Los guisantes de Mendel: el nacimiento de la genética

Una cálida tarde del verano de 1857, un fraile agustino de complexión robusta se arrodillaba en el largo jardín de la abadía de Santo Tomás en Brünn, una ciudad de provincias de lo que entonces era el Imperio austríaco y hoy es Brno, en la República Checa. Iba atando pequeñas etiquetas de papel alrededor de las vainas de las plantas de guisante, recortando las anteras con un pincel fino antes de que pudieran soltar su propio polen, y depositando con cuidado el polen de una planta sobre el estigma de otra. En un cuaderno anotaba los recuentos de la descendencia, una cifra tras otra, una estación tras otra. Su nombre era Gregor Mendel, y los números que escribió en aquel jardín se convertirían, medio siglo después de su muerte, en el fundamento de toda una ciencia.

Lo que hace notable la escena es lo poco que se parecía a una revolución. Los naturalistas llevaban siglos cruzando plantas y criando animales, y los resultados siempre habían salido como una especie de borrón, descendientes que parecían mezclar a sus progenitores de maneras impredecibles. Mendel hizo algo distinto, y la diferencia no estaba en sus manos sino en su cabeza. Trató la herencia como un problema de aritmética, y cuando las respuestas regresaron en forma de proporciones limpias de números enteros, había encontrado algo que nadie había visto antes: que la herencia sigue reglas, y que esas reglas pueden escribirse.

Por qué un físico contaba guisantes

Mendel no era, por formación, botánico. Había estudiado física y matemáticas en la Universidad de Viena, donde uno de sus maestros fue Christian Doppler, el hombre cuyo nombre va unido al cambio de tono que se oye cuando pasa una sirena. Aquel bagaje importó enormemente. Mendel se acercaba a los seres vivos con los instintos de un físico, buscando cantidades medibles y patrones reproducibles en lugar de tendencias vagas, y precisamente por eso su trabajo tuvo éxito allí donde tantos esfuerzos anteriores habían fracasado.

Su elección de organismo fue igualmente deliberada. Se decidió por el guisante de jardín, Pisum sativum, una planta con varias propiedades convenientes. Crece deprisa, produce mucha descendencia, normalmente se autopoliniza de modo que los linajes se mantienen puros salvo que el experimentador intervenga, y tiene flores fáciles de manipular a mano. Igual de importante, Mendel optó por seguir siete caracteres que se presentaban en formas marcadamente contrastadas y sin término medio: semillas redondas frente a rugosas, semillas amarillas frente a verdes, flores moradas frente a blancas, y así sucesivamente. Como cada carácter era una cosa o claramente la otra, podía clasificar la descendencia en categorías discretas y contarla. Otros naturalistas habían cruzado plantas durante siglos y obtenido una papilla; Mendel obtuvo números, y los números resultaron significar algo.

La primera regla: una forma oculta a la otra

Empecemos por el experimento más sencillo. Mendel tomó una línea de guisantes que se reproducía fielmente como morada, lo que significa que, dejada autopolinizarse, producía solo descendencia de flores moradas generación tras generación, y la cruzó con una línea que se reproducía fielmente como blanca. El sentido común, y la idea entonces dominante de la herencia por mezcla, predecían algo intermedio, quizá un lavanda pálido. No fue eso lo que ocurrió. Todas las plantas de la primera generación de descendencia, que los biólogos llaman F1, eran moradas. El blanco había desaparecido por completo.

Este es el primer principio de Mendel, la ley de la dominancia. Cuando un organismo lleva dos versiones distintas del mismo factor hereditario, una versión, la dominante, se expresa plenamente en el carácter visible, mientras que la otra, la recesiva, queda oculta a la vista. En nuestro ejemplo, el factor para el morado es dominante sobre el factor para el blanco. El factor de la flor blanca no ha sido destruido ni diluido, como veremos enseguida, pero en presencia del factor morado sencillamente no se muestra. El resultado visible depende de qué factor domina, no de algún promedio de los dos.

La segunda regla: la forma oculta regresa

Aquí dio su fruto el genio de Mendel para seguir los números. Dejó que aquellas plantas F1 uniformemente moradas se autopolinizaran y contó su descendencia, la generación F2. Las flores blancas reaparecieron. De cada cuatro plantas, aproximadamente tres eran moradas y una era blanca, una proporción cercana a tres a uno. El carácter recesivo había sido transportado en silencio a través de la generación F1 morada y luego resurgió, intacto, en la siguiente.

Para explicarlo, Mendel razonó que cada planta lleva dos copias del factor hereditario de cada carácter, una heredada de cada progenitor, y que las dos copias se separan cuando la planta forma sus células reproductoras, de modo que cada grano de polen y cada óvulo lleva solo una copia. Esta es la ley de la segregación. Hoy usamos la palabra alelo para las versiones alternativas de un gen, y conocemos el mecanismo físico que Mendel solo podía deducir: la segregación ocurre durante la meiosis, la división celular especializada que forma los gametos, cuando los cromosomas emparejados que portan genes equivalentes son arrastrados hacia polos opuestos de la célula. Cada gameto termina con un único alelo, elegido al azar de la pareja, y la fecundación vuelve a reunir dos alelos en la descendencia.

Leyendo las proporciones: el cuadro de Punnett

La contabilidad que hay detrás de estas proporciones se ve más fácilmente en un diagrama ideado por el genetista inglés Reginald Punnett hacia 1905, varias décadas después del trabajo de Mendel pero indispensable para enseñarlo. Un cuadro de Punnett es una sencilla cuadrícula en la que los gametos posibles de un progenitor encabezan las filas, los gametos posibles del otro progenitor encabezan las columnas, y cada casilla de la cuadrícula muestra una combinación posible en la descendencia.

Usemos la A mayúscula para el alelo dominante y la a minúscula para el recesivo. Las plantas F1 moradas de Mendel llevaban cada una uno de cada tipo, un genotipo que se escribe Aa y se llama heterocigótico, lo que significa que tiene dos alelos distintos. Cuando una planta así forma gametos, la segregación envía la A a la mitad de ellos y la a a la otra mitad. Cruza dos de estos heterocigotos, Aa con Aa, y el cuadro tiene cuatro casillas: una AA, dos Aa y una aa. Es decir, una proporción de genotipos de 1 AA a 2 Aa a 1 aa. Ahora apliquemos la dominancia para leer las apariencias. La AA y las dos Aa muestran todas el carácter dominante, porque cada una de ellas lleva al menos una A, mientras que solo la única planta aa muestra el carácter recesivo. Tres dominantes por uno recesivo: exactamente la proporción que Mendel contó en su jardín. El diagrama y los datos coinciden, y el carácter recesivo que parecía desaparecer en la F1 queda plenamente justificado en la F2.

Dos caracteres a la vez: la segregación independiente

Mendel no se detuvo en un solo carácter. Se preguntó qué ocurre cuando se siguen dos caracteres a la vez, digamos la forma de la semilla y el color de la semilla, en lo que se llama un cruce dihíbrido. Cruzó plantas que eran heterocigóticas para ambos, con el genotipo AaBb, donde A y a gobiernan un carácter y B y b gobiernan otro. Si los dos caracteres se heredan independientemente el uno del otro, una planta que forma gametos debería repartir su alelo A-o-a sin tener en cuenta qué alelo B-o-b lo acompaña, produciendo cuatro tipos de gametos en igual medida.

Al desarrollar esto en un cuadro de Punnett mayor, dieciséis casillas en total, surge un patrón llamativo en la F2: nueve plantas que muestran ambos caracteres dominantes, tres que muestran el primer carácter dominante con el segundo recesivo, tres que muestran lo contrario, y una que muestra ambos caracteres recesivos. Esta proporción de nueve a tres a tres a uno es la firma del tercer principio de Mendel, la ley de la segregación independiente, que sostiene que los alelos para caracteres distintos se distribuyen a los gametos con independencia unos de otros. La genética moderna añade una salvedad que Mendel no pudo conocer. La segregación independiente se cumple limpiamente solo cuando los dos genes están en cromosomas distintos, o lo bastante alejados en el mismo cromosoma; los genes que están próximos entre sí tienden a heredarse como una unidad, un fenómeno llamado ligamiento. Los siete caracteres de Mendel resultaron comportarse lo bastante bien como para revelar la regla, una pieza de buena fortuna que ha suscitado alguna que otra especulación sobre la suerte que realmente tuvo.

Genotipo, fenotipo y los casos que tuercen las reglas

Dos términos organizan todo lo anterior. El genotipo es la combinación particular de alelos que un organismo lleva, la constitución genética oculta; el fenotipo es el carácter observable que de ella resulta, lo que realmente se puede ver en la planta. La gran intuición de Mendel fue que un mismo fenotipo puede ocultar genotipos distintos, ya que tanto AA como Aa se ven moradas, y que el genotipo oculto vuelve a manifestarse en generaciones posteriores según proporciones predecibles.

La relación entre genotipo y fenotipo no siempre es tan ordenada como hacían parecer los siete caracteres de los guisantes de Mendel, y la honestidad intelectual exige decirlo. En algunos organismos un heterocigoto muestra un intermedio mezclado, como en un cruce de dragoncillos rojos y blancos que da flores rosas, un patrón llamado dominancia incompleta. En otros, ambos alelos se expresan plenamente y lado a lado, como en el grupo sanguíneo humano AB, que es codominancia. Muchos caracteres, entre ellos la estatura y el color de la piel humanos, están gobernados por muchos genes que actúan en conjunto, lo que se llama herencia poligénica, y producen gradaciones suaves en lugar de categorías nítidas. Y un solo gen puede afectar a varios caracteres aparentemente no relacionados a la vez, un fenómeno conocido como pleiotropía. Ninguno de estos casos derriba a Mendel; lo amplían. Sus leyes describen fielmente el comportamiento de los genes individuales, y las complicaciones surgen de cómo los genes se combinan e interactúan.

Los artículos que nadie leyó, y el año en que los encontraron

Mendel presentó sus resultados a la Sociedad de Ciencias Naturales de Brünn en dos veladas, el ocho de febrero y el ocho de marzo de 1865, y su artículo completo, Versuche über Pflanzenhybriden, o Experimentos sobre híbridos de plantas, apareció al año siguiente en las actas de la sociedad. Después no ocurrió casi nada. El artículo fue citado solo un puñado de veces en las tres décadas siguientes. Mendel, ascendido a abad en 1868 y cada vez más cargado de administración y de una disputa fiscal con el gobierno, dejó en buena medida de lado su investigación. Murió en 1884, con su descubrimiento todavía esencialmente sin leer por el mundo científico más amplio.

El giro llegó en la primavera de 1900. Tres botánicos, trabajando de forma independiente y en tres países distintos, llegaron a las mismas leyes de la herencia y luego, al rastrear la bibliografía, cada uno dio con el olvidado artículo de Mendel y lo reconoció. Hugo de Vries en Ámsterdam, Carl Correns en Tubinga y Erich von Tschermak en Viena publicaron todos en ese único año. La simultaneidad es una de las coincidencias más célebres de la historia de la ciencia, y rescató un gran descubrimiento treinta y cuatro años después de su publicación y dieciséis años después de la muerte de su autor. En cinco años el biólogo inglés William Bateson había dado nombre al nuevo campo: genética.

Por qué dominante no significa más fuerte

Una idea equivocada merece liquidarse directamente, porque es el error más persistente sobre la genética mendeliana. La gente suele suponer que un alelo dominante es más fuerte, más apto, más sano o más común en una población que uno recesivo. Nada de eso es cierto. La dominancia es una afirmación sobre una sola cosa, a saber, qué alelo determina el carácter visible en un heterocigoto, y no conlleva ninguna implicación sobre la frecuencia de un alelo ni sobre su efecto en la supervivencia. Hay muchísimos alelos recesivos extremadamente comunes, y muchísimos alelos dominantes raros y dañinos. La dominancia te dice qué aspecto tiene un organismo cuando lleva dos alelos distintos, y nada más que eso.

Conclusiones clave

Trabajando solo en el jardín de un monasterio desde finales de la década de 1850 hasta principios de la de 1860, Gregor Mendel cruzó más de 28.000 plantas de guisante y, al tratar la herencia como un problema de recuento, descubrió tres reglas que aún sostienen la genética clásica: la ley de la dominancia, según la cual un alelo puede enmascarar a otro en un heterocigoto, de modo que los cruces de morado por blanco dan descendencia toda morada; la ley de la segregación, según la cual los dos alelos de un carácter se separan durante la formación de los gametos (hoy se entiende que ocurre en la meiosis) y se recombinan en la fecundación, produciendo la proporción de tres a uno que devuelve los caracteres recesivos ocultos en la F2; y la ley de la segregación independiente, según la cual genes distintos se transmiten de forma independiente, dando la proporción de nueve a tres a tres a uno de un cruce dihíbrido, aunque solo para genes en cromosomas distintos. El cuadro de Punnett hace visibles estas proporciones, y la distinción entre genotipo y fenotipo explica por qué una misma apariencia puede ocultar composiciones genéticas distintas, aun cuando la dominancia incompleta, la codominancia, la herencia poligénica y la pleiotropía muestren que el cuadro es más rico de lo que sugerían siete caracteres de guisante. Publicado en 1866 e ignorado durante treinta y cuatro años, el trabajo de Mendel fue redescubierto en 1900 por de Vries, Correns y Tschermak, bautizado como genética por Bateson poco después, y sigue siendo, con el recordatorio de que dominante nunca significa más fuerte, el fundamento cuantitativo sobre el que se construyó la ciencia moderna de la herencia.