Nous avanços en biologia XIX. segle

1994/05/01 Bandres Unanue, Luis Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Historia

Com hem vist abans, XIX. Per a finals del segle XX els amants de la naturalesa consideraven definitiva l'obra de Darwin, ja que l'evolució a través de la selecció natural era considerada com un principi establert. A continuació, la recerca embriològica per a aconseguir una major precisió la veien per a camins pròspers, ja que segons les hipòtesis de Meckel i Haeckel, la història d'un ésser embriològic seria refer en miniatura la història de la seva espècie.

Podem pensar que hi havia excepcions. D'una banda, De Vries investigava sobre els canvis i va aconseguir un enorme prestigi per les seves conseqüències hereditàries. D'altra banda, Bateson en 1890 va criticar les proves de la “llei” d'Haeckel i els seus fonaments lògics i va proposar tornar als camins de Darwin. Les idees de Darwin sobre els orígens de les espècies que llavors es trobaven en la pila, van tenir alguns obstacles. Les més importants van ser, segons Bateson:

“La primera dificultat es refereix a la magnitud dels canvis que donen lloc a noves formes. Es considera que els canvis que produeixen les espècies en tots els éssers antics sobre l'evolució són petits, encara que moltes vegades no es digui explícitament. Però si són petits, quins avantatges o avantatges aporten als que els tenen sobre els seus companys? Aquesta dificultat es coneix amb el nom de “petits canvis o inicials”.

La segona dificultat és similar. Considerant que aquests canvis es produeixen, si es mantenen i es perpetuen, generarien noves espècies. Com els poden mantenir? No es poden eliminar aquests canvis quan es barregen amb els que no tenen éssers que tenen? A aquesta segona dificultat se'l denomina "resultat destructiu de l'encreuament".

A això Bateson va afegir que, com sap qualsevol persona que es dedica a la cria de plantes o animals, si bé en molts casos apareixen petites variacions respecte al que es considera normal en els éssers, en molts altres són grans. Les recerques sobre aquest tema per a finals de segle bastaven per a comprovar que les mutacions brusques no eren molt ocasionals i que moltes vegades aquestes mutacions passaven als seus descendents. D'aquesta forma poden aparèixer nous canvis, però no espècies.

No obstant això, el motiu i la causa d'aquests canvis no es coneixien i, tal com apareixien, havien de prendre's simplement. Però en aquells anys es van conèixer noves obres, més ben dit, s'oblidaven d'antigues obres d'interès com les de Mendel.

Johann Mendel va néixer en Henomorf (Alemanya) en 1822 en una família pagesa. Després dels estudis elementals, va entrar en el convent dels agustins i als vint-i-un anys es va ordenar sacerdot, passant posteriorment a denominar-se Gregor, el món de la ciència. El seu desig de dedicar-se a l'ensenyament de la ciència li va portar a realitzar estudis especials en la universitat de Viena. Després a l'Escola Superior de Br\nn va ensenyar al llarg de catorze anys física i ciències naturals. No obstant això, va fer el seu major treball i les seves recerques més prolífiques en el propi monestir de Brünn.

En 1856 Mendel va iniciar les seves recerques creuant pèsols de diferents races en l'horta del seu monestir. Encara que al principi sembla que ho va considerar com un passatemps o un joc, aviat, a la vista dels resultats, es va desencadenar una passió investigadora amb personalitat pròpia. Amb assajos repetits i canvis va descobrir les lleis generals de la hibridació. Després d'això, durant vuit anys, en solitari, es va dedicar a comprovar els assoliments obtinguts. Durant aquest temps, com es diu, va explorar minuciosament dotze mil plantes.

Tot aquest treball el va recollir en l'informe titulat “Assajos sobre plantes híbrides” i el va explicar a l'Associació d'Història Natural de Brognn en 1865. Aquella associació, pel que sembla, no era de les més altes i no li van donar gens d'importància.

A la vista d'això, Mendel va enviar la seva obra a uns científics (entre altres, Von Nágeli, catedràtic de la botànica de Munic, molt alt en aquella època), però d'ell només va rebre una resposta de cortesia, potser per considerar-la com a conseqüència d'un joc d'entreteniment d'un frare botànic.

Davant el mal acolliment que va sofrir, i veient la dificultat per a aprovar les seves obres, Mendel va perdre a poc a poc la seva passió per la ciència. En 1868 va ser nomenat prelat i a causa dels treballs que aquest càrrec li va generar en la diòcesi, va dedicar els seus esforços a la ciència en aquest sentit. Per això, fins a la seva mort, el 6 de gener de 1884. Es va dedicar a les tasques eclesiàstiques.

En l'informe titulat “Assajos sobre plantes híbrides” es recull una declaració de les lleis que sustenten la genètica actual i que porten el nom de Mendel. En la introducció del treball, Mendel va recordar els treballs dels científics que abans havia treballat en les recerques dels híbrids, i va explicar en què consisteix i com abordarà el problema.

En aquest treball apareixen dues lleis fonamentals: la primera és la de la disfunció de caràcters (que ja es coneixia anteriorment) i la segona la de la independència d'aquests caràcters. La recerca de Mendel va començar explorant un pèsol, el Pisum sativum. Va estudiar l'encreuament de les pèsols de llavor llisa (L) i rugosa (Z). En la primera generació, anomenada F1, només apareixen llavors suaus. Però si aquests últims es creuen entre si, en la segona generació (F2) apareixen el 75% de pèsols tipus L i el 25% tipus Z. En l'híbrid F1 el caràcter Z (subjacent) estava ocult i només apareixia el caràcter L (principal), però en l'híbrid F2 tornarà a aparèixer Z.

Les lleis de Mendel ho permeten. L'híbrid F1 és de tipus LZ, on els gàmetes L i Z són iguals. Per això, una vegada creuats aquests híbrids, en l'híbrid F2, tindrem els següents quatre tipus d'híbrids: LT, LZ, LZ i ZZ. En ells els de LL seran suaus. També els de LZ, ja que el caràcter L és el principal respecte a Z, però els de ZZ seran rugosos. Per tant, les proporcions anteriors seran del 75% llises i del 25% rugoses.

Mendel també va utilitzar pèsols amb diversos caràcters: llavors llises i grogues d'una banda i arrugues i verds per un altre. En aquest cas existien quatre tipus de gàmetes: poliment groc-rugós, rugós-groguenc, poliment-verd i rugós verd, per la qual cosa setze combinacions en les proporcions 9, 3, 3, 1, sent llisa i groga el caràcter principal i verd i la rugositat inferior.

A causa dels resultats obtinguts per Mendel, s'observava que els caràcters hereditaris estaven relacionats amb els elements que podien ser distribuïts, per la qual cosa s'indicava una discontinuïtat en el patrimoni de l'herència.

En Mendel apareixen tots els elements de la genètica moderna: les lleis de la hibridació i els seus usos. La conceptuació de Mendel va ser molt concreta. No es tracta d'una intuïció ennuvolada com ocorre en els treballs inicials, sinó d'una cosa madura i humiliat. Deixant a un costat la terminologia, l'obra de Mendel pot considerar-se avui escrita. Per tant, en el camp de la ciència de l'herència, Mendel no pot ser considerat un pioner, sinó un creador d'aquesta ciència.

Com hem dit abans, tot aquest treball va ser descartat i aquell frare, amb una gran paciència, va haver de deixar tots els seus assoliments als trenta-cinc anys de silenci, és a dir, fins a la seva mort. En 1900 De Vries, Correns i Tscherma van descobrir, van confirmar i van divulgar els treballs de Mendel.

A causa de la tendència acceptada en el món de la física actual, resulta molt adequat expressar les qualitats biològiques, per dir-ho d'alguna manera, a través d'unitats atòmiques sota la legislació de probabilitat. Si no és possible predir el moviment d'un àtom o electró concret, ocorre el mateix amb la mena d'herència que apareixerà en un organisme especial, però en tots dos casos podem calcular probabilitats i si prenem un número molt elevat podem tenir seguretat que es compliran les prediccions.

Com hem vist, en la recerca de l'herència cal tenir en compte l'especificitat dels caràcters, és a dir, si són predominants o sub-decisius. Un pot transmetre el caràcter principal als seus descendents, sempre que tingui clar que el té.

Per contra, en alguns casos pot aparèixer algun caràcter subjacent sense que prèviament s'hagi adonat en algun dels següents. En el cas que dos éssers que porten un caràcter subjacent (encara que no apareguin) en les seves cèl·lules es fecunden entre si, aquest caràcter subjacent apareixerà clarament en el 25% dels seus descendents.

No obstant això, en la majoria dels casos els problemes hereditaris són molt més complicats que el vist amb dos caràcters. A més, algunes qualitats poden ser predominants o sub-sexuals. Altres vegades els caràcters apareixen per parelles, és a dir, un no apareix si no apareix l'altre, i viceversa. En altres casos són incompatibles i mai apareixeran junts.

Molts caràcters mendelians s'han identificat en plantes i animals i s'ha utilitzat aquest mètode per a millorar les races, augmentar certes peculiaritats i descartar unes altres. Per tant, mitjançant aquestes tècniques es van abandonar els mètodes de ponderació, deixant passo als mètodes científics. Per exemple, Biffen va aconseguir un tipus de blat molt ric en el qual, després d'una llarga sèrie d'assajos basats en les lleis de Mendel, apareixien immunitats a la floridura, alta fertilitat i altres particularitats positives.

Quan es van descobrir els treballs de Mendel es coneixia l'estructura de la cèl·lula i es va observar que dins del nucli de cada cèl·lula hi ha uns cossos filamentosos, anomenats cromosomes. El nombre de cromosomes en l'òvul fecundat per la combinació de dues cèl·lules germinals (el cas més senzill) és el doble, dos per classe, un per cada progenitor. En dividir l'òcul també es divideix cada cromosoma, passant cada part a cada cèl·lula de fills. Així, cada nova cèl·lula rep un cromosoma de cada cromosoma inicial. El mateix ocorre amb cada divisió següent. En conseqüència, cada cèl·lula vegetal i animal té una doble sèrie de cromosomes procedents de cada progenitor.

Al principi les cèl·lules germinals també tenen una doble sèrie de cromosomes, però en l'última transformació, és a dir, la unió dels espermatozous i els òvuls es realitza per parelles. Llavors el tipus de divisió és diferent: en lloc de dividir els cromosomes pròpiament dits, els de cada parella es divideixen i cadascun passa a les cèl·lules dels seus fills. Així, la cèl·lula germinal adulta rep l'un o l'altre de cada parella cromosòmica.

XIX. A la fi del segle XX i principis del XX, alguns experts van descobrir l'afinitat entre els efectes de l'herència de Mendel i els fenòmens cel·lulars. Però el que se li ha donat formulació científica va ser Sutton. Sutton va observar que els cromosomes tenen una distribució com a factor hereditari i que en cada cas els parells de factors i els cromosomes es distribueixen independentment de l'altra. No obstant això, atès que el nombre de factors hereditaris respecte a les parets del cromosoma és molt elevat, hi ha factors diferents que estan combinats en el mateix cromosoma i, per tant, que apareguin units és perfectament normal.

A partir de 1910 Morgan i els seus companys van analitzar més a fons aquestes relacions. Es va trobar una relació numèrica entre el nombre de grups de qualitats de l'herència i el nombre de parells de cromosomes. Aquesta quantitat és de set per al pèsol, vuit per al blat, vint per a la rata i trenta-tres per a l'home. Per això, encara que el nombre de parells de cromosomes no sigui molt elevat, els tipus possibles de cèl·lules germinals són molt nombrosos (més d'un milió) i les combinacions possibles de dues d'elles són molt més àmplies. Per això, és fàcil entendre per què dos éssers de la mateixa raça no es formen exactament igual.

Mentre la recerca de l'herència anava en la línia de Mendel, també es va desenvolupar un altre tipus de recerca, el camí de l'estadística. Per a això calia tenir en compte grans quantitats i als canvis humans es va adequar la teoria de la probabilitat i, amb ella, el marge estadístic de la combustió.

La corba normal de la combustió s'obté per un número molt elevat d'elements, però De Vries va aclarir els riscos que es poden presentar en aplicar aquesta teoria en l'àmbit de l'herència.

La figura superior mostra les variacions de longitud dels tres tipus de fruita. Mentre que les longituds es donen en línia horitzontal, en vertical es marca amb una longitud fixa el nombre d'elements. Les corbes A i C són molt similars a les normals i en cadascuna d'elles existeix una longitud mitjana clara. Per contra, podem observar que en la corba B hi ha almenys dos subgrups. Si hem pres les tres fruites alhora, en lloc de tenir tres corbes, només tindríem una, i això tindria l'aparença de normal. Per tant, prenent dades sovint en blanc, no es pot saber si tots els elements rebuts són del mateix tipus o de diferents subgrups.

Alguns investigadors van analitzar el comportament dels elements buits. Partien d'un únic element per a formar un grup buit (per exemple, un baberrun), i mitjançant l'autofecundación aconseguien els descendents. Els canvis que presentaven aquests elements buits s'ajustaven a la llei de la combustió. Però aquests canvis no passaven per l'herència, és a dir, prenent els elements més grans d'aquest grup aconseguit, els seus descendents no eren majors, sinó que es dirigien a una grandària normal del grup.

Al marge de la recerca dels elements purament enunciats, la mescla de caràcters antics en qualsevol raça natural dóna lloc a canvis que es transmeten de pares a fills des de l'antiguitat. Si els dos pares trien per a transmetre una peculiaritat, existeix una major probabilitat que els fills adquireixin aquesta peculiaritat. Per exemple, si prenem altura per a investigar en humans, si els pares són llargs, és a dir, majors que la mitjana de la població, els fills tendiran a ser així.

Però a causa de les recerques del Sr. Vilmorin, que en el seu moment van passar com les de Mendel en el llit, els millors resultats en el creixement de les plantes no s'aconsegueixen triant com a pares uns elements especials, sinó seleccionant elements de bon rendiment mitjà.

Durant molt de temps biometristas i vaquers van tenir forts debats. Ara es consideren complementàries les dues vies per a l'adequada recerca de l'herència, per la qual cosa han de tenir-se en compte ambdues.