La historia de la genética se remonta a la época clásica , con las 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 guisante, publicados en 1866, proporcionaron la evidencia inicial que, tras su redescubrimiento en la década de 1900, 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 la época moderna , el libro de William Harvey Sobre la generación animal contradecía las teorías de Aristóteles sobre la genética y la 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, en particular la mosca de la fruta Drosophila melanogaster . Liderados por Thomas Hunt Morgan y sus compañeros "drosófilos", los genetistas desarrollaron el modelo mendeliano , que fue ampliamente aceptado en 1925. Junto con el trabajo experimental, los matemáticos desarrollaron el marco estadístico de la genética de poblaciones , incorporando explicaciones genéticas al estudio de la evolución .
Una vez establecidos los patrones básicos de la herencia genética, muchos biólogos se volcaron a las investigaciones sobre la naturaleza física de los genes . En la década de 1940 y principios de la de 1950, los experimentos apuntaron al ADN como la porción de los cromosomas (y quizás otras nucleoproteínas) que contenía los genes. El enfoque en nuevos organismos modelo como los virus y las 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 tanto los ácidos nucleicos como las proteínas, mientras que muchos otros descifraron la relación entre estas dos formas de moléculas biológicas y descubrieron el código genético . La regulación de la expresión genética se convirtió en un tema 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.
Las teorías más influyentes sobre la herencia fueron las de Hipócrates y Aristóteles . La teoría de Hipócrates (posiblemente basada en las enseñanzas de Anaxágoras ) era similar a las ideas posteriores de Darwin sobre la pangénesis , que involucraba material hereditario que se acumulaba en todo el cuerpo. Aristóteles sugirió en cambio que el principio (no físico) que da forma a un organismo se transmitía a través del semen (que él consideraba una forma purificada de sangre) y la sangre menstrual de la madre, que interactuaban en el útero para dirigir el desarrollo temprano de un organismo. [1] Tanto para Hipócrates como para Aristóteles (y casi todos los eruditos occidentales hasta fines 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 eran meramente superficiales. [2] El filósofo ateniense Epicuro observó las familias y propuso la contribución tanto de los varones como de las mujeres a los caracteres hereditarios ("átomos de esperma"), advirtió los tipos de herencia dominantes y recesivos y describió la segregación y la distribución independiente de los "átomos de esperma". [3]
En el año 1000 d. C. , 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 . [4] En el año 1140 d. C., Judah HaLevi describió los rasgos genéticos dominantes y recesivos en El Kuzari . [5]
La teoría de la preformación es una teoría biológica del desarrollo, que fue presentada 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 esa época era la teoría de la evolución, aunque "evolución" (en el sentido de desarrollo como un proceso de crecimiento puro) tenía un significado completamente diferente al actual. Los preformistas asumieron que todo el organismo se preformó en el espermatozoide (animalkulismo) o en el óvulo (ovismo u ovulismo) y solo tenía que desarrollarse y crecer. Esto fue contrastado por la teoría de la epigénesis , según la cual las estructuras y órganos de un organismo solo se desarrollan en el curso del desarrollo individual ( ontogenia ). La epigénesis había sido la opinión dominante desde la antigüedad y hasta el siglo XVII, pero luego fue reemplazada por las ideas preformistas. A partir del siglo XIX, la epigénesis pudo establecerse nuevamente como una opinión válida hasta el día de hoy. [6] [7]
En el siglo XVIII, con el aumento del conocimiento sobre la diversidad de plantas y animales y el consiguiente aumento del interés por 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 experimentos exhaustivos con hibridación, especialmente híbridos entre especies. Los hibridadores de especies describieron una amplia variedad de fenómenos de herencia, incluida la esterilidad híbrida y la alta variabilidad de los retrocruces . [8]
Los fitomejoradores también estaban desarrollando una serie de variedades estables en muchas especies vegetales 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 progenitores) suelen aparecer en la descendencia; también descubrió que algunas características ancestrales que no se encuentran en ninguno de los progenitores pueden aparecer en la descendencia. Sin embargo, los fitomejoradores hicieron pocos intentos de establecer una base teórica para su trabajo o de compartir sus conocimientos con el trabajo actual de fisiología, [9] aunque Gartons Agricultural Plant Breeders en Inglaterra explicó su sistema. [10]
Entre 1856 y 1865, Gregor Mendel realizó experimentos de reproducción 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. [11] Estos patrones de herencia mendeliana demostraron la utilidad de aplicar la estadística a la herencia. También contradecían las teorías del siglo XIX sobre la herencia combinada , mostrando, más bien, que los genes permanecen discretos a través de múltiples generaciones de hibridación. [12]
A partir de su análisis estadístico, Mendel definió un concepto que describió como carácter (que en su opinión también es válido para "determinante de ese carácter"). En una sola frase de su artículo histórico, utilizó el término "factores" para designar el "material que crea" el carácter: "En la medida en que la experiencia nos lleva a la conclusión de que la progenie constante sólo puede formarse cuando los óvulos y el polen fecundante son iguales al carácter, de modo que ambos cuentan con el material para crear individuos completamente similares, como sucede con la fecundación normal de especies puras. Por lo tanto, debemos considerar como cierto que factores exactamente similares deben estar en funcionamiento también en la producción de formas constantes en las plantas híbridas" (Mendel, 1866).
El trabajo de Mendel se publicó en 1866 como "Versuche über Pflanzen-Hybriden" ( Experimentos sobre hibridación de plantas ) en las 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. [13 ]
El trabajo de Mendel fue publicado 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 impulsadas por la teoría de la evolución por selección natural de Darwin , en la que parecían requerirse mecanismos de herencia no lamarckianos . La propia teoría de la herencia de Darwin, la pangénesis , no tuvo un gran grado de aceptación. [14] [15] Una versión más matemática de la pangénesis, que abandonó gran parte de los remanentes lamarckianos de Darwin, fue desarrollada como la escuela "biométrica" de la herencia por el primo de Darwin, Francis Galton . [16]
En 1883, August Weismann realizó experimentos con ratones criados a los que se les había extirpado quirúrgicamente la cola. Sus resultados —que la extirpación quirúrgica de 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 que sufre un organismo durante su vida pueden 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. [17]
Hugo de Vries se preguntó cuál podría ser la naturaleza del plasma germinal y, en particular, se preguntó si el plasma germinal se mezclaba como la pintura o si la información se transportaba en paquetes discretos que permanecían intactos. En la década de 1890, estaba realizando experimentos de reproducción con una variedad de especies de plantas y en 1897 publicó un artículo sobre sus resultados en el que afirmaba que cada rasgo heredado estaba regido por dos partículas discretas de información, una de cada progenitor, y que estas partículas se transmitían intactas a la siguiente generación. En 1900, estaba preparando otro artículo sobre sus resultados posteriores cuando un amigo le mostró una copia del artículo de Mendel de 1866, pensando 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 se encontró con el artículo de Mendel, que tenía resultados similares a los suyos. 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 mejoramiento de guisantes y produciendo 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 solo había ampliado su trabajo anterior. [17]
Tras el redescubrimiento de la obra de Mendel se produjo una disputa entre William Bateson y Pearson sobre el mecanismo hereditario, resuelta por Ronald Fisher en su obra " La correlación entre parientes bajo la suposición de herencia mendeliana ".
En 1910, Thomas Hunt Morgan demostró que los genes residen en cromosomas específicos . Más tarde demostró que los genes ocupan lugares específicos 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 bacterias que habían sido eliminadas por calor transfirieron información genética a una cepa segura de la misma bacteria, matando al ratón.
Una serie de descubrimientos posteriores (p. ej. [18] ) llevaron a la constatación décadas después de que el material genético está hecho de ADN (ácido desoxirribonucleico) y no, como se creía ampliamente hasta entonces, de proteínas. En 1941, George Wells Beadle y Edward Lawrie Tatum demostraron que las mutaciones en los genes causaban errores en pasos específicos de las vías metabólicas . [19] Esto demostró que genes específicos codifican proteínas específicas, lo que llevó a la hipótesis de " un gen, una enzima ". [20] Oswald Avery , Colin Munro MacLeod y Maclyn McCarty demostraron en 1944 que el ADN contiene la información del gen. [21] 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 y la información ya conocida sobre la química del ADN, James D. Watson y Francis Crick demostraron la estructura molecular del ADN en 1953. [22] [23] Juntos, estos descubrimientos establecieron el dogma central de la biología molecular , que establece que las proteínas se traducen a partir del ARN que es transcrito por el 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 del fago irradiado [24], lo que condujo a muchos estudios adicionales sobre los procesos fundamentales de reparación del daño del ADN (para una revisión de los primeros estudios, consulte [25] ). En 1958, Meselson y Stahl demostraron que el ADN se replica de forma semiconservativa, lo que llevó a la comprensión de que cada una de las hebras individuales del ADN bicatenario sirve como plantilla para la síntesis de nuevas hebras. [26] En 1960, Jacob y colaboradores descubrieron el operón, que consiste en una secuencia de genes cuya expresión está coordinada por el operador ADN. [27] En el período 1961-1967, a través del trabajo en varios laboratorios diferentes, se determinó la naturaleza del código genético (por ejemplo, [28] ).
En 1972, Walter Fiers y su equipo de la Universidad de Ghent fueron los primeros en determinar la secuencia de un gen: el gen de la proteína de la cubierta del bacteriófago MS2 . [29] Richard J. Roberts y Phillip Sharp descubrieron en 1977 que los genes pueden dividirse en segmentos. Esto llevó a la idea de que un gen puede producir varias proteínas. La secuenciación exitosa de los genomas de muchos organismos 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 proteínas distintas pueden superponerse, de modo que surge la idea de que "los genes son un largo continuo ". [30] [31] Walter Gilbert formuló 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 tanto como catalizador 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 .
