El desafío de la genética del ADN recombinante y de la biología del desarrollo para la Teoría ...

12 Pages·2009·1.05 MB·Spanish

Aich. Biol. Med. Exp. 24: 425-436 (1991)
Printed in Chile
El desafío de la genética del ADN recombinante
y de la biología del desarrollo para la
Teoría Sintética de la Evolución*
The Synthetic Theory of Evolution challenged by
genetics of the recombinant DNA and developmental biology
OSVALDO A. REIG t
(GIBE, Departamento de Ciencias Biológicas, FCEyN, Universidad de Buenos Aires, Pabellón 2, 4o piso,
Ciudad Universitaria Núñez, 1428 Buenos Aires, Argentina, y Museo Nacional de Historia Natural,
José Gutiérrez Abascal 2, 28006 Madrid, España)
After a brief summary of the growth of evolutionary theory from Darwin up to the modern
synthetic theory of evolution, the principal postulates of the latter are analyzed. The analysis
is centered on populations as genetic pools, the source of variation and the nature of evo
lutionary change, the mainly externalist view of evolution by natural selection, the con
ception of the genome structure, the genetic determination of phenogenesis, the nature
of species, the microevolutionary view of speciation, and the reduction of macroevolution
to cummulative microevolution. The new conception of the genome emerging from DNA
recombination genetics, and the recent advances in evolutionary developmental biology,
obliges to modify most of those basic postulates of the synthetic theory, to an extent
that a new modern theory is emerging. The genome is now understood as a dynamic com
plex integrative system, capable of dramatic gene changes based on its own internal structure.
Split genes formed by informatic exons and non-informatic introns, the great amount of
highly repetitive DNA, multigenic families, transposable elements, all are genome ingredients
capable of generating by its own internal dynamics an unexpected amount of genetic va
riation which directly provokes changes in gene regulation of radical consequences for
evolution. Molecular drive is the main force in these changes, and it must be accounted
for ar least as important to evolution as is natural selection. Moreover, the growth of evo
lutionary embriology demonstrated that the genes are not the only responsible of mor
phology. In fact, they do not determine directly neither development nor shape. They
just produce proteins which regulate the expresión of other genes or morphogenetic factors
in a complex cycle of physico-chemical interactions. Temporal or spatial disruptions in
developmental programs are capable of generating new morphologies in one or a few steps.
Species are now more precisely defined as cohesive integrated systems, the separatedness
of which is not principally determined by reproductive isolation, but by constraints in
their developmental programs. Heterochrony is emerging as the main factor responsible
of new morphological plans, and thus, of new major taxa. The emphasis of the synthetic
theory in changes in frequencies of structural genes as the main factor in evolution, is now
displaced by a more integrative, more complex, hierarchical view of evolution, which is
hardly in need of a comprehensive new theory.
INTRODUCCIÓN realidad exterior al proceso del conoci
miento y que es el referente de la investi
Las teorías científicas son sistemas concep gación, entraña el reconocimiento del
tuales elaborados por quienes ejercen carácter dinámico y perfectible de las
la investigación para explicar la natura teorías, que sufren un permanente pro
leza, objeto del conocimiento en las cien ceso de maduración en su intento de
cias naturales. Este punto de partida obje- explicar con profundidad creciente los
tivista, que presupone la existencia de una fenómenos del ámbito de los sectores de
la realidad que son atendidos por las dis
tintas teorías.
* Conferencia inaugural. Reunión Anual de la Sociedad El carácter dinámico y perfectible de
de Genética de Chile. Concepción, Chile, 26-28 de
las teorías determina que su relación con
septiembre de 1991.
f Fallecido. la realidad dista mucho de responder a
426 REIG
una simetría especular estática. Lo que van suplantando a las explicaciones feno
prepondera es un proceso de transfor ménicas —o de caja negra— por explica
mación y perfeccionamiento permanente ciones que cada vez dan cuenta con mayor
de las teorías científicas en su intento de profundidad de los mecanismos causales
reflejar, con la mayor fidelidad alcanzable de los procesos y las estructuras de la rea
en cada momento, las características del lidad. Ese proceso de substitución no es
ámbito de lo real. Se trata de un proceso necesariamente gradual ni pacífico. En
perturbador que antagoniza a los científi traña conflictos teóricos a veces pugnaces
cos partidarios de concepciones alterna entre los que defienden los viejos para
tivas, a veces con pugnacidad y con pasión digmas heredados y los disidentes que se
más propia de creyentes fundamentalis- esfuerzan por un necesario cambio de
tas que de cultores de la racionalidad paradigmas. Pero el resultado de esa lucha
crítica. no culmina necesariamente en revoluciones
En la actualidad, la teoría de la evolu que dan por tierra con las adquisiciones his
ción constituye un caso muy típico de tóricas de las ciencias, sino que se traduce
conflicto entre distintas alternativas de más bien en nuevas síntesis de creciente
interpretación del proceso evolutivo. Gra- profundidad epistémica.
dualistas y discontinuistas, neutralistas La evolución de la teoría de la evolución
y panseleccionistas, reduccionistas y holis- ejemplifica adecuadamente esas luchas in
tas, externalistas e internalistas, partida terteóricas que culminaron en la formula
rios de las interrelaciones bióticas y de los ción de la versión neodarwinista hasta
cambios abióticos en la evolución de las hace poco dominante, conocida como la
comunidades, se ven enfrentados en arduas Nueva Síntesis, o Teoría Sintética de la Evo
discusiones que contraponen a los indivi lución. Esta versión comenzó a formularse
duos y las escuelas. En realidad, muchos en la década de 1930 y alcanzó su apogeo
de esos antagonismos parten de un vicio en la década de 1960. Desde la segunda
fundamentalista que impide advertir que mitad de esta última, se fueron alzando
la mayoría de las alternativas teóricas no progresivamente voces disidentes, que exi
son excluyentes, sino complementarias. gían reformulaciones parciales. Pero en los
Los antagonismos tienen una raíz psico- últimos quince años se ha desencadenado
social, surgen más de la resistencia de los un creciente descontento con el canon sin-
científicos a aceptar nuevos paradigmas teticista, que ha llegado al extremo de
que obligan a modificar viejas creencias, decretar su total abolición. Y si bien los
que del examen desapasionado y crítico extremistas no han tenido el eco que de
de las nuevas ideas y de los datos y resul seaban, este movimiento ha hecho advertir
tados experimentales que la sustentan. la necesidad de una profunda renovación
En cualquier forma, esos debates han de la teoría sintética, para incorporar los
contribuido al crecimiento y maduración notables avances en la comprensión de
de la teoría de la evolución. Las caracte los mecanismos evolutivos que provienen
rísticas del proceso de transformación fundamentalmente del terreno de la nueva
de las teorías científicas se han perfilado genética del ADN recombinante, de la
como un terreno fértil en la epistemo epigenética y la teoría molecular del desa
logía contemporánea de las ciencias natu rrollo embrionario, y de la reinterpreta
rales, existiendo al respecto un amplio ción de los patrones evolutivos revelados
debate. No es nuestro intento entrar a por el registro fósil. Nuestro próximo
discutir este problema, pero es pertinente análisis se referirá sucintamente a los
que enunciemos que nuestra posición se desafíos que debe afrontar la teoría evo
inclina por quienes sostienen que el pro lutiva contemporánea por parte de la
ceso de crecimiento y maduración de las nueva genética y de la teoría del desarrollo.
teorías se rige principalmente por la incor Pero antes será necesario caracterizar bre
poración de hipótesis y subteorías de ca vemente cómo surgió la teoría sintética
rácter crecientemente mecanístico, que y cuáles son sus premisas fundamentales.
LA TEORIA SINTETICA DE LA EVOLUCIÓN 427
LA ESTRUCTURACIÓN DE LA TEORÍA SINTÉTICA pasado la teoría evolutiva de Carlos Dar
win experimentó dos incorporaciones prin
La teoría sintética de la evolución toma sus cipales: la hipótesis de Weissman de la
orígenes en la fundamental contribución separación entre el plasma somático y el
de Carlos Darwin. Como ha sido reiterada plasma germinal, y la hipótesis de la espe-
mente señalado, la teoría de la evolución ciación por segregación espacial, formula
de Darwin contiene dos hipótesis funda da originalmente por Moritz Wagner y
mentales. La primera tiene antecedentes desarrollada por biólogos darwinistas como
en diversos autores predarwinianos y con Wallace, Remanes, Gulik y otros. Pero,
siste en la afirmación de que la diversidad paradójicamente, lo que sería la aporta
orgánica es el resultado de un proceso na ción teórica más importante a la teoría
tural de descendencia con modificación de la evolución." el redescubrimiento de
a partir de antecesores comunes. Se trata la teoría de la herencia de Mendel, fue in
de una hipótesis fenoménica que nada nos corporado originalmente a una teoría evo
dice sobre las causas y los mecanismos de lutiva no darwiniana: la teoría mutacionista
ese proceso de transformación divergente. patrocinada por Bateson, Johannsen, De
La segunda hipótesis es la selección natu Vries y T. H. Morgan, que oponía al gra-
ral, que constituye ya una explicación dualismo microevolutivo de Darwin la idea
mecanística. A través de la reproducción, de que las nuevas especies surgían por la
los organismos producen mayor descen fijación de variaciones discontinuas drás
dencia que las que alcanza la madurez ticas. También dentro de un contexto
sexual. Esta descendencia entraña varia originalmente no darwiniano se fue desa
bilidad, y el medio ambiente actúa selec rrollando, por impulso inicial de Morgan, la
tivamente, eliminando a las variantes que teoría cromosómica de la herencia, y todo
menos se ajustan a sus requerimientos, y el bagaje de posibilidades técnicas y teóri
escogiendo aquellas que presentan mayor cas que representó la genética de Droso-
aptitud para responder a las condiciones phila.
del medio. Mediante ese proceso sólo lle Pero durante la primera y segunda déca
gan a reproducirse los componentes más da del presente siglo la integración teórica
aptos de una determinada progenia, que, que significó la Teoría Sintética distó mu
a su vez, transmiten sus caracteres a su cho de plasmarse. Prevaleció en esas déca
nueva descendencia. Esta hipótesis pre das el antagonismo entre dos formas de
supone el surgimiento permanente de encarar el enfoque de la evolución: el de
variabilidad heredable. Para Darwin ella los naturalistas de tradición darwinista
consistía en pequeñas variaciones que se y el de los genetistas de laboratorio par
van acumulando gradualmente. Se sabe tidarios de la teoría mutacionista. La
muy bien que al no disponer de una teo teoría mendeliana de la herencia parecía
ría convincente de la herencia, Darwin incompatible con la variación individual
encontró dificultades en la defensa de continua gradual y acumulativa que era
su teoría, y realizó crecientes concesio requerida por el darwinismo. Un paso
nes a la hipótesis de Lamarck de la heren adelante decisivo para compatibilizar ambas
cia de los caracteres adquiridos. Quiero teorías lo constituyeron los estudios de
llamar la atención sobre un elemento Nilsson-Ehle, East y Castle, que sentaron
paradójico de la teoría de Darwin: a las bases de la explicación mendeliana de
pesar de que su teoría se expuso en un los caracteres continuos. Ya durante la
libro cuyo título es "El origen de las es década de 1920 los trabajos de zoólogos
pecies", su teoría de la selección natural como Chetvérikov, Sewall Wright, Ronald
no explica dicho origen, sino la descen Fischer y Haldane fueron desarrollando
dencia con modificación. Darwin no las bases de una rigurosa teoría matemática
creía en la existencia de las especies como que integraba el mendelismo y el seleccio-
entidades de la realidad: su posición ante nismo en el contexto del pensamiento po-
este asunto era nominalista. blacional, que adquirió su expresión fun
Durante las últimas décadas del siglo damental en la década de 1930 como la
428 REIG
teoría de la genética de poblaciones. Como cificidad irreductible de la macroevolución.
lo señaló acertadamente Mayr (en Mayr & La versión final dominante tiene un carác
Provine, 1980), lo que sucedió a fines de ter mucho más estrictamente seleccionista
la década del treinta fue una integración y adaptacionista, y niega la especificidad
de diferentes tradiciones en la investiga de la macroevolución, reduciéndola a la
ción, más que una revolución propiamente acumulación de los mismos procesos micro-
dicha, como lo requeriría la concepción evolutivos que operan en las poblaciones
kuhniana del desarrollo de las teorías naturales. Nos limitaremos a hacer una
científicas. Esta integración tuvo su pri breve síntesis de las ideas centrales de esta
mera presentación a través de Theodosius versión paradigmática final, que es la que
Dobzhansky, con su importantísima obra prepondera en la actualidad. Una versión
Genetics and the Origin of Species, apare crítica más detallada se encuentra en El-
cida en primera edición en 1937. En este dredge (1985).
libro se integran la teoría de la selección
natural de Darwin, la teoría de la herencia 1. Las poblaciones son reservónos génicos
de Mendel, la teoría cromosómica de la
herencia, la teoría de la genética de pobla La evolución es un proceso que opera en el
ciones y la teoría de la especiación geográ seno de las poblaciones naturales. Las po
fica. Como es bien sabido, en la década de blaciones se conciben como reservorios
1940 y 1950 aparecieron obras fundamen génicos, caracterizados por las frecuencias
tales de Julián Huxley (1940), E. Mayr génicas y genotípicas. Las poblaciones son
(1942), G. G. Simpson (1944), I. I. Schmal- sistemas de variabilidad genética. En ausen
hausen (1946), B. Rensch (1947), G. L. cia de factores de cambio evolutivo, las
Stebbins (1950), que consolidaron y ejem poblaciones mantienen estables sus frecuen
plificaron ampliamente la teoría sintética cias génicas y genotípicas.
de la evolución desde diversas disciplinas
biológicas. Como ejemplos ulteriores de la 2. Las fuentes de la variación y la
versión definitiva de la nueva síntesis, pue naturaleza del cambio evolutivo
den considerarse la obra de Simpson, de
1953, el influyente libro de Mayr sobre Las mutaciones de punto que modifican la
la especie (Mayr, 1963), el libro de Dobz constitución química de los genes estruc
hansky, de 1970, y el conocido texto de turales que codifican proteínas, las muta
Dobzhansky et al. (1977). ciones cromosómicas y la recombinación
de los genes a través de la reproducción
sexual proveen de una constante renova
PRINCIPALES PREMISAS DE LA TEORÍA SINTÉTICA ción de la variabilidad de los sistemas
poblacionales en sus frecuencias génicas
Stephen J. Gould (1983) realizó un intere y genotípicas. El análisis de los cambios
sante análisis en el que se demuestra que, a evolutivos se ha concentrado en las causas
través del tiempo y aún dentro de las con y el significado de las diferencias en fre
tribuciones de un mismo autor, la teoría cuencias alélicas en genes de copia única
sintética sufrió un proceso de endureci cuya existencia puede demostrarse intra
miento, desde una versión original plura e interpoblacionalmente. Los cambios
lista, a una versión canónica más estricta y evolutivos consisten en cambios graduales
excluyente. Las primeras versiones daban en las frecuencias génicas promovidos
lugar a una concepción más flexible de la fundamentalmente por la selección natural
adaptación, que admitía que no todos los que actúa sobre la variabilidad originada
cambios evolutivos son necesariamente en la mutación y la recombinación para
adaptativos, que otorgaba una considera maximizar la adaptación a un determinado
ción importante a los cambios estocásticos, conjunto de circunstancias ambientales.
la deriva génica, como factor de modifica El cambio evolutivo resulta de la acumula
ción de la estructura genética de las pobla ción de pequeñas diferencias en unidades
ciones, y un reconocimiento de cierta espe genéticas discretas. Aunque reduciéndolos
LA TEORIA SINTETICA DE LA EVOLUCIÓN 429
a un papel secundario en su versión "dura" adecúan a las condiciones del medio am­
preponderante, la teoría sintética admite biente. Es a través de la elección diferen­
a su vez la incidencia de cambios estocas- cial de los fenotipos que se seleccionan
ticos en las frecuencias génicas promovidos los genotipos y los genes. El fenotipo es
por la deriva génica y la endocruza. el resultante de un proceso de desarrollo
ontogenético, de fenogénesis, a través del
3. La evolución es dirigida por fuerzas cual la información genética contenida
exógenas en el cigoto va determinando las caracterís­
ticas de las distintas fases del desarrollo.
La teoría sintética de la evolución es básica­ Esto presupone que existe una relación
mente una teoría externalista. La evolución lineal entre genotipo y fenotipo. Dentro
es concebida como un proceso de cambio del esquema teórico de la nueva síntesis,
en un sistema biológico, debido a fuerzas "el desarrollo es una función que mapea
externas. Lo que evoluciona es el reservorio el genotipo sobre el fenotipo" (Alberch,
génico, y esa evolución se describe a través 1991). Esta idea presupone que los genes
de la cuantificación de las frecuencias son los determinantes fundamentales de la
numéricas de los distintos alelos. Los cam­ morfogénesis. Los genes controlan los pro­
bios en las frecuencias génicas son fijados cesos de desarrollo y éstos, a su vez, gene­
por las fuerzas selectivas del ambiente. El ran la forma. De manera que tanto la evolu­
reservorio génico no evoluciona en un sen­ ción morfológica y el desarrollo pueden
tido activo, sino que es "hecho evolucio­ ser reducidos a procesos puramente gené­
nar" por el ambiente (Campbell, 1982). ticos.
4. La naturaleza del genoma 6. La naturaleza de las especies
El componente mendeliano de la teoría Las especies son sistemas poblacionales
neodarwinista visualiza a los factores gené­ que comparten un reservorio génico espe­
ticos, los genes, como unidades discretas cie-específico cohesionado y discontinuo
dispuestas en los cromosomas linealmente cuya integridad e identidad es mantenida
como las cuentas de un rosario, unidades por el flujo génico entre sus poblaciones
que experimentan la recombinación y la constitutivas y por la existencia de me­
segregación mendeliana. Este genoma es canismos de aislamiento reproductivo que
considerado como químicamente cons­ impiden el flujo génico entre poblaciones
tante, solamente alterado por anomalías de distintas especies.
fortuitas en el proceso de la replicación
génica, accidentales y puntuales, las muta­ 7. La reducción de la especiación
ciones de punto. Los descubrimientos a la microevolución
iniciales de la genética molecular se adap­
taron a esta concepción del gen "un gen- El principal proceso de la formación de
una enzima", y la proclamación del código nuevas especies —la especiogénesis— tiene
de tripletes del ADN en la determinación lugar en el seno de una población que es
de las secuencias de aminoácidos de las escindida por una barrera externa en sub-
proteínas que rigen el proceso de la feno- poblaciones alopátricas que divergen adap-
génesis como el código genético. tativamente por la acumulación de cambios
genéticos graduales en respuesta a presiones
5. La determinación genética de la selectivas diferenciales. Estos cambios gené­
fenogénesis ticos pueden generar por pleiotropía el
surgimiento incidental de mecanismos de
La selección opera sobre los individuos aislamiento reproductivo que afectan el
componentes de los sistemas poblacionales, intercambio génico entre las subpoblacio-
escogiendo las características morfológicas, nes sometidas previamente al proceso de
fisiológicas o comportamentales (el fenoti­ divergencia adaptativa. Si estas poblacio­
po) de estos organismos que mejor se nes vuelven a convivir en condiciones de
430 REIG
simpatría, la selección natural actúa direc ticas principales del contenido de la ver
tamente para reforzar el aislamiento repro sión preponderante de la teoría sintética,
ductivo. Una alternativa del proceso haciendo particular hincapié en aquellas
alopátrico de especiación es el "efecto que están exigiendo incorporaciones teóri
fundador", o especiación peripátrica. Pe cas alternativas provenientes principalmen
queñas poblaciones marginales que quedan te del terreno de la nueva genética del ADN
geográficamente aisladas por retracción recombinante y de la teoría evolutiva del
ambiental o poblaciones fundadoras, cons desarrollo.
tituidas por unos pocos individuos que in
vaden un nuevo ambiente, sufren un cam
bio abrupto acelerando los cambios en su
constitución génica por factores estocásti- EL IMPACTO DE LA GENETICA MOLECULAR
cos como la deriva génica y la endocruza.
El descubrimiento por parte de Crick y
Si estos cambios tienen valor adaptati-
Watson en 1953 de que el material here
vo, son seleccionados positivamente, y de
ditario está codificado en la estructura
terminan factores de aislamiento reproduc
molecular de la doble hélice de ADN cro
tivo, surgen rápidamente nuevas especies.
mosomico que funciona como el molde
Pero en cualquier forma, tanto en el mo
para las moléculas de ARN que se trasladan
delo alopátrico como en el peripátrico,
al citoplasma, donde determinan la dispo
la especiogénesis implica mecanismos que
sición de los aminoácidos en las proteínas,
no son más que casos especiales de los
significó un paso decisivo para conocer la
mismos procesos microevolutivos de cam
naturaleza íntima del material hereditario
bio en las frecuencias génicas que son
y los mecanismos últimos de variación
explicados por las leyes de la genética de
génica que constituye el fundamento de
poblaciones. La teoría sintética admite, co
la evolución biológica. El ulterior hallazgo
mo casos especiales que llegan a tener una
de que el código de la información genética
alta frecuencia en el reino vegetal, la for
se transmite en un lenguaje informático a
mación de nuevas especies por hibridación
través de tripletes de nucleótidos (codones)
de dos especies ancestrales, que generan
afianzó al parecer definitivamente la com
por alopoliploidía, nuevos reservónos gé-
prensión de los mecanismos moleculares
nicos aislados reproductivamente.
de la herencia. El gen funcional, o cistrón,
estaría constituido por una secuencia de
8. La macroevolución como acumulación
tripletes que codifican una determinada
de cambios microevolutivos
proteína. El surgimiento de errores en la
replicación del ADN cromosomico modi
La macroevolución, es decir, el surgimiento
ficaría la secuencia de nucleótidos de los
de nuevos planes de organización (Bauplä
codones, constituyendo así el fundamento
ne) que caracterizan a los taxones de rango
de la mutación génica.
superior (del rango de familias, órdenes,
clases) se explica por la acumulación de
los mismos cambios microevolutivos que
operan en las poblaciones naturales y que
NOVEDADES INTERPRETATIVAS INTRODUCIDAS
generan las nuevas especies. La teoría sinté POR LA GENÉTICA DEL ADN RECOMBINANTE
tica admite, empero, un proceso de acele
ración evolutiva, ligado al surgimiento de En la segunda mitad de la década de 1970
nuevos Baupläne, cuando las especies inva los avances técnicos en la utilización de
den un nuevo ambiente, pero ese proceso enzimas de restricción para disecar los
no involucra factores causales propios, dis componentes del genoma de los eucario-
tintos a los de la microevolución. tas dio lugar a una serie de nuevos descu
No pretendo, por supuesto, que toda la brimientos sobre la naturaleza del material
riqueza de la nueva síntesis esté incluida en hereditario que hicieron surgir una concep
los enunciados que preceden. Pero creo que ción totalmente novedosa sobre la estruc
dichos enunciados representan las caracterís tura y la organización del material heredi-
LA TEORIA SINTETICA DE LA EVOLUCIÓN 431
tario: la nueva genética del ADN recom- 2. Las secuencias no informáticas del ADN
binante. Estos descubrimientos tienen repetitivo
implicaciones directas sobre la teoría de la
evolución e hicieron ver que la concepción Una gran fracción del genoma está consti­
del genoma como una secuencia de unida­ tuido por secuencias del ADN repetido que
des discretas de genes de copia única que no posee funciones en la codificación de las
codifican linealmente a las proteínas cons­ proteínas. La frecuencia del ADN no codi­
tituye una aproximación simplista, y for­ ficante varía enormemente en los distintos
talecieron la concepción de que los geno- eucariotas, desde un 5»/« del genoma en
mas son sistemas informáticos interactivos Chironomus tentans y un 10% en Musca
complejos que funcionan dinámicamente domestica hasta un 88% en el urodelo
en el desarrollo y la evolución (Hunkapiller Necturus musculosus (John & Miklos,
et al., 1982; Shapiro, 1991). Las principa­ 1988). Britten y Davidson (1971) ya ha­
les novedades introducidas por la nueva bían reconocido la existencia de dos tipos
genética del ADN recombinante son las de ADN repetitivo: el ADN altamente repe­
siguientes: titivo y el ADN medianamente repetitivo.
La proporción relativa de ambas clases de
ADN repetitivo varía de un organismo a
1. La naturaleza molecular compleja de los otro. En D. melanogaster de un total del
36% de ADN repetitivo, el 17% correspon­
genes
de a la clase de ADN medianamente repe­
En 1977 se descubrió que los genes que co­ titivo.
difican la ovalbumina y la hemoglobina no El primero está constituido por secuen­
están constituidos por una secuencia con­ cias repetidas cuyo número de copias es
tinua de nucleótidos que especifican los mayor de un millón por genoma haploide,
aminoácidos de esas proteínas, sino que que forman largas cadenas de unidades
esas secuencias están interrumpidas por sencillas dispuestas en tándem y compues­
bloques de nucleótidos repetidos que no tas por un alto número de eslabones cons­
contienen información codificante (Breath- tituidos por una misma secuencia básica.
nach etal, 1977; Jeffreys & Flavell, 1977). Este ADN se separa fácilmente mediante
Pronto se advirtió la generalidad de esta centrifugación en gradiente de densidad
división de los genes en secuencias que en forma de ADN satélite. El ADN satélite
codifican péptidos (exones) interrumpidas tiene una concentración G + C distinta del
por secuencias no codificantes (intrones). ADN de secuencia única, es generalmente
El número de exones puede variar entre heterocromático y no se transcribe. Otro
dos y más de 50 (Abelson, 1979). Esta rasgo común a estos satélites es que están
característica escindida de los genes se ubicados en los cromosomas en regiones
transmite al ARN de transferencia (tRNA), adyacentes al centrómero, constituyendo
pero los intrones se eliminan en el núcleo frecuentemente bloques heterocromáticos
por acción enzimática en el ARN mensajero pericentroméricos que se distinguen por el
(mRNA) a través de un proceso conocido bandeado-C como bandas positivas.
como "empalme del ARN" (RNA splicing). En cuanto al ADN medianamente repe­
Pronto se descubrió que los exones indivi­ titivo, está constituido por secuencias
duales codifican dominios específicos de las repetidas de decenas hasta centenas de
proteínas. Pero en el proceso del empalme miles de copias por genoma haploide, y
del ARN se pueden producir cambios por están generalmente esparcidas en los cro­
dislocación de los exones (exon shuffling) mosomas en forma de copias aisladas
que recombinan en nuevos dominios fun­ en medio de regiones de ADN de copia
cionales de las proteínas. De esta manera, la única (Burtlag, 1980). Su secuencia es más
dislocación de los exones puede producir compleja, son eucromáticas y generalmen­
cambios súbitos en las proteínas mucho te se transcriben. En el genoma de los ma­
más rápidos que los promovidos por las míferos, la mayoría de estas secuencias
clásicas mutaciones de punto. repetidas esparcidas son elementos móviles,
432 REIG
los retroposones (ver más adelante), que multigénicas constituye una protección
constituyen, como en el caso de las secuen de los genes con respecto a mutaciones
cias Alu y Ll del hombre, alrededor del deletéreas que podrían afectar a unos de
20% del genoma. Singer (1982) ha pro los miembros de la familia sin perjudicar
puesto la división de las secuencias media la funcionalidad específica de los otros
namente repetitivas en dos categorías: miembros. Adicionalmente, las familias
SINEs (short interdispersed elements), multigénicas maximizan la plasticidad adap-
compuestas por secuencias que van de 70 tativa de los genes, pues familias como la
a 300 pares de bases (pb), y LINEs (long de las globinas producen productos hetero
interdispersed elements) que comprenden géneos que permiten que el organismo afine
desde 6 a 7 miles de pares de bases. su fenotipo a diferentes requerimientos am
Pertenecen a las SINEs la familia Alu del bientales. Como lo ha señalado Ohta (1983,
hombre y otras familias encontradas en 1988), la existencia de familias multigéni
roedores y otros mamíferos. Una de las cas exige modificar la concepción predomi
familias de tipo LINE mejor caracterizadas nante de que la selección actúa sobre genes
es la Ll de los primates. de copia única. En un genoma constituido
por varias copias de un mismo gen, si surge
3. Las familias multigénicas una mutación en una de las copias, la selec
ción sería incapaz de distinguirla, por lo
En un gran número de sistemas genéticos que ella sólo puede actuar sobre la adecua
de los eucariotas no consisten solamente ción de toda una familia multigénica.
en secuencias de genes de copia única que
codifican distintas proteínas, sino que 4. Los elementos móviles
muchas proteínas están codificadas por
familias de múltiples copias relacionadas Una de las más espectaculares novedades
de un mismo gen cuyos componentes introducida por la genética del ADN re-
tienen una estructura muy similar, aunque combinante es la identificación de unida
no necesariamente idéntica y funciones des de secuencias móviles capaces de trans
relacionadas sobrepuestas y están dispues mitir información genética entre distintos
tos en secuencias en tándem. El tamaño cromosomas de un mismo genoma, y entre
de estas familias multigénicas puede variar los genomas de distintos organismos, inclu
de unas pocas copias como en la familia de so de distintas especies. La existencia de
la hemoglobina hasta decenas de miles de estos elementos nómadas se conoce desde
copias como las que se encuentran en los 1951, luego de las notables investigaciones
genes ribosómicos. Esta diferencia de ta de Bárbara McClintock en el maíz. Esta
maño puede afectar a especies cercanas autora llamó "elementos controladores" a
de un mismo género, como lo demuestra factores que no tenían un emplazamiento
el caso del batracio Xenopus, cuyos genes fijo en el genoma, sino que eran capaces
ribosómicos del ovocito 5S poseen 6.000 de moverse de un sitio cromosómico a
copias en X. borealis, y 24.000 copias en otro, afectando la función de los genes en
X. laevis (Hunkapiller et al, 1982). La cuya proximidad se insertaban. La natu
existencia de genes similares en copias raleza molecular de este fenómeno fue
repetidas tiene un gran importancia fun descubierta mucho más adelante (ver revi
cional, pues una misma familia puede sión en Shapiro, 1983).
codificar diversas formas de proteínas El conocimiento básico sobre la natura
relacionadas que cumplen funciones alter leza y modo de acción de los elementos
nativas, como sucede con las hemoglobinas transponibles proviene de investigaciones
humanas que son codificadas por dos fa realizadas en los procariotas. En las bac
milias multigénicas distintas de manera tal terias los elementos móviles están repre
que diferentes globinas están expresadas sentados por todo un espectro de com
por diversos genes de las mismas familias en plejidad creciente, cuya forma más
distintos momentos del desarrollo. Al simple son las secuencias de inserción (IS)
mismo tiempo, la existencia de familias constituidas por 1.000 pares de bases, flan-
LA TEORIA SINTETICA DE LA EVOLUCIÓN 433
queadas por segmentos repetidos de 150 fijación del cambio evolutivo distinto a la
pares de bases en sus extremos. Las IS pue­ selección natural y a la deriva génica. Se
den estar repetidas en hasta diez copias por trata de un proceso autónomo que se apli­
duplicación. Se ha demostrado que la inser­ ca principalmente a las familias multigéni-
ción o la duplicación de una IS en el inte­ cas y que fue bautizado por Dover (1982,
rior o en la adyacencia de un gen puede 1986; Dover et al., 1982) como "impulso
bloquear totalmente su expresión o ate­ molecular" (molecular drive), y que surgió
nuarla positiva o negativamente. de la necesidad de explicar la "evolución
En los eucariotas, la naturaleza de los concertada" de las familias multigénicas
elementos móviles está muy bien docu­ y de las secuencias repetidas. El recono­
mentada en Drosophila, donde se corres­ cimiento del impulso molecular surge de
ponden con las secuencias de ADN media­ la observación de la homogeneidad intra-
namente repetitivo (ADNmr). El ADNmr específica de las familias multigénicas, y
disperso de D. melanogaster representa de la heterogeneidad interespecífica de las
aproximadamente un 12% del genoma mismas. Si sólo actuaran los factores reco­
total, aunque este valor puede cambiar nocidos de la selección natural y la deriva
drásticamente incluso al pasar a especies génica, la heterogeneidad intraespecífica en
muy próximas. Este ADNmr está organi­ una determinada familia debería ser similar
zado en familias que pertenecen básica­ a la interespecífica. Esto sugiere que dentro
mente a cinco clases ("copia", P, I, F y de una especie existen constricciones que
"foldback"). Estos elementos tienen la favorecen la evolución concertada de todos
capacidad de distribuirse a sí mismos en los miembros de una familia multigénica,
el genoma, ocasionando mutaciones y proceso que se explica por la acción de
reordenamientos drásticos. Las secuencias mecanismos moleculares de reorganización
"copia" están representadas por distintos genómica, tales como el apareamiento im­
elementos "tipo copia" que se encuentran perfecto, la conversión génica o la transpo­
dispersos en el genoma entre 5 y 100 sitios sición. A través de estos mecanismos, la
distintos. Estos elementos están constitui­ similitud y la cohesión de las familias repe­
dos por 5.000 pares de bases flanqueadas tidas de una determinada población se man­
por largas repeticiones terminales. La se- tiene por obra del impulso molecular.
cuenciación de los elementos copia demos­
tró que contiene marcos de lectura que
codifican proteínas análogas al ARN de
LA NUEVA CONCEPCIÓN DEL
los virus tumorales (retrovirus). Esto sugie­
DESARROLLO EPIGENETICO
re que los elementos copia derivan evoluti­
vamente de un supuesto retrovirus tipo
Richard Goldschmidt expresó claramente
"copia".
en la época de la gestación de la Nueva Sínte­
Los elementos P de Drosophila son res­
sis, que un punto de partida fundamental
ponsables del fenómeno conocido como
para la comprensión de la evolución residía
"disgénesis híbrida", que se manifiesta
en la aplicación de la genética al estudio del
cuando machos de D. melanogaster que
desarrollo embrionario. Pero Goldschmidt
poseen el elemento P se aparean con hem­
fue un reprobo injustamente desacreditado
bras M que sólo contienen elementos P
por los gestores de la teoría sintética, y esta
deleccionados. En estos cruzamientos se
teoría tiene un evidente punto débil en lo
produce una altísima tasa de mutación,
referente al papel del desarrollo ontogenéti­
reordenamientos cromosómicos drásticos
co en la evolución. Las fundamentales con­
y una significativa disminución de la fer­
tribuciones de Waddington a la teoría
tilidad de los híbridos.
epigenética evolutiva constituyen una de las
pocas excepciones a lo dicho, pero, en rigor,
5. El impulso molecular como nuevo factor
Waddington no fue un exponente activo del
de la evolución
proceso de formulación de la nueva síntesis
La dinámica del ADN recombinante permi­ y sus ideas, si bien siempre merecieron una
tió detectar un proceso de distribución y recepción respetuosa por los paladines del
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neodarwinismo sinteticista, no fueron adop sistema, y que no están codificadas en el
tadas dentro del corpus de dicha teoría. genoma.
La omisión de un tratamiento sistemático Las principales innovaciones en la evolu
de los temas de la biología del desarrollo ción morfológica han sido atribuidas a la
no constituye un punto débil secundario heterocronía (Gould, 1977; Raff y Wray,
o poco trascendente, ya que lo que debe 1989; McKinney y McNamara, 1991).
explicar toda teoría evolutiva es, en defini Gould definió a la heterocronía como "cam
tiva, la diversidad de las formas orgánicas. bios en el tiempo relativo de la aparición
En rigor, el énfasis principal de la explica y de la tasa de desarrollo de caracteres
ción de los procesos evolutivos por parte que ya estaban presentes en el antecesor"
de la teoría sintética reside en la dinámica (Gould, 1977). Lamentablemente, no tene
de los cambios genéticos al nivel de los mos espacio para extendernos sobre este
genes estructurales. Muchas investigaciones, punto, para el cual se remite al lector a
como las de Alan C. Wilson y sus colabora Horder (1989) y al reciente libro de Me
dores, han confluido en demostrar que la Kinney y McNamara (1991).
evolución de los genes estructurales que
codifican proteínas es irrelevante para la
evolución morfológica. REFORMULACIONES NECESARIAS PARA
Como ya hemos señalado, en el contexto ACTUALIZAR LA TEORÍA DE LA EVOLUCIÓN
de la teoría sintética, el proceso ontogenéti
co responsable de la morfogénesis consiste El descubrimiento principal de la nueva
fundamentalmente en la realización de la genética del ADN recombinante consiste
información genética contenida en el cigo en el descubrimiento de que la informa
to. Los genes controlan los procesos de ción genética está organizada jerárquica
desarrollo y éstos, a su vez, generan la for mente y de que el origen de la variación
ma. Una parte de la escuela moderna de génica es de muy diversa naturaleza, te
la biología molecular del desarrollo, actua niendo la capacidad de generar rápida
lizó este punto de vista considerando que mente nuevas unidades informacionales
el desarrollo es una secuencia temporal y para el control de la regulación que pueden
espacial de la expresión de los genes. determinar nuevos patrones en la morfo
Esta visión es incompleta, ya que los génesis y de modificar drásticamente lo
genes no especifican ni el desarrollo ni la que Waddington llamó "programas de
forma. En rigor, la propia acción génica desarrollo". El hincapié clásico de la teo
está íntimamente vinculada a las interaccio ría sintética en los cambios en las frecuen
nes en el desarrollo. Los genes construyen cias génicas de los genes estructurales en
proteínas que regulan la expresión de otros tanto que unidades discretas que codifican
genes, o que determinan propiedades proteínas, queda relegado así a un segundo
morfogenéticas como la composición de la plano como fundamento del cambio evolu
matriz extracelular, la adhesión celular, la tivo. Esos mismos genes estructurales están
tasa mitótica, las constantes de difusión, la divididos en exones que codifican domi
actividad cinética, etc. La morfogénesis nios funcionales específicos en las proteí
es el resultado de interacciones físico- nas, y la reordenación de estos exones
químicas en un complejo ciclo. Dentro crean con rapidez nuevas propiedades
de ese ciclo se alteran las relaciones entre funcionales en las proteínas. Por otra
poblaciones celulares y se induce la expre parte las familias multigénicas, con su
sión o la represión de la información gené propia dinámica de amplificación y de
tica subyacente. De manera tal que el desa regulación, pueden coordinarse funcional-
rrollo no puede ser reducido a un problema mente de manera jerárquica para generar
de expresión génica, ya que la propia expre nuevos patrones de desarrollo. Además,
sión génica está bajo control epigenético los elementos móviles tienen la propiedad
(Alberch, 1991). El conjunto de las interac de cambiar drásticamente la expresión
ciones genéticas y epigenéticas tienen pro de los genes, e involucran mecanismos
piedades que emergen de la dinámica del novedosos de transmisión intragenómica