocos que tuvieron noticia de ella apenas le hicieron caso.
Mendel escogió los guisantes por tres motivos: presentan muchas variedades puras, tienen flores protegidas del polen foráneo, y producen híbridos fértiles. En primer lugar comprobó durante dos años la pureza de treinta y cuatro variedades compradas a los vendedores de semillas. De ellas, veintidós producían una descendencia homogénea, y ésas fueron las escogidas para hacer cruzamientos. La técnica empleada por Mendel consistió en abrir las flores antes de que maduraran completamente, para extraerles los estambres con unas pinzas. Luego echaba sobre el pistilo el polen obtenido de flores de otra variedad. Las semillas obtenidas serían híbridas, y sembrándolas obtendría la primera generación. Procediendo del mismo modo, cruzaría los híbridos entre ellos o con las plantas paternas.
El éxito de los experimentos de Mendel se debe a la elección acertada de las características del organismo, a la distribución de los individuos de la descendencia en clases y a la determinación de la frecuencia de cada clase. Por otra parte, analizó muestras lo suficientemente grandes como para poder despreciar las desviaciones debidas al azar. Probablemente recuerdes que los caracteres fenotípicos elegidos por Mendel fueron: (1) la superficie de las semillas, lisa o rugosa; (2) el color de los cotiledones, verde o amarillo; (3) el color de la piel, gris o blanco; (4) la forma de las vainas maduras, con o sin constricciones; (5) el color de las vainas maduras, verdes o amarillas; (6) la posición de las flores, axiales o terminales en racimos; y (7) la longitud del tallo, alto o bajo.
Mendel descubrió primero la ley de la uniformidad de la primera generación. Por ejemplo, el cruzamiento de variantes rugosas y lisas dio lugar a plantas cuyas semillas eran todas lisas. Estas semillas híbridas dieron lugar a plantas que le proporcionaron 5.474 semillas lisas y 1.850 rugosas, o sea una proporción de 2,96/1 que se podía redondear a 3/1. El carácter rugoso debía haberse mantenido críptico en el híbrido: por eso Mendel le llamó «recesivo», frente al carácter liso, que era «dominante». La segregación de caracteres en la F2 constituye la segunda ley. Para explicar estos resultados, Mendel supuso que para cada carácter existían dos determinantes, y que éstos se separaban en el polen maduro y en la
oosfera. En la fecundación, se unían al azar para formar el cigoto. De este modo, el resultado del cruzamiento Ll x Ll sería
que explica una proporción de 3/1 entre semillas lisas y semillas rugosas. Mendel comprobó esta hipótesis estudiando sucesivas generaciones de estas semillas, hallando que unas (LL) daban variedades lisas indefinidamente. Otras (L1) daban variedades lisas y rugosas, siempre en proporción 3/1. Finalmente, las rugosas (11) sólo daban rugosas. Con otros caracteres obtuvo resultados idénticos.
Los cruzamientos L/ x // o ll x Ll, llamados retrógrados, confirmaron la hipótesis de que los determinantes eran autónomos y no se influían unos a otros: es lo que más tarde se conoció como el principio de la pureza del gen. Mendel también descubrió que en algunos caracteres no había dominancia, como en la longitud del tallo o en la época de la floración. Es la herencia de tipo intermedio, que en la F2 produce la clásica proporción 1:2:1 en vez de la 3:1 de la herencia dominante. También recordarás que Mendel hizo cruzamientos en los que estudiaba simultáneamente dos características (el llamado dihibridismo). El cruzamiento LL AA x ll aa da una Fi uniforme, Ll Aa, y una F2
que se puede obtener fácilmente usando el método de los cuadros que he empleado antes. Es la ley de la herencia independiente de los caracteres. Mendel tuvo la fortuna de estudiar caracteres que se encontraban en cromosomas diferentes; de otro modo, no habría podido llegar a esta tercera ley.
A comienzos del siglo XX, W. S. Sutton explicó las leyes de Mendel en términos del comportamiento de los cromosomas en la mitosis y la meiosis. Mendel no sabía nada al respecto, ya que en su época esos conocimientos no estaban nada claros. Es posible que fuera Weismann el primero en sospechar que los cromosomas constituían la base material de la herencia. Sea como fuere, ya sabes que los determinantespostulados por Mendel son los genes, y que están colocados en fila india en los cromosomas. Los genes de un mismo cromosoma se heredan juntos, y por tanto incumplen la tercera ley de Mendel. Ahora bien, como consecuencia el crossing over durante la profase meiótica, incluso los genes de un mismo cromosoma pueden segregar
Es interesante detenernos brevemente a discutir porqué el trabajo de Mende no tuvo la repercusión que cabía esperar, tanto por su importancia intrínseca como por haber sido realizado en un siglo, el XIX, lleno de confianza en el progreso científico. Ante todo hemos de creer que Mendel se adelantó a su tiempo. Ello había ocurrido otras veces, pero en el siglo XIX no deja de ser sorprendente. E posible que la mentalidad colectiva de la comunidad científica estuviera absorta en el darwinismo y sus consecuencias, y por tanto fuera refractaria a todo lo que supusiera un cambio de enfoque. El caballo de batalla era la variabilidad de las especies, y no su constancia, que era el tema de Mendel. Aún quedaba lejos entender que la evolución biológica sólo es posible si la variabilidad de las especies se contrapesa con su constancia como rasgo básico y primordial. Sin dicha constancia la variabilidad no llevaría a la evolución sino al caos.
En la época de Mendel, la unión de matemáticas y botánica resultaba sospechosa, propia de quimeras de un racionalismo radical descreditado en biología y como mínimo fuera de contexto. Si alguien hubiera usado el método de los cuadros en vez de la formulación algebraica, tal vez se habría entendido más fácilmente. Por otra parte, el cálculo de probabilidades y la estadística aún no estaban de moda, y la gente no les hacía mucho caso. También hemos de tener en cuenta otro prejuicio de la época: Mendel era fraile, y además de un talante muy conservador: po tanto, no ofrecía demasiadas garantías. Además, aunque su trabajo fue recibido en ciento veinte instituciones diferentes, se había publicado en una revista sin ningún relieve y plagada de artículos mediocres, que muy pocos tenían interés siquiera en hojear. Añadamos finalmente el atraso de la citología, tanto por lo que respecta a conocimiento de la mitosis y la meiosis como acerca de la propia fecundación.
El caso de Nágeli (1817-1891) merece un comentario aparte. Era profesor de botánica en Munich y tenía un gran prestigio. Había estudiado la herencia de los híbridos y era un experto en evolución. Mendel le tenía un gran respeto, y en 186( le envió una copia de su trabajo sobre los guisantes. De la contestación de Nágeli y de las notas que dejó acerca de la publicación de Mendel, se deduce que consideró imposible que los híbridos pudieran dar una descendencia parcialmente formad: por líneas puras. Creía que las formas constantes obtenidas por Mendel producirías variaciones tarde o temprano. Mendel había tenido la misma duda, y había comprobado la pureza hasta la sexta generación. Entonces Nágeli le pidió analiza
él mismo la descendencia, pero nunca llegó a hacerlo de forma exhaustiva. Además, en ninguno de sus escritos encontramos referencia alguna a Mendel. Vista la actitud de Nágeli, no es extraño que otros no entendieran nada, o que no tuvieran el menor interés por los estudios del padre de la genética.
Hasta 1900, sólo hay dos referencias conocidas acerca del trabajo de Mendel: un libro de botánica de Hoffmann (1869), que recoge investigaciones sobre problemas de especies y variedades en relación con la teoría de Darwin, y el libro de Focke titulado «Die Pflanzenmischlinge» (1881). Parece que ninguno de estos autores atisbó el alcance de la obra de Mendel.
Tiene interés fuera de lo común el hecho —que los anglosajones calificarían de dramático— de que en 1900 tres autores redescubrieran, independientemente y de forma casi simultánea, las leyes que Mendel había hallado cuarenta años atrás. Entretanto, la citología había hecho progresos enormes, y Weissman había sugerido que los cromosomas podían ser el soporte material de la herencia, y que debían registrar una división reductora.
El holandés Hugo de Vries fue el primer botánico que comunicó sus resultados. Era el mes de marzo de 1900, y De Vries dio a conocer dos trabajos, uno en alemán y otro en inglés. Ambos son una especie de resumen de sus investigaciones. Sin usar guisantes, halló las proporciones de Mendel, y dio el mismo sentido a los términos dominante y recesivo. En la publicación alemana atribuye el descubrimiento a Mendel, y cita a Focke como la fuente que le había permitido darse cuenta de ello. Hay que recordar que Mendel, en su trabajo, dice que había ensayado otras plantas —por ejemplo, habas— obteniendo los mismos resultados. De Vries no aportó nada que ya no estuviera más o menos explícito en el trabajo de Mendel.
El segundo botánico que redescubrió a Mendel fue Carl Correns, de Tübingen (Alemania). Su trabajo apareció en la misma revista alemana que había publicado el de De Vries, pero en el número siguiente. Explicó que, en sus experimentos con el maíz y el guisante, había llegado a las mismas conclusiones que De Vries, y que creía haber descubierto algo nuevo, antes de darse cuenta de que Mendel se le había adelantado muchos años. Correns no está de acuerdo con De Vries por lo que respecta a la dominancia como norma general, afirmando que hay muchos casos de herencia intermedia. Ahora bien, esto ya lo había dicho Mendel. Además, Correns sólo lo aplica a los híbridos raciales, mientras que Mendel lo extiende a los híbridos interespecíficos.
Erich Tschermack, de Viena, fue el tercero, justamente en un número posterior de la misma revista. Sólo hace referencia a los guisantes, y no llega a la ley de lasegregación independiente de los caracteres. Dice que fueron los trabajos de Darwin sobre autofecundación y fecundación cruzada los que inspiraron sus experimentos. Las conclusiones de Tschermack sobre la dominancia y la segregación sólo pueden considerarse como un trabajo preliminar. En un postscriptum, Tschermack alude a Mendel, afirmando que le había ocurrido lo mismo que a De Vries y a Correns.
No puedo dejar de recordar, querida hija, que en 1951 hice un comentario del Versuche über Pflanzenhybriden para terminar el curso de Historia de las Ciencias Naturales. Lamentablemente no conservo nada escrito, ni recuerdo cómo me las arreglé, pero te confieso que al escribir esta carta he sentido ciertas reverberaciones misteriosas.
Afectuosamente,
