¿Cómo hacemos progreso científico? (I)

Primero observamos a la naturaleza, la interrogamos con escepticismo, con una dosis de perseverancia y fortuna descubrimos ciertos fenómenos; a menudo dichos descubrimientos plantean más preguntas que respuestas. Después de haber descubierto algún fenómeno de la naturaleza, proseguimos a describirlo, intentamos explicar cómo sucede exactamente; es precisamente este paso (formular explicaciones basándonos en evidencias) lo que distingue a la ciencia de la filosofía. Una vez descrito el fenómeno (habiendo comprobado experimentalmente la descripción), proseguimos a clasificar los fenómenos y creamos un vocabulario para referirnos a ellos con precisión, si nuestro fenómeno pertenece a una ciencia exacta se cuantificará matemáticamente con ecuaciones. Son aquellas descripciones que engloban a un conjunto de fenómenos de manera sintetizada lo que conocemos como una teoría científica.

En resumen: observamos, descubrimos algo que no entendemos, planteamos hipótesis que expliquen ese algo, comprobamos o refutamos experimentalmente las hipótesis, clasificamos, cuantificamos y, finalmente englobamos los hechos y evidencias en una teoría científica.

En el mejor de los casos este proceso toma años, pero a veces tarda décadas, y lo más común es que tarde siglos en "completarse" ya que siempre existirán factores limitantes. Yo soy estudiante de biología, así que para ejemplificar esto usaré un caso particular de mi área: la síntesis evolutiva moderna, también denominada neodarwinismo.

Hasta hace unos 150 años, la gran mayoría de las personas creía que las especies eran obras inmutables y habían sido creadas por separado. Sin embargo, unos pocos científicos pensaban que las especies se modificaban y que las formas de vida existentes compartían antepasados en común. Lamark fue el primer autor cuyas conclusiones sobre la evolución captaron la atención, él publicó sus ideas en 1801, las amplió en 1809 en su Philosophie zoologique y en 1815 en la introducción a su obra Histoire naturelle des animauxsans vertébres. En dichas obras, Lamark sostiene la idea de que todas las especies, incluido el humano, descienden de otras especies: fue de los primeros en dedicarse a la probabilidad de que todo cambio en el mundo, sea resultado de leyes naturales y no intervenciones divinas.

Como podemos notar, Darwin no fue el primero en proponer que la vida cambia a través del espacio-tiempo. Su abuelo, Erasmus, escribió sobre el tema a finales del siglo XVIII. De hecho, el propio Darwin menciona en su obra El origen de las especies a más de veinte predecesores que habían escrito sobre aspectos de la evolución, pero es a partir de Darwin cuando se originaría la teoría moderna de la evolución.

 

Durante los 5 años que estuvo en el H.M.S Beagle (1831-1836) Darwin examinó paciente y sistemáticamente todo tipo de evidencia relacionada al tema: observó, coleccionó y meditó constantemente sobre los fenómenos geológicos y biológicos relacionados a la evolución. En 1837 empezó a dudar de la inmutabilidad de los seres vivos y la cuestión del origen de las especies comenzó a rondar su mente, durante esos años leyó mucho, pensó profundamente y experimento con sumo cuidado. Darwin analizó el misterio por más de veinte años hasta que, finalmente fue capaz de proporcionar un mecanismo plausible para explicar el origen de las especies. Pero este mecanismo no fue descubierto solo por él, Alfed Russell Wallace lo detectó independientemente en 1858. Wallace no conocía a Darwin, pero supo de su reputación como naturalista, y ambos mantuvieron correspondencia, un día Wallace le envió un ensayo titulado On the Tendency of Varieties to Depart Indefinitely from the Original Type, en donde se explicaban los principios de la selección natural, sin saber que Darwin ya los había descubierto. En la carta que acompañaba su ensayo, Wallace pedía a Darwin que leyera su trabajo y, de considerarlo conveniente, lo hiciera llegar a Charles Lyel. Este último y Joseph Hooker arreglaron todo para que una memoria conjunta Darwin-Wallace sobre la selección natural, se leyera ante la Sociedad Linneana en julio de 1858 y se publicara en el Journal of the Linean Society ese mismo año.

Pero ¿cómo se les ocurrió esta asombrosa idea? Durante años ambos hicieron observaciones sobre el mundo natural, pero ellos llegaron a la comprensión de la existencia de la selección natural después de leer la obra de Thomas Malthus Ensayo sobre el principio de la población donde señalaba que los organismos producían más individuos de los que normalmente se espera sobrevivan hasta alcanzar la madurez que les permita reproducirse. El trabajo de Malthus le ayudó tanto Darwin como a Wallace a percibir un punto importante: podía haber selección entre la descendencia que sobrevive y la que muere. Debido a que los miembros individuales de una especie difieren ligeramente entre sí, aquellos que cuentan con ciertas características que les proporcionen ventajas, tendrán mayores oportunidades de sobrevivir. Esta es la base fundamental que sostiene al neodarwinismo.

La teoría de la evolución por selección natural, o como Wallace la llamó "supervivencia de los más aptos" nos dice que existe una incesante y feroz competencia por los recursos que sustentan la vida (tales como el alimento, territorio, oportunidades de apareamiento, etc.) Esta competencia será más intensa entre individuos que tengan los mismos hábitos de vida, por ejemplo, dos depredadores de la misma especie se alimentan del mismo tipo de presa y compiten más entre sí que con individuos de otra especie, a este tipo de competencia se le conoce como intraespecífica. Aquellos individuos que sean más eficaces en aprovechar los recursos (los más aptos) aumentarán sus probabilidades de supervivencia y de apareamiento. Pero las especies no permanecen inmutables a través del tiempo, sino que varían de generación en generación; aquellas variaciones que resulten beneficiosas para el individuo (aumentando sus probabilidades de supervivencia y por tanto, de aparearse) serán conservadas (heredadas a la siguiente generación). De esta manera, a través de millones de años la selección natural guía a las variaciones generacionales produciendo individuos cada vez más especializados y mejor adaptados a determinadas condiciones de vida, este proceso es lo que se conoce como divergencia evolutiva y el punto en el que una especie se transforma en otra es lo que llamamos especiación. 

 

Darwin y Wallace resolvieron el acertijo de cómo las especies evolucionan gracias a variaciones individuales, pero a pesar de que eran conscientes de que estos cambios eran heredados durante la reproducción, ninguno de los dos fue capaz de describir el mecanismo mediante el cual esos cambios individuales eran pasados a la siguiente generación.

Mientras Darwin publicaba su obra, casi simultáneamente de 1858 a 1866, un monje austriaco llamado Gregor Mendel llevaba a cabo experimentos con guisantes, los apareaba y examinaba las características de los descendientes obtenidos a través de tales cruzamientos. Finalmente alguien lograba explicar con éxito el mecanismo de la herencia.

Todas las características de un individuo son el resultado de la manifestación de su información genética, esa información se encuentra condensada en cromosomas que son largas cadenas de ADN enrolladas y compactadas, el ADN está conformado por genes y cada gen está constituido por 3 nucleótidos, cada uno de ellos formados a su vez por una base nitrogenada, una pentosa y un grupo fosfato. Cada gen codifica para la síntesis de un aminoácido, los cuales se unen para formar péptidos, dipéptidos, polipéptidos y finalmente, proteínas, nosotros llamamos material genético a la secuencia ordenada de nucleótidos que en su conjunto (ADN) actúan como un molde para, a través de un proceso de duplicación, transcripción y traducción, sintetizar proteínas; son éstas últimas las que conforman las estructuras orgánicas y regulan las reacciones químicas que ocurren en las células, determinando sus características. El fenotipo es entonces, el conjunto de características observables (morfológicas y fisiológicas) de un organismo, este fenotipo es la suma del genotipo (los genes) más la influencia del ambiente.

Aunque Mendel no conocía la existencia de los genes a un nivel físico (ya que él nunca utilizó microscopios), sus experimentos dilucidaron tres mecanismos universales que rigen la forma en la que las características de un individuo son heredadas a sus hijos a través de la reproducción.

Ley de la uniformidad: Cuando se aparean líneas puras distintas para una característica la descendencia presenta en forma uniforme el fenotipo del progenitor que posee el alelo dominante, independientemente de la dirección del apareamiento.

En sus experimentos con guisantes, Mendel observó que las características de las plantas eran gobernadas por "unidades" de herencia (los genes) y que cada planta poseía dos copias del gen que controla el desarrollo de cada rasgo, los dos genes pueden ser idénticos o distintos entre sí, a estas dos formas alternativas de genes se les llama alelos. De los siete rasgos que Mendel estudió, todos poseían un alelo que dominaba sobre el otro (el gen dominante).

Básicamente, lo que Mendel postula en esta ley es que cuando se cruzan dos individuos idénticos para una determinada característica, los descendientes serán iguales (genotípica y fenotípicamente) entre sí e idénticos en fenotipo a uno de los progenitores (el que tenga el alelo dominante) independientemente de si éste es hembra o macho.

Ley de la segregación: Los alelos que controlan un rasgo se separan (segregan) durante la formación de los gametos, de modo que cada miembro del par de alelos es portado por la mitad de los gametos.

Mendel entendió correctamente que cada gameto aportaba una copia del gen correspondiente a cada rasgo, así que cada gameto podía contener el alelo recesivo o el dominante, pero nunca ambos. Hoy sabemos que esto es causado por la división meiótica que experimentan las células germinales, reduciendo así su carga cromosómica de 2(n) a (n). Como resultado, de los dos alelos que determinan cada rasgo del individuo, uno proviene del gameto femenino y uno del gameto masculino. Aquellos individuos que heredan un solo tipo de alelo de ambos progenitores, ya sea el dominante o el recesivo son homocigotos respecto al par de alelos en cuestión y aquellos que llevan los dos tipos de alelos (dominante y recesivo) son heterocigotos respecto al carácter para el que codifiquen.

Ley de la asociación independiente: Durante la formación de los gametos, la segregación de los alelos se produce de forma independiente de la segregación de los alelos del otro gen.

O en otras palabras, al gen que codifica para el tamaño del folículo de tu cabello (determinando así si éste será liso, rizado u ondulado) le importa 3 cacahuates el gen que codifica para el tamaño de tus dientes. Características diferentes son el resultado de la expresión de genes diferentes, esta ley permite la existencia de una enorme gama de combinaciones entre los alelos y posibilita la variabilidad genética.

Gracias a sus experimentos Mendel logró entender el procedimiento hereditario, sin embargo, él no llegó a descubrir la estructura a través de la cual ocurre el proceso. Además, mientras que la evolución por selección natural recibiría en su momento la atención que se merecía, lamentablemente la obra de Mendel no sería tomada en cuenta. Durante cuarenta años la selección natural y la herencia mendeliana permanecerían separadas, actualmente son la base fundamental del neodarwinismo (y de la biología moderna) pero hubo una época en la que ignorábamos cuán relacionadas estaban.

En el próximo artículo continuaremos con la historia de la síntesis evolutiva moderna y hablaremos sobre aquellos descubrimientos que terminarían por unir los puntos y nos permitirían responder grandes cuestiones sobre la vida. Hablaremos de moscas mutantes, cromosomas, el ciclo celular y más.

REFERENCIAS:

Darwin, C. (2010). El Origen de las Especies. México: Editorial Porrua.

Gerald, K. (2009). Biología Celular y Molecular. México: McGraw-Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V.

Flores, L. Gonzales, R. & Aravena, J. (2011). Biología. Chile: Santillana.