Del big bang al Homo sapiens

Antonio Vélez

• Publisher: Universidad de Antioquia
• Year: 2020
• ISBN:
  9789587149791
• Edition: 4
• Topic: Ciencias biológicas
• Subtopic: Evolución

Del big bang al Homo sapiens resume de manera amena, didáctica y bella los acontecimientos que llevan al Homo sapiens: desde el surgimiento del universo y los orígenes de la Tierra, pasando por la aparición de la vida y sus incontables desarrollos evolutivos, hasta el presente, con consideraciones sobre nuestro futuro.Con ayuda de varias ciencias, que su formación como ingeniero y matemático le permiten usar, el profesor Antonio Vélez explica con profundidad el modelo darwiniano de la selección natural: la primera célula, el gen, los organismos multicelulares, los cordados, los primeros peces, las primeras plantas, los dinosaurios, los primates, los prehomínidos y homínidos, y todas las complejidades del intelecto y el comportamiento del hombre moderno. En su prosa brillan la claridad y la sencillez propias de un gran maestro, sin dejar por fuera la complejidad, la sofisticación y la poesía.En su cuarta edición, Del big bang al Homo sapiens se reafirma como un libro fuera de serie, que les permite tanto a legos como a especialistas adentrarse en un tema apasionante, que todos deberíamos conocer a fondo para tratar de entender al ser humano. Se puede asegurar que este libro se convertirá en un clásico de la literatura sobre la evolución.Ana Cristina Vélez

1. Genes y herencia

Ya no sabremos qué sería de la vida sin las versatilidades del carbono, sin la afición de la molécula a copiarse, sin el alosterismo de ciertas proteínas. Qué sería de cada sol, de cada mundo, sin la improbable isotropía y corrimiento del espacio, si no fuese la materia a tal punto propensa a la espiral, propicia al orbe, si levemente fuera otro el delicado contrapeso de sus órbitas...

Carlos Framb. Un día en el paraíso

Hasta finales del siglo pasado, era creencia popular que la herencia se transmitía por medio de la sangre. El hijo recibía una mezcla de las de sus padres, de ahí que sus características externas pareciesen también una mezcla balanceada de las de sus dos progenitores. Las expresiones pura sangre o media sangre, aún usadas con la connotación de herencia, reflejan muy bien esa antigua hipótesis.

Breve historia de la genética

En 1865, el fraile agustino Gregor Mendel presentó a la comunidad científica su trascendental trabajo sobre la herencia, fruto de una paciente labor con los guisantes en la huerta de su convento y del análisis detallado y científico de toda la información recogida en sus experimentos de campo. Mendel, con mucha suerte y una gran dosis de intuición, logró formular las leyes de la herencia que ahora llevan su nombre; sin embargo, pese a la enorme importancia científica de su trabajo, este se mantuvo injustamente en el olvido hasta 1900, cuando al fin, aunque tarde, se le dio el reconocimiento que merecía, catorce años después de la muerte de su autor. Las personas que oyeron a Mendel aplaudieron; parece que no hubo preguntas. Desiderio Papp, historiador de la ciencia, comentó alguna vez que no dejaba de sorprenderlo el hecho de que nadie se hubiera dado cuenta de que habían asistido a uno de los acontecimientos científicos más decisivos del siglo.

Figura 1.1 Gregor Mendel

Fuente: Haaf (1979).

En 1874, el médico alemán F. Miescher, mientras trabajaba con vendajes quirúrgicos en el intento de desintegrar las células de pus por medio de la pepsina, descubrió y describió por primera vez los ácidos nucleicos, llamados así por encontrarse principalmente en los núcleos de las células. Su trabajo, al igual que el de Mendel, también pasó inadvertido. Estos compuestos orgánicos fueron considerados en su época como sustancias sin mayor importancia biológica.

En 1903, y de manera independiente, Sutton en los Estados Unidos y Boveri en Alemania descubrieron que el comportamiento de los genes o unidades de la herencia postulado intuitivamente por Mendel era semejante al de los cromosomas observados por ellos en el microscopio. Pero solo en 1944, Avery, McLeod y McCarthy obtuvieron resultados experimentales que sugerían que este ácido, más tarde denominado ácido desoxirribonucleico, o de manera abreviada adn, podría ser el portador de la herencia. En 1952, Hershey y Chase dieron pruebas directas que confirmaron la hipótesis anterior. En 1953, James Watson y Francis Crick propusieron el modelo de la doble hélice para la molécula de adn, arquitectura que concordaba maravillosamente bien con toda la información disponible en la época, y que les permitió explicar la duplicación o réplica del material genético durante la división celular.

La forma sencilla y práctica como se almacena la información genética en la molécula de adn, o código genético, fue descifrada en 1965 por Nirenberg, Khorana y Leder. A otro trío muy connotado, Monod, Lwoff y Jacob, le fue otorgado ese mismo año el Premio Nobel de Medicina y Fisiología por su trabajo acerca del papel desempeñado por el ácido ribonucleico (arn) mensajero y los elaborados procesos llevados a cabo en la célula para decodificar el mensaje contenido en el adn.

El adn

Las unidades hereditarias se encuentran localizadas principalmente en los núcleos de las células de todos los organismos vivos y están constituidas por grandes moléculas de adn que conforman los cromosomas, elementos que, observados al microscopio durante la división celular, parecen letras de un alfabeto extraño. En la mayoría de las especies animales y en numerosos vegetales los cromosomas se pueden agrupar en parejas —su número es constante para cada especie—, de tal modo que cada uno de sus miembros resulta, en estructura y constitución, parecido a su compañero u homólogo.

En las hembras de los mamíferos, los dos cromosomas que determinan el sexo son simétricos, y, tal vez por su forma, se los llama cromosomas X (dícese, entonces, que la composición de las hembras es XX). En los machos se presenta una excepción a la regla de emparejamiento: los dos cromosomas son asimétricos, uno de ellos es el mismo X de las hembras, mientras que el otro, llamado Y, es mucho más pequeño (se habla de composición XY). En la mayoría de las aves y mariposas, en algunos anfibios y reptiles y en muchos peces la situación es al contrario: las hembras presentan la composición XY y los machos la XX.

La mitad de los cromosomas son heredados del padre, la otra mitad de la madre. El conjunto de cromosomas o genoma humano consta de 23 pares (véase figura 1.2), los del chimpancé, gorila y orangután de 24, el del macaco tiene 21, y 22 el del gibón. El perro posee 39 pares de cromosomas, el caballo 32 y la mosca del vinagre o Drosophila 4. Existe una especie que solo posee un par y se conoce una clase de ave que tiene alrededor de 1.200, muy pequeños, como es de suponer.

Figura 1.2 Los veintitrés pares de cromosomas que se encuentran en cada célula somática de una mujer

Fuente: Dobzhansky, Ayala, Stebbins y Valentine (1977).

Entre el hombre y el chimpancé —nuestro pariente animal más cercano— existe un parecido cromosómico notable. Creen los biólogos que estas dos especies pertenecieron a un tronco común y que en algún momento de su historia evolutiva, situado apenas entre seis y ocho millones de años atrás, los cromosomas 2 y 24 del antecesor común a hombre y chimpancé se fusionaron de manera accidental y dieron origen, por milagroso azar, a una nueva y exitosa rama primate que se transformaría, milenios más tarde, en el hombre moderno. Sin este afortunado accidente, la inteligencia superior podría estar ausente de la Tierra. Sería esta el planeta de los simios, en el mejor de los casos.

De acuerdo con el modelo geométrico propuesto por Watson y Crick, la molécula de adn está conformada por una doble cinta helicoidal, con forma de escalera de caracol, construida a partir de cuatro bases nitrogenadas. Cuatro compuestos orgánicos complejos: adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T), que se presentan organizados en parejas, siempre A con T y T con A, C con G y G con C. Estas parejas complementarias forman los barrotes de la escalera y van soportadas por un azúcar, la desoxirribosa, y un fosfato, sustancias que forman el pasamanos de la escalera (se está hablando de una escalera liliputiense pues la distancia entre dos barrotes consecutivos es inferior a una millonésima de milímetro). El conjunto formado por base nitrogenada, azúcar y fosfato se denomina nucleótido.

Dado que las bases nitrogenadas solo se agrupan formando las parejas AT, TA, CG y GC, entonces, conocida una de las mitades de la cinta helicoidal puede conocerse de inmediato la opuesta o complementaria. Si la secuencia de una cadena fuese TCCGATGC..., por ejemplo, la secuencia de la cadena complementaria sería AGGCTACG...

Antes de la división celular (se verá con cierto detalle más adelante), sea mitosis o meiosis, la hélice de adn se abre en dos mitades, como lo hace un cierre de cremallera, y al frente de cada mitad se forma automáticamente el filamento complementario. De esta manera queda explicada con gran sencillez y lógica la réplica o duplicación del material genético, conocida también con el nombre de réplica semiconservativa, una operación que es indispensable para, durante la división celular, preservar intacta la información genética de cada especie.

Código genético

La información genética contenida en el adn depende del orden que presenten en él las bases nitrogenadas. Cada triplete o terna de bases consecutivas codifica un aminoácido bien determinado —de ahí que también lleve el nombre de codón— entre los veinte que constituyen el conjunto de elementos o ladrillos básicos con los cuales están construidas las proteínas de todos los seres vivientes. Así, por ejemplo, el triplete TTT codifica la lisina, CTT codifica el ácido glutámico y CGG la alanina. Una secuencia particular de tripletes determina, en consecuencia, la cadena de aminoácidos o polipéptido que va a ser sintetizado por la célula. Dos o más polipéptidos se encadenan para formar proteínas (a veces una proteína consta de un solo polipéptido), productos finales de la actividad química de las células.

La forma, tamaño y demás características hereditarias de los organismos dependen, en última instancia, del conjunto de proteínas sintetizado en sus células y este, a su vez, de las secuencias de tripletes presentes en el material genético. El tener nariz aguileña o recta, ojos azules o negros, pelo liso o ensortijado depende del orden que en el adn presenten las ternas de bases nitrogenadas. En consecuencia —afirmaba cierto biólogo—, en el gobierno de la vida, el adn ostenta el poder legislativo y las proteínas el ejecutivo. El judicial, como veremos en el capítulo siguiente, lo ostenta el nicho ecológico o medio ambiente.

Mientras que la información contenida en el adn es lineal —las secuencias de bases nitrogenadas—, su traducción final en órganos y tejidos es espacial. Estamos en presencia de un complicado isomorfismo entre espacios de distinta dimensión; esto es, de una correspondencia uno a uno entre los elementos de los dos entes y una perfecta identidad entre las respectivas relaciones estructurales. En palabras más sencillas, el mismo producto en envases diferentes. Una solución inesperada y genial —además simplísima— de la naturaleza a un problema matemático extremadamente difícil.

Con las 4 bases nitrogenadas A, C, G y T es posible construir un total de 64 (4 x 4 x 4) ternas o tripletes. De estos, 61 codifican los 20 aminoácidos básicos para la vida; los 3 restantes sirven para indicar el fin de la secuencia. Por existir más de 20 ternas, se da el caso de que un mismo aminoácido aparece codificado por 2 o más tripletes diferentes, como ocurre con la lisina, codificada simultáneamente por las ternas TTT y TTC. Significa todo esto que el código genético es redundante o degenerado.

Genes

Una secuencia ordenada de tripletes, en algunas ocasiones limitada por dos de las ternas que indican terminación, configura un gen o unidad funcional. Esta secuencia casi siempre determina una cadena particular de aminoácidos que, unidos en el orden especificado, conforman un polipéptido. En muchos casos la unión de varios polipéptidos forma una proteína. La ley biológica, aproximada, es: a cada gen corresponde exactamente un polipéptido. En el texto o mensaje genético los tripletes representan, entonces, las palabras del código, y el gen o secuencia completa, la frase con el mensaje codificado. Los cromosomas, en esta analogía literaria, corresponden a los párrafos de la obra.

En consecuencia, los genes son los mínimos segmentos cromosómicos con una función biológica bien determinada; esto es, son las mínimas unidades funcionales del adn. Además, se heredan de padres a hijos y, salvo accidentes, de manera completa, por lo que constituyen, también, las unidades mínimas de la herencia, resultado ya anticipado por Mendel. Hay genes encargados de elaborar los elementos constituyentes de los organismos vivos y por eso se los denomina estructurales; hay otros, llamados reguladores, cuyas funciones se reducen a contro...