lunes, 5 de febrero de 2007

SIGLO XIX

El siglo XIX fue un siglo fascinante para la ciencia de la Biología. No sólo se plantean las dos grandes teorías de la Biología actual: la Teoría Evolutiva de Darwin y la Teoría Celular, sino que, significó el comienzo de la genética gracias a los trabajos pioneros de Mendel, diversos biólogos prestaron especial atención a seres microscópicos llamados bacterias, iniciándose la microbiología, nace la bioquímica, se define la ecología y se esbozan las primeras ideas sobre el origen de la vida. Es en este siglo cuando Lamarck y Treviranus introducen el término “Biología” que reemplazará a la expresión “Historia Natural”, por ser esta poco concreta.

Trabajando independientemente, Charles Darwin (1809-82; nieto de Erasmo) y Alfred Russell Wallace (1823-1913), desarrollaron la misma teoría acerca de cómo cambió la vida a lo largo de los tiempos. Darwin comenzó su carrera como naturalista al embarcarse en el Beagle y recorrer las costas de Sudamérica y los archipiélagos del Pacífico durante una larga expedición de cinco años (1831-1836). Durante el viaje, Darwin observó como especies estrechamente relacionadas se habían sucedido unas a otras a medida que descendían hacia el sur por el continente americano, así como que las especies del archipiélago de las Galápagos se asemejaban a las de Sudamérica, si bien diferían ligeramente entre unas islas y otras. Darwin llegó a la conclusión de que las especies orgánicas habían evolucionado a lo largo del tiempo. Wallace visitó el archipiélago malayo donde observó que las islas vecinas estaban habitadas por especies estrechamente relacionadas aunque diferentes, como había observado Darwin, antes que él, en las Galápagos.

Los trabajos de Malthus inspiraron en ambos la idea de la supervivencia del más apto (al que a veces se le llama “el más fuerte”). Wallace redactó su artículo y se lo envió a Darwin. Ambos publicaron sendos artículos de modo conjunto en 1858 proponiendo que los organismos tienen capacidad para adaptarse al medio ambiente, presentan caracteres variables que, al azar (no por la idea lamarckiana del uso o desuso), aparecen en cada población natural y se heredan entre los individuos. Asimismo, también proponen un mecanismo para ese cambio: la selección natural, que implica que todos los organismos tienden a sobre-reproducirse mas allá de la capacidad de su medio ambiente para mantenerlos y, que no todos los individuos están adaptados por igual a su medio ambiente, por lo que algunos sobrevivirán y se reproducirán mejor que otros.

En 1859 Darwin publicó su libro bíblico “El Origen de las Especies mediante la Selección Natural o la Conservación de las Razas favorecidas en la lucha por la Vida” que influyó profundamente no sólo en el desarrollo posterior de la Biología, sino también en la visión acerca de nosotros mismos y cambió la forma de pensar del mundo occidental, controlado en la época por el Imperio Británico. Herbert Spencer (1820-1903) extendió la teoría de la selección natural a la sociedad humana, viendo la supervivencia del más apto como el modo de progreso de la humanidad: el comercio libre y la competencia económica serían las formas sociales de la selección natural. Así nació el peligrosísimo Darwinismo social, en el cual se excusaron las expoliaciones y exterminios de “las razas más débiles” durante la expansión del imperio. Esta ideología, que tiene poco que ver con la Biología y la Evolución, hoy domina prácticamente a toda la sociedad.

La Teoría Celular se esboza en las observaciones de Dutrochet (1776-1847) y Turpin (1772-1853), de estructuras animales y vegetales. En el inicio del siglo, Bichat (1771-1802) había establecido el concepto de tejido como unidad morfológica y funcional de los seres vivos. Dutrochet separa los tejidos en “vesículas completas” y concluye que todos los tejidos orgánicos son agregados de células de varios tipos y su crecimiento es el resultado del aumento en tamaño o número de sus células. Turpin describe tejidos vegetales como formados también por células, contrastando con las ideas por entonces imperantes que consideraban que vegetales y animales poseían una estructura básica diferente. Definitivamente, el zoólogo alemán Theodor Schwann (1810-1882) mostró que las células del cartílago de los animales también poseían límites bien definidos, comparables a los de las células vegetales, además de poseer núcleo, estructura ya descrita por Brown (1773-1857). En 1838 y 1839, sobre las bases de sus estudios respectivos en vegetales y animales, Schwann y el botánico Mattias Schleiden (1804-1881) enuncian la Teoría Celular, según la cual la célula es la unidad estructural básica de todos los organismos pluricelulares capaz de existir por sí misma.

El enunciado de la Teoría Celular tuvo una gran influencia en la comunidad científica y su importancia en la dinámica de la vida fue establecida cuando, alrededor de 1860, el patólogo alemán Virchow (1821-1902) establece que todas las células tienen su origen en células preexistentes, "Omnis cellula e cellula", y que las propiedades de los organismos son el resultado de las propiedades de sus células individuales. Esta teoría de la "república celular" de los organismos constituyó uno de los primeros intentos de correlación morfo-funcional. De esta forma, los postulados de Virchow consolidaron la Teoría Celular en su forma definitiva. Sin embargo, la individualidad de las células animales resultó ser un tema abierto de discusión, objeto de numerosas controversias, aceptándose el concepto de sincitio para diversos tejidos del organismo, como el nervioso. Esta idea sería posteriormente desmentida por Ramón y Cajal (1852-1934), demostrando en 1888 la relación de contigüidad y no de continuidad de las células nerviosas y extendiendo la individualidad morfológica y funcional de la célula al sistema nervioso.

Desde los años 1840s, se sabía que la célula orgánica se reproducía asexualmente por fisión, dividiéndose el núcleo en primer lugar. A partir de la década de 1870 se realizaron unos cuantos progresos técnicos en el microscopio (objetivos de inmersión, iluminación), y enel desarrollo de tinciones selectivas, que permitieron observar más minuciosamente los procesos que tienen lugar en la reproducción asexual de las células, así como en la unión de las células sexuales. Hertwig (1842-1922) en Berlín, Fol (1845-92) en Ginebra, en animales y Strasburger (1844-1912) en Bonn trabajando con plantas, descubrieron que la reproducción sexual entrañaba la unión de los núcleos de las células macho y hembra, por lo que Hertwig y Strasburger sugirieron en 1884 que el núcleo de la célula constituía la base física de la herencia.

Las nuevas técnicas mostraron que en el núcleo ordinario de la célula en reposo había una fina malla de material que Fleming (1843-1915) de Kiel denominó en 1879 cromatina, dado que se teñía profundamente con los tintes de anilina básicos. Fleming estudió el mecanismo de la división celular, describiendo dicho proceso en células animales, que el denominó Mitosis (del griego “Mitos”, filamento).

En el caso de la unión entre dos células sexuales, se descubrió que los cromosomas se comportaban de forma distinta. Van Beneden (1845-1910) de Lieja, observó en 1887 que en la primera división celular que llevaba a la formación de un huevo, los cromosomas no se dividían en dos longitudinalmente como en la división celular asexual, sino que cada par de cromosomas se separaba para formar dos células, cada una de las cuales presentaba tan sólo la mitad del número usual de cromosomas. Posteriormente, ambas células se dividían de nuevo según el proceso asexual ordinario. Van Beneden denominó a este proceso Meiosis (del griego “meioun”, hacer menos). Según este proceso, tanto los óvulos como los espermatozoides poseían solamente la mitad de los cromosomas usualmente hallados en las células de los organismos de su especie, si bien tras la unión de las células sexuales, el número de cromosomas se restablecía, proviniendo la mitad del padre y la otra de la madre. En 1894 Strasburger mostró que en algunas plantas las células con la mitad del número usual de cromosomas formaban una generación separada, descubrimiento que explicó la alternancia de generaciones descubierta por Hofmeister en 1851 en las plantas sin flores. La descripción por von Baer (1828-1897) y Kolliker (1834-1919) del espermatozoide y óvulo como las células únicas que, tras la fecundación dan lugar al embrión, por la proliferación progresiva del óvulo fecundado, supuso una revolución en la embriología. Ernst Haeckel formula en 1866 la ley biogenética fundamental, según la cual la ontogénesis (desarrollo del embrión) recapitula la filogénesis, es decir, los estudios evolutivos primitivos de la especie original.

Las bases de la microbiología se deben fundamentalmente a Louis Pasteur (1822-1895) y Robert Koch (1843-1910), quienes descubren el origen microbiano de muchas enfermedades infecciosas. Entre ambos fueron capaces de identificar los microorganismos culpables de enfermedades tales como el carbunco, la tuberculosis o incluso el cólera. Sin embargo, los resultados más deslumbrantes de Pasteur se basaron en la extensión de la vacunación contra ciertas enfermedades, aunque su descubridor fuera Edward Jenner, que descubrió la vacunación de la viruela mediante la transmisión de una enfermedad de las vacas (“cowpox”) que inmunizaba contra la viruela humana. Además, Pasteur demostró de forma muy elegante la no existencia de la generación espontánea y desarrolló todas las técnicas de esterilización así como procesos que llevan su nombre pasteurización y que se siguen utilizando en la producción de la leche, vino, etc.

Ferdinand J. Cohn contribuyó significativamente a la fundación de la ciencia de la Bacteriología, al publicar una clasificación temprana de las bacterias, usando por primera vez el nombre de género Bacillus. Cohn también fundó una revista científica en la que Koch publicará en 1876 su artículo sobre el origen bacteriano de la enfermedad del ántrax. En la historia de la bacteriología, durante el siglo XIX destacan otros muchos investigadores, entre los que podemos citar a Joseph Lister quien en 1878 publica su estudio sobre la fermentación de la leche y desarrolla el primer método para aislar un cultivo puro de una bacteria que él denominó Bacterium lactis; a Ilya Ulich Metchnikoff quien en 1882 postula la Teoría de la Inmunidad Celular; a Paul Ehrlich quien en 1891 descubre que los anticuerpos son los responsables de la inmunidad. En 1887 los agrónomos alemanes Hellriegel y Wilfarth confirman la observación del botánico ruso Woronin de que las leguminosas podían crecer en suelos pobres en nitrógeno gracias a las bacterias presentes en las nudosidades de sus raíces. Poco después Beijerinck logró cultivar in vitro las bacterias de esos nódulos que recibió el nombre de Rhizobium leguminosarum. Estos hechos unidos a los aportados por Winogradsky con el descubrimiento de las bacterias quimiosintéticas nitrificadoras en las que distingue las formas nitrosas y nítricas, tienden a ir configurando la comprensión del ciclo biogeoquímico del nitrógeno en la naturaleza. En 1892, Dmitri Ivanowski y posteriormente, en 1899, Martinus Beijerinck descubren agentes patógenos filtrables (los virus); el primero de ellos, el virus del mosaico del tabaco que será posteriormente cristalizado por Wendell Stanley en 1935 quien demostró que, cristalizado, seguía siendo infeccioso; aunque no llegó a determinar si el material infeccioso era el ácido nucleico o la proteína.

En el primer tercio de siglo, el descubrimiento de la síntesis química de la urea por Wöhler (1800-1882), marca el nacimiento de la Bioquímica. Se acepta que las leyes físico-químicas también pueden ser aplicadas a los seres vivos y comienza una fructífera etapa de análisis sobre su composición química. En este sentido, hay que destacar los trabajos de Miescher (1844-1895), que consiguió el aislamiento de la sustancia contenida en los núcleos, a la que denominó nucleína. Esta sustancia contenía una importante cantidad de fósforo ligado y posteriormente se vería que sus características eran similares a las de la cromatina descrita por Fleming. Todavía no se conocía el papel primordial de esta sustancia como portadora de los caracteres hereditarios.

Del nacimiento de la Bioquímica se beneficia notablemente la Fisiología. Ya en la primera mitad del s. XIX Magendie (1783-1855) reacciona enérgicamente contra las concepciones vitalistas y sitúa de modo definitivo la Fisiología en el terreno experimental, buscando la explicación de los hechos fisiológicos en los agentes físicos y químicos. Merecen ser destacadas sus investigaciones sobre las funciones de los nervios raquídeos, demostrando que la raíz anterior tiene función motriz y la posterior sensitiva. Su discípulo, Claude Bernard (1813-1879), estudia y renueva toda la Fisiología. Sus primeros estudios se centran en la fisiología de la digestión; estudió los jugos gástricos, la saliva, el jugo pancreático y su papel en la digestión, siendo ésta la primera secreción interna conocida. Posteriormente demostró que la glucosa pasa de la sangre a los tejidos y estableció la función glucogénica del hígado. Formula por primera vez la noción de medio interno o medio ambiente fisiológico de cada ser vivo (1878), donde la regulación se hace a la vez por el sistema nervioso, las glándulas endocrinas y los fenómenos físico-químicos internos. Discípulos de Bernard, Bert (1833-1886) y Brown Sequard (1817-1894) realizaron detallados estudios sobre la fisiología de la respiración y la fisiología nerviosa (nervios motores, movimiento reflejo) y la endocrinología, respectivamente.

Por su parte, de Saussure (1767-1845) puede ser considerado el fundador de la moderna Fisiología Vegetal. Combina los conocimientos de la química con la experimentación meticulosa y con una cuidadosa interpretación de los resultados obtenidos. Confirma la hipótesis de Ingenshousz, al demostrar que durante la fotosíntesis se intercambian volúmenes iguales de CO2 y O2 y que la planta retiene el carbono.

La Ecología, aunque presente en los escritos de clásicos cómo Hipócrates, Aristóteles y otros filósofos de la época, no se ve definida hasta la segunda mitad del siglo XIX en que Haeckel (1834-1919) acuña el término “Ecología”, definiéndola como el estudio de las relaciones de un organismo con su medio ambiente orgánico e inorgánico, en particular las relaciones con las plantas y animales con los que convive. Aunque previamente existiesen aportaciones en este campo, algunas de hecho muy importantes como la idea de cadena trófica, definida por Leeuwenhoek, a principios del siglo XVIII, el viaje del Challenger entre 1872 y 1876 supone un espaldarazo definitivo al desarrollo de esta nueva disciplina, ya que participaron en la expedición botánicos, zoólogos, fisiólogos, químicos y geólogos, contribuyendo a una visión multidisciplinar del medio acuático. Con esta perspectiva, Hensen realiza en 1880 un balance de producción a través de un estudio del plancton y Forbes publica en 1887 “The Lake as a Microcosm”.

Las ideas sobre el origen de la vida comienzan a esbozarse de manera científica en este siglo, fundamentalmente después de la síntesis química de la urea por Wöhler, abriéndose una dialéctica entre los descubrimientos de Pasteur, sobre la inexistencia de la generación espontánea y la posibilidad de un origen de la vida meramente químico. Ya en el siglo XX, con la aparición de las teorías de Oparin sobre el origen de la vida en 1924, se inicia la visión actualmente existente sobre la comprensión de este proceso y se sientan las bases de la evolución prebiológica, que intenta explicar el paso progresivo de la materia a la vida, continuada por muchos investigadores, como Miller, Haldane, Fox, Oró, etc.

Como vemos, a finales del siglo XIX las grandes líneas maestras de la teoría biológica han quedado establecidas. Mientras, había biólogos especulativos que desarrollaban teorías de la herencia que postulaban que los materiales genéticos de los organismos deberían presentar los fenómenos mostrados por los cromosomas durante la formación de las células sexuales. Siguiendo las teorías del botánico Carl Nageli (1817-91); August Weismann (1834-1914), un profesor de zoología de Friburgo, publicó un “Ensayo sobre la Herencia y Cuestiones biológicas emparentadas” en el que estableció una distinción tajante entre lo que denominaba germoplasma, responsable de la transmisión de los caracteres hereditarios, esto es el idioplasma de Nageli, y el soma o plasma corporal. Señalaba que las criaturas unicelulares simples se propagaban asexualmente dividiéndose en dos, con lo que resultaban inmortales. En los animales superiores el cuerpo es mortal, siendo sólo inmortal el germoplasma que pasa de una generación a otra. Weismann postuló en 1887 que, a fin de evitar la duplicidad de las unidades del germoplasma con cada generación sexual, antes de la unión sexual, el germoplasma tanto del macho como de la hembra se dividía en dos, de manera que el germoplasma de la descendencia se formaba mediante la unión de un medio de cada progenitor. Una vez dilucidada la conducta de los cromosomas durante la formación del óvulo y el espermatozoide; Weismann procedió a identificar el germoplasma con los cromosomas, sugiriendo que estos últimos se dividían longitudinalmente para formar unidades.

Otra de las especulaciones de Nageli, su idea de que existía una fuerza interna en el germoplasma de los organismos que daba lugar a mutaciones notables y repentinas, fue tomada por de Vries (1848-1935) en Amsterdam, a fin de acomodar la historia de la evolución orgánica a la brevedad de las estimaciones de la edad de la tierra hechas por físicos como Kelvin. A partir de 1885, de Vries empezó a buscar tales cambios por mutación en los organismos, hallándolos en una colonia salvaje de la onagra americana.