La herencia biológica es el proceso mediante el cual la descendencia de una célula o de un organismo recibe la dote genética de sus progenitores. El estudio de los genes y de cómo estos son transmitidos de una generación a otra es el campo de estudio de la genética de la herencia.
La herencia puede definirse como la similitud entre los progenitores y sus descendientes, pero este término también engloba las diferencias inherentes a la variación genética que ocurre durante la reproducción.
La herencia biológica es uno de los atributos más significativos de las células vivientes y, por ende, de los organismos multicelulares, pues significa la capacidad de transmitir propiedades y características determinadas por sucesivas generaciones, colaborando con los mecanismos adaptativos y de selección natural.
Muchos autores son de la opinión de que el hombre se ha familiarizado son los conceptos básicos de la herencia biológica desde hace miles de años, cuando comenzaron los procesos de domesticación de plantas y animales y, seleccionando las características que consideró más importantes, realizó cruces para obtener descendencias que conservaran dichas características.
No obstante, nuestra comprensión actual de los fundamentos físicos y moleculares de la herencia es relativamente reciente, pues estos no se dilucidaron sino hasta principios del siglo XX, cuando la comunidad científica dio con la teoría cromosómica de la herencia.
A pesar de lo anterior, los principios de la heredabilidad de los rasgos o caracteres fueron analizados con cierta profundidad algunos años antes por Gregorio Mendel, quien es considerado en la actualidad como el “padre de la herencia”.
Es importante mencionar que tanto antes como después de la formulación de esta teoría cromosómica de la herencia, muchos otros descubrimientos tuvieron una importancia trascendental para nuestra comprensión moderna de la genética de los seres vivos. Entre estos podría mencionarse el aislamiento y la caracterización de los ácidos nucleicos, el descubrimiento y el estudio de los cromosomas, entre otros.
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Teoría de la herencia biológica
Los fundamentos básicos de la herencia fueron propuestos inicialmente por el monje austriaco Gregorio Mendel (1822-1884) en el año 1856.
Mendel comprendió, a partir de los experimentos que realizó con cruces de plantas de guisantes, que tanto las semejanzas como las diferencias entre los progenitores y sus descendientes podían explicarse por una transmisión mecánica de unidades hereditarias discretas, es decir, de los genes.
Esto sentó las bases para el entendimiento de la genética moderna, pues se supo que la razón de la heredabilidad de los caracteres se debía a la transferencia física de los genes en los cromosomas a través de la reproducción (sexual o asexual).
De acuerdo con los resultados que obtuvo, Mendel formuló las “leyes de la herencia” que son vigentes en la actualidad para algunos caracteres:
– Ley de la segregación: sostiene que los genes presentan formas “alternativas” conocidas como alelos y que influyen directamente sobre el fenotipo (características visibles).
– Ley de la herencia independiente: implica que la herencia de un rasgo es independiente de la de otro, aunque esto no es del todo cierto para muchas características.
Thomas Morgan en 1908, estudiando la genética de la mosca de la fruta, Drosophila melanogaster, demostró que la herencia de los fenotipos ocurría tal y como había sido descrito previamente por Mendel. Además, fue él quien dilucidó que las unidades de la herencia (los genes) se transmitían a través de los cromosomas.
Así pues, y gracias a la participación de muchos otros investigadores, hoy sabemos que la herencia biológica se da gracias a la transmisión de las unidades hereditarias contenidas en los cromosomas, bien sea en los cromosomas autosómicos, sexuales o plastídicos (en los eucariotas).
La expresión o la aparición de un fenotipo determinado depende de las características del genotipo (dominancia y recesividad).
Conceptos básicos
Para entender cómo funcionan los mecanismos de la herencia biológica es necesario comprender algunos conceptos fundamentales.
A pesar de que no todos los rasgos heredados se deben a la secuencia de nucleótidos que componen al ADN de cada organismo, cuando nos referimos a la herencia biológica, generalmente estamos hablando de la transmisión de la información contenida en los genes.
Gen
Un gen se define, entonces, como la unidad física fundamental de la herencia y se trata de una secuencia de ADN definida, que contiene toda la información necesaria para la expresión de algún rasgo o característica en un ser vivo.
Alelos
Los genes pueden tener más de una forma, producto de pequeñas variaciones en la secuencia que los caracteriza; las formas alternativas de un mismo gen se conocen como alelos.
Usualmente los alelos se definen de acuerdo con las características fenotípicas que confieren y, en una población, es común encontrar múltiples alelos para el mismo gen.
Un mamífero, por ejemplo, hereda de sus padres dos alelos de cada gen, uno proviene de su madre y otro de su padre. Aquel alelo del genotipo que siempre se expresa en el fenotipo se denomina alelo dominante, mientras que el que se mantiene “silente” (del que no se observan características fenotípicas) se conoce como alelo recesivo.
En algunos casos puede darse que ambos alelos se expresen, generando la aparición de un fenotipo intermedio, por lo que estos se llaman en conjunto alelos codominantes.
Homocigosis y heterocigosis
Cuando un individuo hereda de sus progenitores dos alelos iguales, sean los dos dominantes o recesivos, este se conoce, genéticamente hablando, como homocigoto para dichos alelos. Cuando, por otra parte, un individuo hereda de sus progenitores dos alelos diferentes, uno dominante y otro recesivo, este se denomina heterocigoto para dichos alelos.
Cromosomas
Los genes de los organismos procariotas y eucariotas se encuentran en unas estructuras conocidas como cromosomas. En los procariotas, las células que no poseen núcleo, normalmente existe un solo cromosoma; este se compone de ADN asociado con algunas proteínas, tiene forma circular y está sumamente enrollado.
Los eucariotas, las células que tienen núcleo, poseen uno o más cromosomas, dependiendo de la especie, y estos están compuestos por un material denominado cromatina. La cromatina de cada cromosoma consiste en una molécula de ADN asociada estrechamente con cuatro tipos de proteínas llamadas histonas, que facilitan su compactación dentro del núcleo.
En los eucariotas existe más de un tipo de cromosoma. Están los nucleares, los mitocondriales y los cloroplastídicos (restringidos a los organismos fotosintéticos). Los cromosomas nucleares son autosómicos y sexuales (los que especifican el sexo).
Ploidía
La ploidía en el número completo de “juegos” de cromosomas que tiene una célula. Los seres humanos, por ejemplo, al igual que todos los mamíferos y gran cantidad de animales, poseen dos juegos de cromosomas, uno proveniente del padre y otro de la madre, por lo tanto, se dice de sus células que son diploides.
Haploides y poliploides
Aquellos individuos y/o células que poseen un solo juego de cromosomas se conocen como haploides, entretanto los organismos que tienen más de dos juegos cromosómicos son, en conjunto, poliploides (triploides, tetraploides, hexaploides y así sucesivamente).
Gametos
En los organismos con reproducción sexual esta se da gracias a la fusión de dos células especializadas, producidas por dos individuos diferentes: un “macho” y una “hembra”. Estas células son los gametos; los machos producen espermatozoides (animales) o microsporas (plantas) y las hembras producen óvulos u ovocélulas.
Normalmente, la carga cromosómica de las células sexuales (gametos) es haploide, es decir, que estas células son producidas a través de una división celular que implica una reducción del número de cromosomas.
Genotipo
En un organismo vivo, el genotipo describe al conjunto de genes (con sus respectivos alelos) que codifican para algún rasgo o característica específica y que se distinguen de otros por una función o una secuencia determinada. Entonces, el genotipo representa la constitución alélica de un individuo.
Aunque generalmente se dice que el genotipo es lo que da lugar al fenotipo, es importante tener en cuenta que existen muchos factores ambientales y epigenéticos que pueden condicionar la aparición de un fenotipo.
Fenotipo
Fenotipo significa, literalmente, “la forma que se muestra”. Muchos textos lo definen como el conjunto de características visibles de un organismo que resultan tanto de la expresión de sus genes (genotipo) como de su interacción con el ambiente que lo rodea.
La mayor parte de los fenotipos son el producto de la acción concertada de más de un gen y un mismo gen puede participar en el establecimiento de más de un fenotipo específico.
¿Cómo se transmite la herencia genética?
La transmisión de los genes de los progenitores hacia sus descendientes ocurre en el ciclo celular a través de la mitosis y la meiosis.
En los procariotas, donde la reproducción ocurre principalmente por bipartición o fisión binaria, los genes son transferidos de una célula a sus descendientes por medio de la copia exacta de su cromosoma, que se segrega hacia la célula hija antes de que ocurra la división.
Los eucariotas pluricelulares, que se caracterizan generalmente por tener dos tipos de células (las somáticas y las sexuales), tienen dos mecanismos de transmisión o de herencia génica.
Las células somáticas, así como los organismos unicelulares más simples, cuando se dividen lo hacen por mitosis, lo que quiere decir que duplican su contenido cromosómico y segregan las copias hacia sus células hijas. Estas copias generalmente son exactas, por lo que las características de las células nuevas son equivalentes a la de las “progenitoras”.
Las células sexuales cumplen un papel fundamental para la reproducción sexual de los organismos pluricelulares. Estas células, también conocidas como gametos, son producidas por meiosis, que implica una división celular con una concomitante reducción de la carga cromosómica (son células haploides).
A través de la reproducción sexual, dos individuos pasan sus genes de una generación a otra al fusionar sus células gaméticas haploides y formar un nuevo individuo diploide que comparte características de ambos progenitores.
Ejemplos de herencia
Los ejemplos clásicos de la herencia biológica que se emplean en los textos didácticos para explicar este proceso se basan en distintos organismos “modelo”.
La mosca de la fruta (D. melanogaster) por ejemplo, uno de los modelos de estudio para los animales empleado por Thomas Morgan, suele tener ojos de color rojo. No obstante, durante sus experimentos, Morgan encontró un macho de ojos blancos y lo cruzó con una hembra de ojos rojos.
En vista de que el fenotipo “ojos rojos” es dominante en esta especie, el resultado de la primera generación de dicho cruce estuvo constituido por individuos de ojos rojos. Los cruces posteriores entre los individuos de la primera generación (F1) dieron como resultado una generación F2 en la cual aparecían ambos fenotipos.
Dado que los ojos blancos solo aparecieron en la F2 en una proporción cercana al 50% de los machos, Morgan supuso que se trataba de una “herencia ligada a un cromosoma sexual”.
Referencias
- Gardner, J. E., Simmons, J. E., & Snustad, D. P. (1991). Principal of Genetic. 8 ‘“Edition. John Wiley and Sons.
- Henderson, M. (2009). 50 genetics ideas you really need to know. Quercus Books.
- Solomon, E. P., Berg, L. R., & Martin, D. W. (2011). Biology (9th edn). Brooks/Cole, Cengage Learning: USA.
- Suzuki, D. T., & Griffiths, A. J. (1976). An introduction to genetic analysis. WH Freeman and Company.
- Watson, J. D. (2004). Molecular biology of the gene. Pearson Education India