lunes, 5 de febrero de 2007

SIGLOS XIX y XX

Entrando en el siglo XX, Bateson (1861-1926) en Inglaterra y Johannsen (1857-1927) en Dinamarca buscaban también mutaciones. Johannsen, quien acuñó el nombre de “genes”, crió alubias autofertilizadas, obteniendo estirpes puras que producían siempre semillas con el mismo peso medio pero en un caso dio con una mutación: el peso medio de las semillas variaba espontáneamente, conservándose este cambio en las generaciones sucesivas. En este momento, de Vries, Correns y Tschermak examinaron los trabajos anteriores sobre el tema de la herencia y mutación, encontrándolo en lo publicado por Gregor Mendel en 1866 y 1869.

Mendel (1822-1884), un fraile de Brno, realizó una serie de experimentos que llevarían a una nueva comprensión del mecanismo de la herencia. Su gran contribución fue demostrar que las características hereditarias son llevadas en unidades discretas que se reparten por separado (se redistribuyen) en cada generación. Estas unidades discretas que Mendel llamó “elemente”, finalmente fueron conocidas como “genes” (término acuñado por Johannsen en 1903). Mendel escogió el guisante común, Pisum sativum, planta fácil de cultivar y de crecimiento rápido. Las distintas variedades de plantas tienen características cuyas variantes son claramente diferentes y constituyen líneas que se reproducen puras (homocigotas), reapareciendo sin cambios de una generación a la siguiente. Como dijo Mendel en su trabajo original, "El valor y la utilidad de cualquier experimento dependen de la elección del material adecuado al propósito para el cual se lo usa". De hecho, planeó sus experimentos con cuidado, eligiendo para su estudio solamente características hereditarias con variantes bien definidas y mensurables. No sólo estudió la progenie de la primera generación, sino también de la segunda y de las subsiguientes. Contó los descendientes y luego analizó los resultados matemáticamente. Aunque su matemática era simple, la idea de que un problema biológico podía estudiarse cuantitativamente fue sorprendentemente nueva. Finalmente, organizó los datos de tal manera que sus resultados pudieran ser evaluados en forma simple y objetiva. Los experimentos mismos fueron descritos con tanta claridad que pudieron ser repetidos y controlados por otros científicos. Pero, efectivamente, Mendel eligió ¡con inteligencia! “el material, adecuado al propósito para el cual se lo usa”, eludiendo el análisis de los caracteres que no se transmitían de forma claramente mesurable y que no se ajustaban a su formulación matemática y que, a la vista de los conocimientos actuales, han resultado ser la mayoría, siendo pocos los transmitidos por herencia mendeliana. Aún así, Mendel sigue siendo considerado el padre de la Genética, término propuesto por Bateson en el transcurso de la “Conference on Hybridization and Plant Breeding” (Londres, 1906) para referirse a la actividad que allí les reunía y que él definió como “la ciencia que estudia la herencia y la variación en los seres vivos”.

A principios del s. XX las grandes líneas maestras de la teoría biológica habían quedado establecidas; a partir de entonces, el desarrollo de la Biología va a depender más del avance en los procedimientos analíticos que de las grandes innovaciones teóricas. Durante este siglo tienen lugar importantes descubrimientos y el entendimiento de muchos fenómenos biológicos desciende al nivel subcelular y molecular. Por otra parte, la obtención de abundante información y el alto grado de especialización dan lugar a una subdivisión progresiva en áreas de estudio, definidas por el objeto de atención y por la metodología experimental.

El desarrollo tecnológico supone un fuerte impulso al estudio de la célula, destacando el microscopio de contraste de fases (Zernicke, 1932) que permite observar células vivas sin teñir, el desarrollo de las técnicas de autorradiografía por Lacasagne (1924) y de inmunofluorescencia por Coons (1941) o la construcción del primer microscopio electrónico por Ruska (1930) y la puesta a punto de las diversas técnicas de preparación de muestras para microscopía, a partir de los años cincuenta. Paralelamente al descubrimiento del microscopio electrónico, tiene lugar el desarrollo de las técnicas de fraccionamiento celular, permitiendo la separación de los distintos orgánulos por ultracentrifugación diferencial de homogeneizados, obteniéndolos en cantidades suficientes para su análisis bioquímico y estructural. Así, el citoplasma atrae la atención de investigadores como Claude, Porter, Palade y de Duve, y tiene lugar el aislamiento y caracterización química de mitocondrias, retículo endoplásmico, ribosomas y lisosomas. En los años sesenta Sabatini y Blobel estudian la regulación del tráfico y destino de las proteínas dentro de la célula eucariota.

A partir de los años veinte se establece la importancia de las enzimas, contribuyendo a ello Warburg (1923) con el descubrimiento de las enzimas respiratorias. Del estudio de las reacciones aisladas se pasó a la investigación de las vías metabólicas celulares. En 1932, Krebs el ciclo del ácido cítrico. Inicialmente, los trabajos realizados en enzimología y metabolismo se efectuaban con independencia de la estructura celular, pero a partir de los años cuarenta-cincuenta empezaron a desarrollarse técnicas de histoquímica enzimática, debidas a Lison, Glick, Gomori y Pearse. También se comienzan a utilizar los isótopos radiactivos para el estudio de las rutas metabólicas y procesos biológicos. Así, Kennedy y Lehninger sitúan el ciclo de Krebs dentro de la mitocondria en los eucariotas. En 1950, Lynen describe la ruta de oxidación de los ácidos grasos. El empleo de isótopos radiactivos permitió al grupo de Calvin dilucidar las reacciones implicadas en la fotosíntesis. Arnon demuestra que el ATP se genera a partir del ADP y el Pi durante la transferencia electrónica fotosintética en cloroplastos de espinaca iluminados. En los sesenta Mitchell postula la hipótesis quimiosmótica sobre la transducción de energía en los seres vivos. Durante este periodo, se elucidan las etapas de síntesis y degradación de la mayoría de los compuestos biológicos, gracias a la contribución de equipos dirigidos por Krebs, Ochoa, Kornberg, Lynen, Khorana, Niremberg, Lipman, etc.

Por otra parte, también tiene lugar el desarrollo de técnicas de separación molecular para la determinación de la composición de distintas fracciones celulares; en 1906 Tswett utiliza por vez primera la cromatografía para separar pigmentos vegetales; la electroforesis es introducida en 1933, permitiendo la separación de proteínas en solución.
Asimismo, los métodos de análisis cristalográfico basados en la difracción de rayos X, desarrollados por von Laue, W.L. Bragg y W.H. Bragg (1912), contribuyen decisivamente al estudio de la estructura de las biomoléculas, especialmente de las proteínas y los ácidos nucleicos y conduce a que Michel en 1985 describa, por primera vez, la estructura del centro de reacción fotosintético de Rhodopseudomonas viridis.

Starling, en 1902, proporciona la primera prueba sobre la existencia de las hormonas, al comprobar la secreción de jugo pancreático por estimulación de la mucosa intestinal con unas gotas de ácido clorhídrico, habiendo previamente denervado el intestino, lo que le hizo pensar en la existencia de un mensajero químico, que aisló y denominó secretina. Posteriormente, fueron encontrándose otros mensajeros químicos que Hardy denominó colectivamente hormonas (del griego "hormaein", excitar). La primera prueba de la existencia de hormonas en los vegetales con capacidad para estimular su crecimiento fue propuesta por Darwin en sus estudios de fototropismo del coleóptilo del alpiste. Posteriormente Went en 1928 aisló la auxina (del griego aux: crecer) como la sustancia fototrópica responsable del crecimiento de los coleóptilos.

El sistema nervioso era ya conocido con cierto detalle, tanto en sus aspectos estructurales como funcionales. En 1906, Sherrington publica "The integrative action of the Nervous System" basada en sus estudios sobre el arco reflejo, donde elabora el concepto de la acción integradora del sistema nervioso central. En 1907, Harrison consigue cultivar fragmentos de médula espinal de anfibio y comprobar así el crecimiento de los axones. Estos experimentos serían el punto de partida para las técnicas de cultivos celulares, que permiten simplificar y controlar rigurosamente las condiciones experimentales en el estudio del funcionamiento celular.

Ramón y Cajal había demostrado que las neuronas eran células individualizadas, Parecía lógico pues, pensar que el impulso nervioso fuese transmitido por una sustancia liberada en el extremo de la terminación nerviosa. En 1920, Loewi comprobó que la estimulación del nervio vago de un corazón, libera al medio una sustancia capaz de producir, sobre otro corazón, los mismos efectos que la estimulación vagal. Esta sustancia fue identificada posteriormente como acetilcolina. Estos descubrimientos, junto con los estudios de Hodgkin, Huxley y Katz sobre los cambios de potencial eléctrico celular, constituyen el fundamento de la Neurobiología.