Historia de la genética

La historia de la genética data de la época clásica con contribuciones de Pitágoras, Hipócrates, Aristóteles, Epicuro y otros. La genética moderna comenzó con el trabajo del fraile agustino Gregor Johann Mendel. Sus trabajos sobre las plantas de guisantes, publicados en 1866, proporcionaron la evidencia inicial que, tras su redescubrimiento en el siglo XX, ayudó a establecer la teoría de la herencia mendeliana.

En la antigua Grecia, Hipócrates sugirió que todos los órganos del cuerpo de un padre emitían “semillas” invisibles, componentes miniaturizados, que se transmitían durante las relaciones sexuales y se combinaban en el útero de la madre para formar un bebé. En los tiempos modernos tempranos, William Harvey El libro Sobre la generación animal contradecía las teorías de Aristóteles sobre genética y embriología.

El redescubrimiento de la obra de Mendel en 1900 por Hugo de Vries, Carl Correns y Erich von Tschermak condujo a rápidos avances en genética. En 1915, los principios básicos de la genética mendeliana se habían estudiado en una amplia variedad de organismos, sobre todo en la mosca de la fruta Drosophila melanogaster. Dirigidos por Thomas Hunt Morgan y sus colegas "drosofilistas", los genetistas desarrollaron el modelo mendeliano, que fue ampliamente aceptado en 1925. Además del trabajo experimental, los matemáticos desarrollaron el marco estadístico de la genética de poblaciones, incorporando explicaciones genéticas al estudio de evolución.

Una vez establecidos los patrones básicos de herencia genética, muchos biólogos recurrieron a investigaciones sobre la naturaleza física del gen. En la década de 1940 y principios de la de 1950, los experimentos señalaron que el ADN era la porción de los cromosomas (y quizás otras nucleoproteínas) que contenía genes. La atención a nuevos organismos modelo, como virus y bacterias, junto con el descubrimiento de la estructura de doble hélice del ADN en 1953, marcó la transición a la era de la genética molecular.

En los años siguientes, los químicos desarrollaron técnicas para secuenciar ácidos nucleicos y proteínas, mientras que muchos otros descubrieron la relación entre estas dos formas de moléculas biológicas y descubrieron el código genético. La regulación de la expresión genética se convirtió en una cuestión central en la década de 1960; en la década de 1970 la expresión genética podía controlarse y manipularse mediante ingeniería genética. En las últimas décadas del siglo XX, muchos biólogos se centraron en proyectos genéticos a gran escala, como la secuenciación de genomas completos.

Ideas anteriores a Mendel sobre la herencia

Teorías antiguas

Las primeras teorías de la herencia más influyentes fueron las de Hipócrates y Aristóteles. Hipócrates' La teoría (posiblemente basada en las enseñanzas de Anaxágoras) era similar a las ideas posteriores de Darwin sobre la pangénesis, que involucraban material hereditario que se acumula en todo el cuerpo. Aristóteles sugirió en cambio que el principio (no físico) dador de forma de un organismo se transmitía a través del semen (que él consideraba una forma purificada de sangre) y la sangre menstrual de la madre, que interactuaba en el útero para dirigir un organismo. #39;desarrollo temprano. Tanto para Hipócrates como para Aristóteles (y para casi todos los eruditos occidentales hasta finales del siglo XIX) la herencia de caracteres adquiridos era un hecho supuestamente bien establecido que cualquier teoría adecuada de la herencia tenía que explicar. Al mismo tiempo, se consideraba que las especies individuales tenían una esencia fija; tales cambios heredados fueron meramente superficiales. El filósofo ateniense Epicuro observó familias y propuso la contribución de hombres y mujeres de caracteres hereditarios ("átomos de esperma"), notó tipos de herencia dominantes y recesivos y describió la segregación y la distribución independiente de "átomos de esperma". #34;.

En el siglo IX d.C., el escritor afroárabe Al-Jahiz consideró los efectos del medio ambiente en la probabilidad de que un animal sobreviva. En el año 1000 EC, el médico árabe Abu al-Qasim al-Zahrawi (conocido como Albucasis en Occidente) fue el primer médico en describir claramente la naturaleza hereditaria de la hemofilia en su Al-Tasrif. En 1140 EC, Judah HaLevi describió rasgos genéticos dominantes y recesivos en The Kuzari.

Teoría de la preformación

La teoría de la preformación es una teoría biológica del desarrollo, que fue representada en la antigüedad por el filósofo griego Anaxágoras. Reapareció en la época moderna en el siglo XVII y luego prevaleció hasta el siglo XIX. Otro término común en aquella época era teoría de la evolución, aunque "evolución" (en el sentido de desarrollo como proceso puro de crecimiento) tenía un significado completamente diferente al actual. Los preformistas suponían que todo el organismo se preformaba en el espermatozoide (animalkulismo) o en el óvulo (ovismo u ovulismo) y sólo tenía que desplegarse y crecer. A esto se opuso la teoría de la epigénesis, según la cual las estructuras y órganos de un organismo sólo se desarrollan durante el desarrollo individual (ontogenia). La epigénesis había sido la opinión dominante desde la antigüedad y hasta el siglo XVII, pero luego fue reemplazada por ideas preformistas. Desde el siglo XIX, la epigénesis volvió a establecerse como una visión válida hasta el día de hoy.

Sistemática vegetal e hibridación

En el siglo XVIII, con un mayor conocimiento de la diversidad de plantas y animales y el consiguiente mayor enfoque en la taxonomía, comenzaron a aparecer nuevas ideas sobre la herencia. Linneo y otros (entre ellos Joseph Gottlieb Kölreuter, Carl Friedrich von Gärtner y Charles Naudin) llevaron a cabo extensos experimentos con hibridación, especialmente híbridos entre especies. Los hibridadores de especies describieron una amplia variedad de fenómenos de herencia, incluida la esterilidad de los híbridos y la alta variabilidad de los retrocruzamientos.

Los fitomejoradores también estaban desarrollando una variedad de variedades estables en muchas especies de plantas importantes. A principios del siglo XIX, Augustin Sageret estableció el concepto de dominancia, reconociendo que cuando se cruzan algunas variedades de plantas, ciertas características (presentes en uno de los padres) suelen aparecer en la descendencia; También descubrió que algunas características ancestrales que no se encuentran en ninguno de los padres pueden aparecer en la descendencia. Sin embargo, los fitomejoradores hicieron pocos intentos por establecer una base teórica para su trabajo o por compartir sus conocimientos con los trabajos actuales de fisiología, aunque Gartons Agriculture Plant Breeders en Inglaterra explicaron su sistema.

Mendel

Entre 1856 y 1865, Gregor Mendel llevó a cabo experimentos de mejoramiento utilizando la planta de guisante Pisum sativum y rastreó los patrones de herencia de ciertos rasgos. A través de estos experimentos, Mendel vio que los genotipos y fenotipos de la progenie eran predecibles y que algunos rasgos eran dominantes sobre otros. Estos patrones de herencia mendeliana demostraron la utilidad de aplicar la estadística a la herencia. También contradijeron las teorías del siglo XIX sobre la herencia mixta y mostraron, más bien, que los genes permanecen discretos a lo largo de múltiples generaciones de hibridación.

A partir de su análisis estadístico, Mendel definió un concepto que describió como carácter (que en su opinión también se aplica al "determinante de ese carácter"). En sólo una frase de su artículo histórico, utilizó el término "factores" para designar el "material creador" el personaje: " Por lo que respecta a la experiencia, en todos los casos se confirma que sólo se puede formar una descendencia constante cuando los óvulos y el polen fecundante no se parecen al personaje, de modo que ambos reciben el material para crear individuos bastante similares, como es el caso del Es el caso de la fertilización normal de especies puras. Por lo tanto, debemos considerar seguro que factores exactamente similares deben actuar también en la producción de las formas constantes en las plantas híbridas."(Mendel, 1866).

La obra de Mendel se publicó en 1866 como "Versuche über Pflanzen-Hybriden" (Experimentos sobre hibridación de plantas) en el Verhandlungen des Naturforschenden Vereins zu Brünn (Actas de la Sociedad de Historia Natural de Brünn), tras dos conferencias que dio sobre el trabajo a principios de 1865.

Post-Mendel, antes del redescubrimiento

Pangénesis

El trabajo de Mendel se publicó en una revista científica relativamente oscura y no recibió ninguna atención en la comunidad científica. En cambio, las discusiones sobre los modos de herencia fueron galvanizadas por la teoría de la evolución por selección natural de Darwin, en la que parecían ser necesarios mecanismos de herencia no lamarckianos. La propia teoría de la herencia de Darwin, la pangénesis, no encontró un gran grado de aceptación. Se desarrolló una versión más matemática de la pangénesis, que eliminó gran parte de los vestigios lamarckianos de Darwin, como la versión "biométrica" Escuela de herencia del primo de Darwin, Francis Galton.

Germoplasma

En 1883, August Weismann realizó experimentos con ratones reproductores cuyas colas habían sido extirpadas quirúrgicamente. Sus resultados (que extirpar quirúrgicamente la cola de un ratón no tenía ningún efecto sobre la cola de su descendencia) desafiaron las teorías de la pangénesis y el lamarckismo, que sostenían que los cambios en un organismo durante su vida podían ser heredados por sus descendientes. Weismann propuso la teoría de la herencia del plasma germinal, que sostenía que la información hereditaria se transportaba únicamente en los espermatozoides y los óvulos.

Redescubrimiento de Mendel

Hugo de Vries se preguntó cuál podría ser la naturaleza del germoplasma y, en particular, se preguntó si el germoplasma se mezclaba como pintura o si la información se transportaba en paquetes discretos que permanecían intactos. En la década de 1890 estaba realizando experimentos de mejoramiento con una variedad de especies de plantas y en 1897 publicó un artículo sobre sus resultados que afirmaba que cada rasgo heredado estaba gobernado por dos partículas discretas de información, una de cada padre, y que estas partículas se transmitían intacto hasta la próxima generación. En 1900 estaba preparando otro artículo sobre sus resultados posteriores cuando un amigo le mostró una copia del artículo de Mendel de 1866, quien pensó que podría ser relevante para el trabajo de De Vries. Siguió adelante y publicó su artículo de 1900 sin mencionar la prioridad de Mendel. Más tarde, ese mismo año, otro botánico, Carl Correns, que había estado realizando experimentos de hibridación con maíz y guisantes, estaba buscando en la literatura experimentos relacionados antes de publicar sus propios resultados cuando encontró el artículo de Mendel, que tenía resultados similares a su propia. Correns acusó a De Vries de apropiarse de la terminología del artículo de Mendel sin darle crédito ni reconocer su prioridad. Al mismo tiempo, otro botánico, Erich von Tschermak, estaba experimentando con el cultivo de guisantes y obteniendo resultados como los de Mendel. Él también descubrió el artículo de Mendel mientras buscaba en la literatura trabajos relevantes. En un artículo posterior, De Vries elogió a Mendel y reconoció que sólo había ampliado su trabajo anterior.

Aparición de la genética molecular

Después del redescubrimiento de la obra de Mendel hubo una disputa entre William Bateson y Pearson sobre el mecanismo hereditario, resuelta por Ronald Fisher en su obra "La correlación entre parientes sobre la suposición de la herencia mendeliana&#34 ;.

En 1910, Thomas Hunt Morgan demostró que los genes residen en cromosomas específicos. Más tarde demostró que los genes ocupan ubicaciones específicas en el cromosoma. Con este conocimiento, Alfred Sturtevant, miembro de la famosa sala de moscas de Morgan, utilizando Drosophila melanogaster proporcionó el primer mapa cromosómico de cualquier organismo biológico. En 1928, Frederick Griffith demostró que los genes podían transferirse. En lo que ahora se conoce como el experimento de Griffith, las inyecciones en un ratón de una cepa mortal de bacteria que había sido eliminada por calor transfirieron información genética a una cepa segura de la misma bacteria, matando al ratón.

Una serie de descubrimientos posteriores (por ejemplo) llevaron a la comprensión décadas más tarde de que el material genético está compuesto de ADN (ácido desoxirribonucleico) y no, como se creía hasta entonces, de proteínas. En 1941, George Wells Beadle y Edward Lawrie Tatum demostraron que las mutaciones en los genes provocaban errores en pasos específicos de las vías metabólicas. Esto demostró que genes específicos codifican proteínas específicas, lo que lleva a la expresión "un gen, una enzima". hipótesis. Oswald Avery, Colin Munro MacLeod y Maclyn McCarty demostraron en 1944 que el ADN contiene la información del gen. En 1952, Rosalind Franklin y Raymond Gosling produjeron un patrón de difracción de rayos X sorprendentemente claro que indicaba una forma helicoidal. Utilizando estos rayos X e información ya conocida sobre la química del ADN, James D. Watson y Francis Crick demostraron la estructura molecular del ADN en 1953. En conjunto, estos descubrimientos establecieron el dogma central de la biología molecular, que afirma que las proteínas se traducen a partir de ARN que a su vez se transcribe a través del ADN. Desde entonces se ha demostrado que este dogma tiene excepciones, como la transcripción inversa en los retrovirus.

En 1947, Salvador Luria descubrió la reactivación de fagos irradiados, lo que llevó a muchos estudios adicionales sobre los procesos fundamentales de reparación del daño del ADN (para una revisión de los primeros estudios, ver). En 1958, Meselson y Stahl demostraron que el ADN se replica de forma semiconservadora, lo que llevó a comprender que cada una de las hebras individuales del ADN bicatenario sirve como plantilla para la síntesis de nuevas hebras. En 1960, Jacob y sus colaboradores descubrieron el operón, que consta de una secuencia de genes cuya expresión está coordinada por el operador ADN. En el período 1961 – 1967, a través del trabajo en varios laboratorios diferentes, se determinó la naturaleza del código genético (p. ej.).

En 1972, Walter Fiers y su equipo de la Universidad de Gante fueron los primeros en determinar la secuencia de un gen: el gen de la proteína de cubierta del bacteriófago MS2. Richard J. Roberts y Phillip Sharp descubrieron en 1977 que los genes se pueden dividir en segmentos. Esto llevó a la idea de que un gen puede producir varias proteínas. La secuenciación exitosa de muchos organismos' genomas ha complicado la definición molecular del gen. En particular, los genes no siempre se encuentran uno al lado del otro en el ADN como cuentas discretas. En cambio, las regiones del ADN que producen distintas proteínas pueden superponerse, de modo que surge la idea de que "los genes son un largo continuo". Walter Gilbert planteó por primera vez en 1986 la hipótesis de que ni el ADN ni las proteínas serían necesarios en un sistema tan primitivo como el de una etapa muy temprana de la Tierra si el ARN pudiera servir como catalizador y como procesador de almacenamiento de información genética.

El estudio moderno de la genética a nivel del ADN se conoce como genética molecular y la síntesis de la genética molecular con la evolución darwiniana tradicional se conoce como síntesis evolutiva moderna.