Apuntes de Grado en Psicología - UNED

La Psicobiología es una disciplina de la Psicología. Su objetivo, por tanto, es el estudio del comportamiento humano y los procesos mentales que a él subyacen. Desde su origen, lo que diferenció a la Psicobiología del resto de disciplinas psicológicas y biológicas, fue el hecho de que dio máxima relevancia al sustrato biológico que hace posible el comportamiento y los procesos mentales, esto es, que encierra las claves de la naturaleza humana. Ese sustrato no es otro que el sistema nervioso. El sistema esculpido por la selección natural a lo largo de nuestra filogenia y que nos hace singulares. En la actualidad, ese atributo distintivo de la Psicobiología se desdibuja, pues la Psicología científica actual se encuadra en el mismo paradigma que, desde hace más de un siglo, preconiza la Psicobiología. Por ello, para poner de relieve su singularidad es conveniente contemplarla desde una perspectiva histórica.

No profundizaremos en más pormenores históricos que los estrictamente necesarios para lograr un punto de vista lo más claro posible del devenir de la Psicobiología. Por ello, tampoco entraremos aquí en el tema del dualismo mente-cuerpo, pero lo cierto es que la Filosofía mantuvo estancado bajo una férrea tutela el estudio de la naturaleza humana hasta finales del siglo XIX, momento extraordinario en el que, por un lado, se da a conocer al mundo la Teoría de la Evolución y, por otro, con la Teoría Neuronal, el estudio científico del sistema nervioso comienza a dar sus primeros frutos en la comprensión del comportamiento.

Tras El origen de las especies (1859), Darwin, publica, en 1871, El origen del hombre y la selección en relación al sexo, obra en la que pone de manifiesto que las diferencias en relación a las capacidades mentales del hombre y otros animales son sólo de grado y no de clase, es decir que, si bien el hombre tiene determinadas facetas sobresalientes en comparación con otros seres vivos, éstas se apuntan, ya existen en otros animales en mayor o menor medida según la proximidad filogenética a nosotros. Un año después, en 1872, en su libro La expresión de las emociones en el hombre y los animales, señala que el comportamiento es una característica biológica más que, al igual que cualquier otro rasgo biológico, está sujeto a la acción de la selección natural. Con estas tres obras, amén de las aportaciones que ellas mismas encierran, Darwin también da razón de ser al uso de modelos animales; una herramienta fundamental para el estudio del comportamiento y los procesos mentales.

Poco más tarde, en 1888, la Teoría Neuronal, planteada por nuestro más eminente científico, Santiago Ramón y Cajal, pone de manifiesto que el sistema nervioso está constituido por células, las neuranas, conectadas entre sí por contigüidad y no por continuidad. Su Teoría de la polarización dinámica de la neurona aporta también la primera explicación al funcionamiento y organización del sistema nervioso al proponer que las arborizaciones periféricas de la neurona serían las estructuras receptoras de las señales transmitidas por otras neuronas que, tras pasar por el cuerpo celular se enviarían por el cilindroeje hasta otras células nerviosas y órganos efectores. La información fluye, por tanto, desde los nervios periféricos a los centros nerviosos donde se procesa y parten las instrucciones para generar las respuestas, el comportamiento. El cerebro, de esta forma, deja de ser una maraña de fibras nerviosas sin orden alguno y se convierte en un órgano estructurado con vías que discurren de unas regiones a otras transportando información. Con ello, la Neurociencia comienza su fecunda andadura como nuevo pilar que sustenta el estudio científico del comportamiento humano y los procesos mentales que a él subyacen.

En este contexto, William James, en 1890, publica The Principies of Psychology, obra en la que, aunando las aportaciones de Darwin acerca de la función adaptativa del comportamiento y los avances en el estudio del sistema nervioso, trata de poner los cimientos de una Psicología científica que aborde su objeto de estudio a la luz del nuevo contexto que las ciencias naturales estaban creando. No obstante, aún se tardarían varias décadas en lograr el objetivo que W. James se propuso.

Un poco más tarde, en 1897, el fisiólogo ruso lván Paulov, formula la Ley del reflejo condicional, base de lo que hoy conocemos como condicionamiento clásico. En 1903, Edward Thorndike, discípulo de W. James, descubre la Ley del efecto que propició la formulación, más tarde, del condicionamiento operante de Skinner. Con estos mimbres, en 1913, John B. Watson, funda el Conductismo y, con él, la Psicología científica. Bajo el paradigma conductista, el estudio científico del comportamiento se centra en dos variables principales: el estímulo y la respuesta (E-R). La respuesta es la conducta que, de esta forma, pasa a ser un hecho positivo, objetivo, perceptible por los sentidos, verificable y susceptible de ser cuantificado, quedando excluidas aquellas manifestaciones cuyo conocimiento sólo es alcanzable por medio de la introspección y no pueden, por tanto, ser verificadas por otro observador.

No obstante, la Psicología científica comienza su andadura más como un conjunto de corrientes simultaneas dirigidas a dar una explicación del comportamiento humano que como una disciplina cohesionada. Conductistas, neoconductistas, cognitivistas y psicobiólogos investigan el estudio del comportamiento humano y los procesos mentales desde el ámbito científico pero bajo distintos paradigmas.

Para los conductistas, el estudio del comportamiento debía reducirse al paradigma E-R; su objeto de estudio eran las respuestas, el comportamiento mostrado ante la exposición a un estímulo; el organismo (el cerebro) era como un papel en blanco 4 en el que el esfuerzo, la cultura y la educación representaban los auténticos y únicos determinantes del comportamiento humano y, por tanto, del futuro de las personas.

«Dadme una docena de niños sanos, bien formados, y mi mundo especificado donde criarles, y garantizo que tomaré a cualquiera de ellos al azar y le educaré para que llegue a ser cualquier tipo de especialista que yo decida: médico, abogado, artista, comerciante y, sí, incluso pordiosero y ladrón, cualesquiera que sean sus dotes, inclinaciones, tendencias, habilidades, vocaciones y la raza de sus antepasados»,  -- afirmaba Watson, en su obra Behaviorism (1930).

Por su parte, para los neoconductistas, que se centraban principalmente en el aprendizaje, el organismo debía pasar a ser un elemento activo de la ecuación que diese explicación al comportamiento (E-0-R), pero esa implicación no pasaba de considerar al organismo más que un mero receptáculo de determinadas variables no observables (los procesos mentales) intercaladas entre el estímulo y la respuesta. Más tarde, en los años sesenta del pasado siglo, los cognitivistas enfocan el estudio de los procesos mentales bajo un modelo cibernético considerando irrelevante el soporte físico donde esos procesos ocurrían (el SN). Hoy, afortunadamente ese panorama ha cambiado, la Neurociencia Cognitiva es un buen ejemplo de ello y se puede decir que ya todas las disciplinas de la Psicología científica abordan sus objetivos propios dentro del marco que la Psicobiología comenzó a crear a principios del pasado siglo.

El término Psicobiología es acuñado, en 1914, en el libro An Outline of Psychobiology (Un esquema de Psicobiología), escrito por el psicólogo estadounidense y presidente de la American Psychological Association, Knight Dunlap. Su objetivo fue crear una pequeña introducción para sus alumnos con el fin de «ayudar a los estudiantes de Psicología que no han realizado cursos de Biología, a adquirir las bases morfológicas y fisiológicas directamente relacionadas con la Psicología». Tres años después, en 1917, este «Outline », lo desarrollará Dunlap fundando la revista Psychobiology, con una finalidad que deja claro lo que la Psicobiología pretende: «publicar las investigaciones en ciencia básica que tengan en cuenta la interconexión de las funciones mentales y fisiológicas». En 1921, la revista se fusionará con Journal of Animal Behavior, fundada en 1911, por el primatólogo estadounidense Robert Yerkes, en la que se publicaban los resuItados de investigaciones sobre sensación, percepción, aprendizaje y Etología. Nace así, Journal of Comparative Psychology que, en 1942, pasa a llamarse Journal of Comparative and Physiological Psychology.

Finalmente, en 1983, como consecuencia de la irrupción del campo multidisciplinar de la Neurociencia, la revista se dividió en Journal of Comparative Psychology y Behavioral Neuroscience que, en palabras de la actual editora de la publicación, Rebecca D. Burwell, es la descendiente directa de Psychobiology fundada por Dunlap. Unos años antes, en 1968, comienza a editarse Developmental Psychobiology, destina a recoger las investigaciones que sobre el desarrollo del comportamiento tienen los factores epigenéticos en la etapa perinatal y la primera infancia.

La Psicobiología sigue, por tanto, el paradigma E-0-R, pero carga de contenido cada uno de sus elementos. Entre el estímulo y la respuesta no se intercala ni una «pizarra en blanco» ni un mero receptáculo de variables no observables como definían los neoconductitas al organismo, sino el sistema nervioso fruto de la historia filogenética de nuestra especie, en el cual se lleva a cabo el procesamiento de la información estimular y los procesos mentales que hacen posible el comportamiento humano. La Psicobiología no sólo incorpora a su objeto de estudio las aportaciones de la Neurociencia y la Psicología científica, también recoge las realizadas desde la genética de la conducta y otras disciplinas biológicas.

Sin embargo, toda la actividad generada a finales del siglo XIX y comienzos del XX, se ve en cierta medida enlentecida (fundamentalmente en Europa) por las dos Guerras Mundiales y, en nuestro caso, también por la Guerra Civil española. El exilio de investigadores y las subsiguientes etapas de postguerra, ralentizaron el desarrollo de la Psicología científica en Europa y en especial en España. En nuestro país, tras la Guerra Civil, a pesar del Premio Nobel en Fisiología y Medicina concedido a Cajal en 1906, de la intensa actividad científica y académica que ello supuso con la creación de instituciones como la Junta de Ampliación de Estudios e Investigaciones Científicas, de la creación del Laboratorio de Investigaciones Biológicas, luego Instituto Cajal; de la fundación de revistas como Trabajos del Laboratorio de Investigaciones Biológicas; de que, ya en 1902, el neurólogo Luis Simarro ocupase, en la Universidad Central de Madrid, la primera Cátedra de Psicología Experimental de España y de que, en 1928, se crearan los primeros institutos psicotécnicos en Madrid y Barcelona, a pesar de todo ello, tras 1939, los estudios de Psicología vuelven de nuevo al ámbito de la Psicología escolástica dentro de la Licenciatura de Filosofía y Letras. En él permanecerán oficialmente hasta los años ochenta del pasado siglo en los que, finalmente, se crean las primeras Facultades de Psicología y departamentos de Psicobiología. Consecuencia, en gran parte, de que, desde los años cincuenta del pasado siglo, paulatinamente la enseñanza universitaria de la Psicología comenzara a retornar al ámbito de la Psicología científica, gracias al impulso aportado por jóvenes investigadores formados fuera de España, como Mariano Yela, José Luis Pinillos, Manuel Úbeda, Miguel Siguán, Francisco Secadas o José Forteza, entre otros.

La Explicación de la Conducta

Para la Psicobiología, la conducta y los procesos mentales son una propiedad biológica que, como el resto de características de los seres vivos, han sido modelados por la selección natural, es decir, son reflejo de la evolución y junto con los otros dos elementos del paradigma E-O-R, el estímulo y el organismo, forma lo que se denomina un complejo adaptativo.

Las características de este complejo adaptativo varían entre las especies y en menor medida de unos individuos a otros, ya que dependen de dos factores. El primero de ellos es el filogenético y hace referencia a la historia evolutiva que ha experimentado la especie. El segundo es el factor ontogénico y recoge las circunstancias en las que se ha desarrollado la vida del individuo desde el momento de su concepción.

El factor filogenético está representado por el acervo genético de la especie a la que pertenece el animal, en el cual se recogen los logros adaptativos de sus predecesores que han resultado ventajosos para la supervivencia de la especie a lo largo de su devenir y que se plasman en las características de las estructuras y órganos receptores, de los sistemas que integran la señal estimular y de los sistemas efectores encargados de emitir las respuestas. A las adaptaciones conseguidas a lo largo de la filogenia que recoge el acervo genético de la especie y que capacitan a cualquier miembro de la misma para recibir un determinado espectro estimular, procesar de determinada forma esta información y emitir una respuesta conductual, se les denomina causas lejanas del comportamiento. Son, por tanto, las responsables de las diferencias que existen entre las especies, causantes, por ejemplo, de que las abejas reaccionen a la luz ultravioleta, de que nuestra especie pueda comunicarse a través del lenguaje o de que las aves vuelen ante la presencia de un depredador.

El segundo factor involucrado en las características del complejo adaptativo es el factor ontogénico. Con él se quiere señalar que, si bien la filogenia marca un patrón general que identifica a cada ser viviente como perteneciente a una especie o a otra, dentro de las distintas especies cada uno de sus miembros es diferente a cualquier otro. Ello es debido, en gran medida, a que la dotación genética de cada individuo es el resultado de una combinación única del genoma de la población que lo hace singular, tanto en sus rasgos físicos como psicológicos. Sin embargo, cuando se indica que un carácter morfológico, fisiológico o conductual, depende o está controlado genéticamente, no hay que interpretarlo siempre en un sentido determinista. Las características únicas de cada individuo son consecuencia también de la interacción que se establece entre su genotipo y el ambiente; la importancia que ejerza cualquiera de estos dos factores dependerá del rasgo estudiado. A los factores ambientales que actúan modulando la expresión génica se les denomina factores epigenéticos. Sus efectos sobre el sistema nervioso pueden tener un mayor o menor grado de reversibilidad. Los efectos menos reversibles están asociados a determinados periodos de máxima susceptibilidad del sistema nervioso, los denominados periodos críticos que, generalmente, se circunscriben a la etapa perinatal. Un ejemplo de ello es la acción que ejercen las hormonas sexuales en las primeras etapas del desarrollo postnatal de diversas aves y mamíferos, alterando morfológica y fisiológicamente algunas regiones del sistema nervioso involucradas en la conducta sexual y otro tipo de comportamientos. Los efectos más reversibles están relacionados con una propiedad muy importante del sistema nervioso: la plasticidad neuronal, que es la capacidad que tienen las neuronas de experimentar cambios en su morfología y fisiología frente a distintas situaciones ambientales. Esta propiedad ha tenido gran importancia a lo largo de la filogenia al favorecer la aparición de procesos tan importantes como el aprendizaje y la memoria que, a su vez, han permitido el desarrollo de sistemas nerviosos que respondan de forma más flexible y eficiente a los retos ambientales.

Finalmente, a los factores indicados hay que añadir aquellos otros que intervienen en la causación inmediata del comportamiento. Entre éstos se encuentran los mecanismos por los que las diferentes energías estimulares son captadas por los receptores sensoriales y se integran dentro del sistema nervioso central (SNC), (procesos de sensación y percepción ); el cómo dicha representación del entorno produce cambios en el estado interno del organismo (procesos de motivación, emoción y aprendizaje), y de qué manera esos cambios fisiológicos en el medio interno influyen en la forma en que el organismo interactúa con su ambiente al desplegar el comportamiento.

El conjunto de factores responsables de la singularidad conductual de cada individuo constituye las causas próximas del comportamiento. Son, por tanto, las responsables de que las características generales de la especie se expresen de modo particular en cada individuo, aportando la diversidad imprescindible para la supervivencia y evolución de las especies.

Por todo ello, la Psicobiología considera a la conducta como el conjunto de manifestaciones públicamente observables reguladas por el sistema nervioso, mediante las cuales el organismo, como un todo, en respuesta a un estímulo interno o externo, se relaciona activamente con el medio ambiente de la forma que determine su devenir filogenético y ontogénico.

La Psicobiología, además, trata de dar una explicación en términos fisicalistas, no sólo de la conducta, sino también de los procesos mentales que la hacen posible. La mente está ineludiblemente ligada al organismo, es un producto de su actividad neural , consecuencia de la acción de la selección natural y, por tanto, dependiente enteramente del sustrato biológico que la genera. Como indica el neurofisiólogo Rodolfo Llinás, en su libro, El cerebro y el mito del yo (2003):

«El primer paso fundamental para explorar, desde un punto de vista científico la naturaleza de la mente es rechazar la premisa de que, ésta apareció súbitamente como resultado de una "intervención espectacular''. La naturaleza de la mente debe entenderse con base en su origen, en el proceso de su desarrollo, que emana del perenne mecanismo biológico de ensayo y error. La mente, o lo que llamaré "el estado mental'; es el producto de los procesos evolutivos que han tenido lugar en el cerebro de los organismos dotados de movimiento. Esta evolución cerebral se presentó de manera paulatina, desde las formas más primitivas hasta las más altamente evolucionadas por tanto, el examen de las bases científicas de la mente requiere una perspectiva evolutiva rigurosa ya que es a través de este proceso como se generó la mente».

Por ello, cualquier intento de explicación de la mente como proceso independiente del organismo está abocado al fracaso.

Los fenómenos mentales son fenómenos cerebrales y uno de los objetivos de la Psicobiología es identificar también los sistemas neurales cuya actividad específica es mental (afectiva, perceptiva, intelectual o volitiva) y explicar dicha actividad mental.

El comportamiento humano tiene múltiples condicionantes algunos de los cuales fueron abordados en un primer momento por disciplinas ajenas a la Psicología, tales como la Genética, la Etología o la Neurociencia. La Psicobiología ha ido integrando todas esas aportaciones creando un nuevo marco de análisis del comportamiento e incorporando a su actividad investigadora todas aquellas técnicas y objetivos particulares de esas disciplinas que le permitan explicar plenamente su objeto de estudio. El resultado de esa síntesis ha sido la aparición paulatina de nuevas disciplinas que están aportando un importante cuerpo de conocimientos que permiten hoy conocer y explicar mejor el comportamiento humano, a la vez que abren nuevos horizontes para su estudio.

Las causas lejanas de la conducta son el ámbito de estudio de la Psicología evolucionista. Esta disciplina parte de la base de que para comprender y explicar plenamente la conducta humana y los procesos mentales que la hacen posible, debe tenerse en cuenta su historia evolutiva. Para ello, recurre al análisis comparado de la conducta y los procesos mentales en el contexto de las relaciones filogenéticas de las especies. Este tipo de estudios involucra a otras disciplinas cuyos objetivos trascienden a los de la Psicobiología por no circunscribirse sólo a nuestra especie sino al conjunto de animales, pero que, por ello mismo, también los abarca. Es el caso de la Etología, la Ecología del Comportamiento y la Sociobiología, que en el contexto de la Teoría Sintética de la Evolución, consideran que la conducta, como cualquier otra característica de los seres vivos, es fruto de la selección natural y tratan de poner de manifiesto esta circunstancia. Sus estudios se centran en la observación y evaluación de la conducta de diversas especies animales en condiciones naturales o lo más parecido posible a ellas, tratando de establecer relaciones entre medidas biológicas y conductuales, como es el caso de la Etología, analizando el control neuronal de dicho comportamiento, que es de lo que se encarga la Neuroetología, o estudiando determinadas estrategias conductuales en relación con sus implicaciones ecológicas y evo lutivas, competenc ia ésta de la Ecología del Comportamiento. La Sociobiología, por su parte, estudia las bases biológicas del comportamiento social y es resultado de la confluencia de la Genética de Poblaciones, la Ecología y la Etología. En 1975, Edward Wilson, fundador de esta disciplina, la define como: «el estudio sistemático de la base biológica de todas las formas de comportamiento social en toda clase de organismos». Su propósito es formular leyes generales de la evolución y biología del comportamiento social que puedan explicar esta faceta del comportamiento humano.

En un plano más próximo, en cuanto a la causalidad del comportamiento, se encuentra la Genética de la Conducta. El objetivo de esta disciplina podemos decir que se circunscribe al ámbito psicobiológico aunque, cuando nace, ni la Psicobiología ni la Psicología científica existían. En 1869, Francis Galton, a raíz de la publicación de la obra de Darwin, El Origen de las especies, da a conocer los primeros estudios sobre la herencia de la capacidad mental humana, en el libro El genio hereditario: examen de sus leyes y consecuencias, en el que pone de manifiesto la existencia de una correlación entre la proximidad familiar y la capacidad mental, sentando de esta forma las bases de lo que luego sería la Genética de la Conducta. Como indica el genetista de la conducta Robert Plomin, profesor de genética del comportamiento del Instituto de psiquiatría de Londres, en esta disciplina se pueden distinguir tres tipos de enfoques: el centrado en el gen, que comienza con un efecto genético sencillo y estudia su influencia sobre la conducta. El enfoque centrado en la fisiología , que se concentra en los intermediarios fisiológicos entre genes y conducta, pudiendo tomar dos direcciones, una dirigida a averiguar los genes responsables de dichos intermediarios fisiológicos y otra a estudiar el efecto que éstos tienen sobre la conducta. El tercer enfoque comienza en la conducta y trata de averiguar en qué medida las influencias genéticas o ambientales afectan a la misma.

Los condicionantes genéticos son modulados por los factores epigenéticos. Del estudio de estas interacciones y de las consecuencias que ellas tienen sobre la conducta se encarga la Psicobiología del desarrollo. Gracias a los trabajos realizados dentro de esta disciplina se han descubierto, por ejemplo, las alteraciones que se producen en el desarrollo de la corteza cerebral cuando existe una deficiencia de hormonas tiroideas en la etapa prenatal o los efectos de la privación sensorial y el aislamiento social.

Los condicionantes inmediatos de la conducta son competencia de disciplinas como la Psicología Fisiológica que, mediante la intervención sobre el SN, estudia las bases biológicas del comportamiento, intentando explicar los cambios en el organismo durante el desarrollo de una conducta; la Psicofarmacología, que se centra en el estudio de las características estimulares de los fármacos y las drogas de abuso, así como en la influencia que sobre ese efecto tienen las variables ambientales; la Psicofisiología que estudia, sin manipular el SN, los cambios fisiológicos producidos en humanos ante determinadas situaciones o tras la presentación de distintos estímulos o la Psiconeuroendocrinología, disciplina que centra su interés en conocer los mecanismos por los que las hormonas afectan al SN, la conducta y a los procesos psicológicos, y cómo éstos a su vez pueden influir sobre el sistema endocrino.

En el ámbito clínico, como una confluencia entre la Psicología y la Neurología, y con el fin, en origen, de estudiar los efectos que las lesiones del SNC provocaban sobre la conducta y los procesos mentales, surgió la Neuropsicología. Esta disciplina se centra, dentro del contexto clínico, en conocer qué estructuras del sistema nervioso participan en los procesos psicológicos humanos como el aprendizaje, la memoria, el lenguaje, los procesos cognitivos, el procesamiento de la información, la resolución de problemas o los procesos emocionales. Recientemente, centrada en los procesos cognitivos, surge la Neurociencia Cognitiva.

La ciencia constituye un cuerpo organizado de conocimientos que proporciona un control práctico sobre el mundo físico e influye de manera importante en la concepción que el hombre tiene del mundo que le rodea. La Psicobiología es una ciencia empírica y comparte, por tanto, la visión científica del mundo, el método científico y los objetivos generales de la ciencia. Su meta es explicar la conducta y los procesos psicológicos en términos fisicalistas, como el resultado de la actividad del sistema nervioso.

El conocimiento científico es aquel que se obtiene mediante la utilización del método científico, una herramienta sencilla, pero potente. Gracias a él, hoy en día accedemos a casi cualquier faceta de la cultura con tan solo un clic; se mejoran cosechas y condiciones de vida; se erradican, curan y palían enfermedades, y se avanza para entender la etiología de muchas otras. Si la humanidad en el último siglo ha pasado de mil seiscientos millones de habitantes a más de siete mil millones, se debe, en buena parte, a la actividad científica y tecnológica que deriva de ella. Lo que depare el futuro a la humanidad depende también, en gran medida, del conocimiento preciso y objetivos que tengamos de nuestra propia naturaleza, de sus posibilidades y limitaciones. Ese es también el objetivo de la Psicobiología.

Hablar de método en ciencia es hablar del método hipotético-deductivo, método que hace referencia al planteamiento y verificación de hipótesis y, a partir de ahí, a la formulación de leyes y establecimiento de teorías. El método científico parte de la observación, entendida ésta como la información suministrada por la experiencia. Es la fuente principal de la que se nutre la ciencia, es decir, los hechos que trata de explicar y, como veremos más adelante, el control y aceptación de dichas explicaciones. Pero la observación no es el acopio de datos. Como decía Darwin: «la razón de ser del observar no reside en meramente recoger y acumular observaciones sino en buscar y sacar a la luz cierto orden existente en los hechos». Como primer paso para explicar los problemas planteados por la observación, el científico recurre a formular hipótesis que son conjeturas que propone para dar cuenta de los hechos observados. La hipótesis debe ser verosímil, guardar alguna relación con conocimientos previos alcanzados por la ciencia y ser susceptible de contrastación empírica.

La contrastación empírica de las hipótesis se realiza a través de los enunciados deducidos a partir de las hipótesis (de ahí que el método científico sea llamado también método hipotético-deductivo). La hipótesis no es sometida a contrastación empírica, lo que se contrasta son casos concretos deducidos a partir de la hipótesis. A medida que aumenta el número de casos favorables de la contrastación, mayor será el apoyo empírico con que cuenta la hipótesis y, en consecuencia, aumenta su grado de verosimilitud o de probabilidad. Este hecho pone en evidencia una de las características de las ciencias empíricas y es que éstas no proporcionan un conocimiento en términos absolutos, como ocurre con las ciencias formales (ej. las matemáticas), sino en términos relativos, de probabilidad.

En las ciencias empíricas la comprobación de una hipótesis involucra la experiencia, pero no son necesariamente experimentales. Para probar empíricamente las hipótesis, el investigador puede optar por la observación o por la experimentación. Esta última supone la modificación deliberada de las condiciones de contrastación derivadas de la hipótesis para la comprobación de la misma, mientras que la contrastación observacional se limita a registrar variaciones.

El método científico permite llegar a conclusiones a partir de los datos obtenidos por la observación y la experimentación. Esta conclusión es lo que constituye la ley científica, que supone relacionar los datos obtenidos en la contrastación con la hipótesis planteada, permitiendo explicar las relaciones que se dan entre los hechos observados. De esta forma, las hipótesis representan la primera aproximación al conocimiento científico, siendo las leyes derivadas de ellas la explicación científica a un hecho de observación. Cuando una serie de leyes pueden agruparse para explicar fenómenos completamente diversos, permitiendo una comprensión unificada de los mismos, de carácter más general que el descrito por cada una de esas leyes, aparece una teoría.

Por tanto, la explicación científica se articula de una manera extremadamente flexible, constituyendo un cuerpo de conocimientos obtenidos mediante el método hipotético-deductivo. En ciencia no hay dogmas porque el conocimiento científico siempre es provisional y susceptible de revisión cuando nuevos datos u observaciones reemplazan a los planteamientos existentes. Derivada de esa característica y de la imposibilidad de universalizar las leyes y teorías científicas, el epistemólogo Karl Popper, propuso el falsacionismo como forma de contrastación de las hipótesis y las teorías. Bajo esta doctrina, la forma más eficiente de corroborar hipótesis y teorías es intentando refutarlas mediante contraejemplos. Si no es posible refutarlas, las hipótesis y las teorías quedarán corroboradas y podrán ser aceptadas provisionalmente por las evidencias empíricas, pero nunca serán verificadas 9 .

Bajo este contexto, la Psicobiología trata de explica r la conducta humana a través del funcionamiento del sistema nervioso y del organismo en general. De una forma esquemática podemos señalar que las estrategias para explicar la conducta y los procesos mentales que a él subyacen, implican co ntrastaciones experimentales y observacionales. Dentro de las primeras existen dos grandes estrategias:

1. la intervención conductual, en la que la conducta actúa como variable independiente (VI) y el organismo (el SN) como variable dependiente (VD) y
2. la intervención somática, en la que se toma a la conducta como variable dependiente siendo el organismo (el SN) la variable independiente.

En la intervención conductual se manipula el ambiente para tratar de producir alguna modificación conductual concreta (variable independiente), evaluándose el efecto que dicha manipulación ha tenido sobre el organismo (variable dependiente). Lógicamente la forma de propiciar los cambios conductuales que se estimen oportunos es actuando sobre el ambiente en el que se desenvuelve el sujeto experime ntal, es decir, controlado las distintas variables estimulares a las que el sujeto es expuesto a través de sus sentidos: contacto, temperatura, presión, iluminación, olores, sonidos, sabores. Estos estímulos se pueden proporcionar directamente a través de, por ejemplo, imágenes u olores específicos, o bien a través de, por ejemplo, manipulación de objetos, la presencia de individuos del mismo o distinto sexo, cambios el ciclo de luz-oscuridad, la disponibilidad de comida y bebida, etc. De esta forma, controlando el comportamiento del anima l (variable independiente) evaluaremos su efecto sobre las variables (dependientes) que consideremos oportunas del SN: estructuras invo lu cradas en determinados comportamientos, procesos fisiológicos afectados, etc.

Un ejemplo de intervención conductual nos lo proporcionan toda la serie de investigaciones encaminadas a contrastar la hipótesis formulada por Donald Hebb, en 1949, conocida como la teoría de la asamblea celular, en la que planteaba que la actividad neuronal repetida como consecuencia de una experiencia reiterada provocaría cambios en las neuronas involucradas que potenciarían su conexión formando redes o asambleas neuronales que favorecerían respuestas más eficientes al exponerse de nuevo a esa experiencia. Tuvieron que pasar casi veinte años hasta que las técnicas permitieron poner a prueba esa hipótesis. Ésta comenzó en los años sesenta del pasado siglo, de la mano el grupo liderado por el psicólogo estadounidense Mark R. Rosenzweig, en Berkeley. Estos investigadores realizaron una serie de trabajos en los que pusieron de manifiesto que el entrenamiento formal y la experiencia informal adquirida por la exposición a ambientes variados (variables independientes), provocaban cambios medibles en la neuroquímica y neuroanatomía del cerebro de roedores (variables dependientes). Comprobaron, por ejemplo, que aquellos animales que habían sido entrenados en la resolución de distintos tipos de test comporta mentales (VI) presentaban una mayor actividad de la enzima acetilcolinesterasa (AChE) en la corteza cerebral (VD), que los que no habían sido entrenados en este tipo de test, además existía una correlación positiva entre la cantidad de AChE y la dificultad del test. Asimismo, descubrieron que aquellos animales estabulados en ambientes que generaban distintas oportunidades de aprendizaje informal (ambiente enriquecido) (VI) presentaban también más cantidad de AChE y mayor peso de la corteza cerebral (VD ) que los criados en las condiciones habituales de estabulación (ambiente empobrecido) (VI). Trabajos posteriores han extendido el número de variables que se ven modificadas en el SN de mu chas especies de aves y mamíferos como consecuencia de la experiencia y la actividad del SN, corroborando, de esta forma, la hipótesis de Hebb.

En la intervención somática se producen alteraciones sobre el SN, a través de, por ejemplo, lesión de estructuras cerebrales, inyección de fármacos, etc, que pasarían a ser, por tanto, variables independientes, pues son las que controlamos para evaluar los ca mbios en la conducta del sujeto que es la variable dependiente.

Un ejemplo de este tipo de intervención lo tenemos en los trabajos que han ido descubriendo el dimorfismo sexual de distintas regiones del SNC, causado por el efecto que las hormonas sexuales ejercen sobre ellas en el periodo perinatal. En 1959, Phoenix, Robert W. Goy, Arnold A. Gerall, y William C. Young, en la Universidad de Kansas, demuestran que la administración prenatal de testosterona (VI) masculinizaba el comportamiento de las cobayas hembra adultas (VD) por su efecto sobre las regiones del SNC involucradas en el conducta sexual. Posteriormente, estos resultados se replicaron en monos rhesus, mostrando, además, que el comportamiento de juego de los monos hembra (VD) tratados prenatalmente con la testosterona (VI) también se masculinizaba.

Desde entonces, numerosos trabajos han ido poniendo de manifiesto diferencias de sexo en distintos núcleos del SNC, es el caso, por ejemplo, de los realizados por el grupo de Roger Gorski, en la Universidad de California en Los Ángeles, que en 1978, descubren la existencia de un núcleo del área preóptica (un área involucrada directamente en la exhibición del comportamiento sexual del macho en muchas especies) que es mucho mayor en machos que en hembras; le denominaron por ello, núcleo sexodimófico del área preóptica (NSD). Comprobaron también, que esas diferencias dependían de la presencia de esteroides sexuales durante el período perinatal. En paralelo, pusieron de manifiesto que los roedores hembra a los que se les administraba testosterona al comienzo del desarrollo (VI), mostraban el comportamiento de monta típico de los machos (VD), mientras que los machos privados de la testosterona mostraban el comportamiento de lordosis típico de las hembras (VD).

Junto a estas estrategias, existe una tercera forma de abordar el estudio de la conducta que implica una contrastación observacional. Ésta se utiliza cuando no existe posibilidad de usar una contrastación experimental. En Psicobiología, dado que en ocasiones, al investigar con sujetos humanos o con otros animales, no es posible el control de las variables independientes, se recurre a la contrastación observacional para llevar a cabo la verificación o falsación de una hipótesis, siendo la aproximación correlacional, es decir, la observación de covariaciones entre medidas biológicas y conductuales, la forma de dar explicación de la hipótesis de partida. Un buen ejemplo de aproximación correlacional lo tenemos en el famoso caso Phineas P. Gage (1823-1860), uno de los primeros casos documentados de daño cerebral y, por tanto, histórico en el estudio de las bases biológicas del comportamiento. Gage fue un obrero de ferrocarriles que, en 1848, sufrió un accidente que le causó importantes daños en el cerebro, específicamente en parte del lóbulo frontal. Éstos se produjeron como consecuencia de una explosión que provocó que una barra de metal saliese disparada atravesando el cráneo de Gage para aterrizar, finalmente, a casi 30 metros de distancia. La barra de un metro de largo y más de 3 cm de diámetro entró en su cráneo por la mejilla izquierda y salió por la parte superior atravesando la corteza cerebral anterior. Sorprendentemente, Gage se mantuvo consciente en todo momento y la crónica de los médicos del pueblo relata que a los pocos minutos del accidente fue capaz de hablar y de caminar. Unos meses después parecía totalmente recuperado y volvió a su trabajo, sin embargo, aquéllos con los que se relacionaba notaron un cambio importante en su personalidad y su conducta. El movimiento y el habla no se vieron afectados, pero pasó de ser una persona sensible y respetuosa a ser maleducada y grosera que, además, mostraba conductas desinhibidas, impulsivas e imprudentes. El accidente, por tanto, provocó varias lesiones incontroladas en el cerebro de Gage y toda una serie de alteraciones conductuales. Obviamente, en este caso no existe un control de las variables como existiría si el trabajo se realizase con animales de experimentación, en los que podemos provocar una lesión de forma muy precisa en magnitud y localización, como hemos descrito anteriormente a la hora de explicar la intervención somática. No existen, por tanto, variables dependientes e independientes, sino un daño cerebral en una región amplia de la corteza cerebral y la alteración conductual subsiguiente que permitió a los investigadores, a través de una aproximación correlacional, involucrar a los lóbulos frontales en aspectos relacionados con la personalidad, la emoción y la interacción social.

En general, el estudio de personas con daño cerebral ha permitido a los neuropsicólogos descubrir la función de muchas regiones del sistema nervioso central y los mecanismos involucrados en los procesos psicológicos superiores. Las áreas de Broca y Wernicke, cuyo daño es responsable del síndrome afásico, son otros dos ejemplos en los que la contrastación observacional, a través de la aproximación correlaciona! permitió a Paul Broca, en 1861 y Carl Wernicke, en 1874, descubrir, poco después del caso de Phineas P. Gage, que el daño de una zona del lóbulo frontal izquierdo (área de Broca) y una región del lóbulo temporal izquierdo (área de Wernicke) eran los responsables del síndrome afásico y, con ello, la participación de esta dos regiones en la producción y comprensión del lenguaje.

La Neuropsicología y la Neurociencia Cognitiva se han ido paulatinamente liberando de su dependencia de los traumatismos encefálicos y accidentes cerebrovasculares para el estudio de los procesos psicológicos superiores y el sustrato neural que los sustenta. Primero, con el desarrollo de las técnicas de electroencefalográfia (EEG) y potenciales evocados (PE) y, desde los años 80 del pasado siglo, con las técnicas de neuroimagen, como la tomografía por emisión de positrones (TEP), la resonancia magnética funcional (RMf) -que mejora a la anterior en que tienen una mayor resolución espacial y además no requiere de los trazadores radioactivos para su realización- y la magnetoencefalografía (MEG), técnicas todas el las no cruentas y nada o poco (caso de la TEP) invasivas.

Las estrategias de contrastación descritas no son excluyentes unas de otras. En la investigación psicobiológica se utilizan de forma combinada a la hora de investigar cualquier aspecto relacionado con el comportamiento humano, como puede ser la propia conducta sexual tratada anteriormente o, por ejemplo, los estudios sobre drogadicción en el ámbito de Psicofarmacología, bien en humanos o a través de modelos animales. Los equipos de investigación son interdisciplinares así como las técnicas utilizadas. No obstante, en las distintas disciplinas de la Psicobiología es posible encontrar preferencias en la utilización de unas u otras estrategias de investigación. Así, por ejemplo, la Psicofisiología utiliza la intervención conductual, la Neuropsicología, la Genética del Comportamiento, la Sociobiología y la Etología, la aproximación correlacional. Otras disciplinas psicobiológicas, tales como la Psicología Fisiológica, la Psicobiología del desarrollo o la Psicofarmacología, utilizan con más frecuencia la intervención somática.

En casi un siglo y medio, las Ciencias Biológicas, la Neurociencia, la Psicología científica, la Psicobiología, han cambiado radicalmente la idea que tenemos acerca de nosotros mismos. El cerebro, el órgano en el que se puede decir nos alojamos protegidos del mundo exterior por el duro cráneo que lo envuelve (y que sin embargo, no nos libra de nuestros miedos, fantasmas, ansiedades y muchos otros trastornos que en su interior se producen), nos está descubriendo poco a poco todos los circuitos y procesos que en su larga historia filogenética se han ido implementando en su interior para lograr una mejor representación del mundo exterior con el que tenemos que interactuar para satisfacer todas nuestras motivaciones, las que la filogenia ha creado para asegurar nuestra supervivencia y perpetuación, y las que nuestra vida y experiencia nos van generando al interaccionar con un entorno eminentemente social. Al final, todo el lo nos hace personas únicas, distintas a cualquier otra, que afrontamos la vida con diferente éxito según se hayan y hayamos combinado en nosotros todos los factores descritos. Esta es la savia que permea ya todas las disciplinas de la Psicología científica, aportando una perspectiva amplia y potente a cualquiera de los ámbitos en que se ejerza la práctica psicológica.

Cuando Mendel descubrió las leyes que llevan su nombre demostró que la verdadera herencia que cada progenitor trasmite a sus hijos es una dotación genética completa, un juego completo de genes -de los dos juegos que posee cada individuo en tanto que miembro de una especie diploide. Por su parte, Darwin cayó en la cuenta de que la conducta es un factor importante para la adaptación, medida por el éxito reproductivo; efectivamente, la conducta es variable y heredable, al menos hasta un cierto punto, como lo demuestra el éxito en la crianza selectiva de perros: es claro que la proliferación de razas de perros claramente diferenciadas tanto por su tamaño y aspecto como por su conducta tiene su explicación en la variabilidad genética existente en la especie Canis lupus; lo más probable es que la explicación de todas las diferencias entre perros y lobos sea de tipo comportamental, puesto que la diferencia esencial entre los perros y los demás cánidos tiene que ver con la capacidad de los perros para convivir pacífica y productivamente con los humanos (en esto consiste la domesticación), cosa que no cabe esperar de lobos, chacales, etc. Al parecer los híbridos de lobos y perros son fértiles, lo que apunta a que no se ha completado el proceso de especiación. Experiencias rusas en la crianza selectiva de zorros demuestra que es posible producir individuos manejables (que ni huyen ni atacan al hombre cuando éste se acerca) en un período corto de tiempo.

La teoría sintética de la evolución o neodarwinismo explica la evolución por selección natural como un cambio en las frecuencias alélicas de la población. Entonces, la cría selectiva que implicó la domesticación del lobo hasta convertirlo en perro, supuso un cambio en las frecuencias de determinados alelos, cambio genético que, supuestamente, explica las notables diferencias en la conducta de una y otra especie. Debemos aceptar, pues, que la conducta es un fenotipo bajo el cual subyace un genotipo que la explica (en mayor o menor medida dependiendo de cómo sea la interacción de esos genes con el ambiente). Igual que la diferencia de genotipos en los guisantes de Mendel explica las diferencias de color o textura de las semillas, una diferencia en los genotipos de lobos y perros debería explicar las diferencias entre ellos, tanto en apariencia física como en conducta. Lo realmente difícil en este caso, y en todo lo que tiene que ver con la explicación genética de la conducta, es definir el fenotipo: Mendel lo tuvo fácil con los guisantes, puesto que el color, la textura, etc. son rasgos discretos, fijos y fácilmente observables por cualquiera (objetivos), mientras que la conducta es algo continuo, variable y difícil de definir objetivamente -ambiguo en la medida en que cada observador podría dar una interpretación distinta del comportamiento observado.

No cabe duda de que hay una relación muy estrecha entre la genética molecular (estudio del material genético o ADN de los cromosomas y de los mecanismos bioquímicos que explican la expresión de la información contenida en ese ADN), genética mendeliana y teoría sintética de la evolución: efectivamente hoy por hoy sabemos de qué están hechos y cómo funcionan los genes cuyos efectos y modo de trasmisión Mendel describió, y cómo aquel los que favorecen el éxito reproductivo de sus portadores se implantan en la población mientras que los que proporcionan un rendimiento inferior en términos reproductivos tienden poco a poco a desparecer. Curiosamente, mucho antes de que los descubrimientos de Mendel fueran reconocidos por la sociedad, Galton (1822-1911 ), que, por cierto, era primo de Darwin, basándose en los principios de la teoría de la evolución del propio Darwin, dedujo que todos los rasgos conductuales humanos debían tener una base genética, resultado de la selección natural y, con este ligero bagaje teórico (ligero en la medida en que ni siquiera Darwin era capaz de explicar el origen material de las diferencias heredables, sobre las que, según él, actúa la selección natural), hipotetizó que la inteligencia humana tiene una base genética, y pretendió haberlo demostrado al comprobar que el grado de eminencia intelectual de los familiares masculinos de personajes eminentes era más probable cuanto mayor era el grado de parentesco familiar (biológico) de esos individuos eminentes con los familiares puestos a prueba: cuanto mayor era el grado de parentesco, mayor era la semejanza en eminencia intelectual. Por esto y por la enorme cantidad de investigaciones relacionadas que desarrolló o estimuló, se le considera a Galton el fundador de la Genética de la Conducta.

Estamos, pues, de acuerdo en que la conducta es un fenotipo, pero explicar la influencia de los genes sobre la conducta -el otro factor explicativo es, por supuesto, el ambiente- exige rastrear todo el proceso, que va desde el ADN de los gametos que se unen para formar el cigoto (el nuevo ser vivo) hasta el rasgo fenotípico conductual cuya base genética queremos demostrar. Para ello vamos a describir qué son los genes, cómo se heredan y cuales son los mecanismos bioquímicos que explican sus funciones.

Descubrimiento de la genética: Las Leyes de Mendel

Creo que no se puede ponderar el mérito de G. Mendel (1822-1884) como descubridor de las leyes de la herencia genética, como lo prueba la publicación en 1866 de su artículo «Experimentos en la hibridación de plantas»; y ello, a pesar de que tuvieron que pasar 35 años antes de que tales leyes llegaran a conocimiento del mundo. Y no deja de ser curioso que enmarque su investigación en el contexto de la fertilización artificial: no en vano hacía poco que se había demostrado la reproducción sexual de las plantas. No es que fuera desconocido el hecho de que los descendientes se parecen a sus progenitores y a veces incluso más a algún abuelo: el problema era que no había ninguna explicación material para dicha semejanza y además, parecía casi evidente que los descendientes presentan muy a menudo una apariencia intermedia de los rasgos de ambos progenitores, lo que parecía avalar la hipótesis de una herencia promedio. Pero Mendel se convenció de que, puesto que los caracteres (hoy diríamos rasgos) de una raza establecida (raza pura) se mantienen constantes sólo si tanto el polen como el óvulo proceden de plantas con dichos caracteres, ambos gametos debían aportar algo a los rasgos de la planta: a ese algo Mendel lo llamó factor (pero en la actualidad lo llamamos gen). Gracias a sus experimentos con polinización artificial cruzada entre variedades puras de guisantes (Pisum sativum) demostró que dichos factores no se mezclan, sino que se conservan íntegros como unidades de trasmisión hereditaria. Y ello a pesar de que «Los experimentos llevados a cabo en años anteriores con plantas ornamentales ya han proporcionado evidencia de que los híbridos, por regla general, no son exactamente un intermedio entre las especies progenitoras. Con algunos de los caracteres más notables, aquellos, por ejemplo, relacionados con la forma y tamaño de las hojas, la pubescencia de las diversas plantas, etc. el intermedio, en efecto, era casi siempre observado;» pero la clave de su trabajo estuvo en que «en otros casos, sin embargo, uno de los dos caracteres parentales es tan preponderante que es difícil o casi imposible, detectar el otro en el híbrido».

Si Mendel fue capaz de describir las leyes de la herencia genética fue gracias a una estrategia experimenta l modélica. Partió de la observación empírica de que cuando se cruzan en sucesivas generaciones individuos híbridos, hay rasgos que desaparecen y vuelven a aparecer: y puesto que «ningún (experimento) ha sido realizado hasta tal punto y de tal manera que permita determinar el número de formas diferentes bajo el cual la descendencia de los híbridos aparece, o para organizar estas formas con certeza de acuerdo con sus linajes separados, o definitiva mente para determinar sus relaciones estadísticas», Mendel aplicó la exhaustividad para describir matemáticamente qué pasa cuando se cruzan en sucesivas generaciones los híbridos originados a partir de dos variedades puras.

El paciente monje austríaco que fue G. Mendel, debe su fama (póstuma) y su éxito en el campo de lo que luego se conocería como Genética, no sólo a su meticulosidad experimental sino también a la toma de afortunadas decisiones a la hora de diseñar y analizar sus experimentos: su hipótesis le llevó a fijarse en rasgos discretos o cualitativos, para lo que eligió como material de estudio diversas variedades puras de plantas de guisantes en las que se podían discernir con claridad rasgos dicotómicos (Fig. 2.2) Que se trataba de variedades (razas) puras lo prueba el hecho de que durante 8 generaciones la autopolinización de cada raza dio siempre descendientes idénticos (fenotípicamente) a sus progenitores. De hecho estas razas puras le sirvieron de grupo control respecto a los grupos de plantas híbridas, que le permitieron demostrar las posteriormente llamadas Leyes de Mendel.

El primer paso consistió en cruzar entre sí dos razas puras que diferían en uno de los rasgos concretos (generación parental P), es decir, plantas de semilla lisa con plantas de semilla rugosa; plantas altas con plantas enanas, etc (hasta cubrir los siete rasgos que se enumeran en la Fig. 2.2 ): cruce monohíbrido. Así comprobó que todos los descendientes de estos cruces (generación F₁) presentaban una apariencia en el rasgo considerado, idéntica a uno de los dos progenitores, independientemente además de si era el que aportó el óvulo o el polen. A la forma del carácter que se manifiesta (fenotipo) en esta generación F₁ consideró Mendel calificarlo como dominante. Así pues, del cruce de plantas altas con plantas enanas resultó una planta híbrida donde el 100% fueron altas (tan altas al menos como las plantas de la raza alta utilizada en la fecundación ); y lo mismo ocurrió para los otros 6 rasgos dominantes (Fig. 2.2 ). A la variante del carácter que no aparece en esta generación F₁ la llamó recesiva. Por tanto, a juicio de Mendel, para estos 7 caracteres, no se produce el efecto de mezcla hereditaria que cabía esperar.

Ley de la Segregación

El paso siguiente es comprobar qué ocurre cuando se cruzan entre sí al azar las plantas híbridas F₁.

Mendel comprobó para los siete rasgos o caracteres dicotómicos que 3/4 de la generación F₂ resultante de la autofecundación natural de las plantas de la F₁ presentaban el fenotipo dominante, mientras que el 1/4 restante manifestaba el fenotipo recesivo, es decir, el fenotipo que no aparecía en la generación F₁ (ver Fig. 2.3 para el caso del color de la flor). El mérito de Mendel estuvo en la interpretación matemática de estos datos cuant itativos, al establecer que la clave estaba en la proporción 3:1 en cada uno de los fenotipos.

Fijémonos por ejemplo en el color de las flores: en la segunda generación filial (F₂), aparecieron plantas con flores violetas y plantas con flores blancas. La forma recesiva del carácter volvía a surgir. Pero el número de plantas que obtuvo de uno y otro color de la flor no fue similar. Del total de descendientes que obtuvo, 705 presentaban la flor violeta y 224 la flor blanca. De esta forma obtuvo una proporción 3 a 1 (3:1) a favor de las plantas con flores violeta (Fig. 2.3).

El hecho de que la forma recesiva del carácter reapareciese en la F₂, Mendel lo interpretó acertadamente como una consec uencia de que ésta no había desaparecido en la F₁: simplemente, por alguna razón, no se manifestaba en la F₁. Esta variante, recesiva, quedaba oculta. Para Mendel estos resultados indicaban que cada carácter (color de la flor, aspecto de la semilla, etc) era debido a un elemento o factor hereditario que corresponde al término moderno de gen. Por ejemplo, el gen para el carácter color de la flor, existe en dos formas o variantes, la responsable del color violeta y la causante de que la flor sea blanca. A estos genes que presentan más de una variante se les llama alelomorfos o, simplemente, alelos. Cada planta porta dos genes para cada carácter, uno procedente de la planta materna y otro de la paterna o, cuando hay autofecundación, del gameto femenino y del gameto masculino, respectivamente. En el caso que nos ocupa, el gen responsable del color de la flor es alelomorfo, presenta dos alelos, que podemos representar por la letra A, para el alelo dominante, y la letra a, para el recesivo. De esta forma, el alelo a es el responsable de que las flores presenten un color blanco y el alelo A de que lo presenten violeta. Las plantas con flores color violeta llevan dos alelos A (A A) o uno A y otro a (Aa) en el caso de los híbridos, mientras que las que presentan flores de color blanco llevarán dos alelos a (aa).

Mendel señaló que durante la formación de los gametos (gracias al proceso de meiosis que veremos enseguida) los alelos se separan (segregan), de tal forma que cada gameto recibe un solo alelo. Al juntarse dos gametos se restablece en el nuevo individuo la dotación doble habitual para cada carácter (Fig. 2.3 y 2.4).

La constitución genética en relación a un carácter, o a todos los caracteres, se denomina genotipo y la manifestación externa del genotipo, fenotipo. Por ejemplo, el genotipo de un híbrido es Aa y su fenotipo, el color violeta (Fig. 2.3). Por su parte, los genotipos pueden ser de dos tipos: homocigotos, si los dos alelos son iguales, AA o aa, y heterocigotos, cuando los dos alelos son diferentes, Aa. Por tanto, los homocigotos sólo podrán producir un tipo de gameto según el alelo que portan, mientras que los heterocigotos producirán dos tipos, unos con el alelo A y otros con el alelo a (Fig. 2.4).

Teniendo en cuenta estos datos, se comprueba fáci lmente que la proporción fenotípica 3:1, obtenida por Mendel en la F₂, es co nsecuencia de una proporción genotípica 1:2:1, que corresponde a los homocigotos dominantes, los heterocigotos y los homocigotos recesivos, respectivamente (Fig. 2.3 y 2.4).

De todo ello Mendel extrajo la ley de la segregación (primera ley de Mendel): las variantes recesivas enmascaradas en la F₁ heterocigota, resultante del cruce entre dos líneas puras (homocigotas, por tanto), reaparecen en la segunda generación filial en una proporción 3:1, debido a que los miembros de la pareja de alelos del heterocigoto se separan sin experimentar alteración alguna durante la formación de los gametos.

Dado que, fenotípicamente hablando, los homocigotos dominantes y los heterocigotos son indistinguibles, una manera de averiguar a qué genotipo corresponde un determinado fenotipo es a través del denominado cruzamiento prueba. Este consiste en cruzar individuos cuyo fenotipo queremos probar, con individuos homocigotos recesivos. Como éstos últimos sólo producen gametos con el alelo recesivo, el fenotipo de la descendencia dependerá únicamente del genotipo del otro progenitor (Fig. 2.5).

Ley de la Combinación Independiente

Una vez comprobadas las características de la herencia de un solo carácter con dos variantes o formas, Mendel estudió la herencia simultánea de dos caracteres diferentes, tales como el color de la semilla, que tiene dos variantes, amarilla o verde, y el aspecto de ésta, cuyas variantes son lisa y rugosa. Para ello cruzó dos líneas puras, una de plantas con semillas amarillas y lisas, y otra cuyas semillas eran verdes y rugosas (Fig. 2.6). Las plantas obtenidas en la F₁ presentaban todas semillas amarillas y lisas. La primera ley seguía cumpliéndose para cada rasgo, ya que todos los individuos de la F 1 tenían el mismo fenotipo. Por otro lado, los resultados indicaban que tanto la variante amarilla como la lisa eran dominantes, mientras que la verde y la rugosa eran recesivas.

La autofecundación de las plantas de la F₁ proporcionó una generación F₂ constituida por las cuatro combinaciones posibles para los caracteres estudiados: semillas amarillas y lisas, amarillas y rugosas, verdes y lisas, y verdes y rugosas, con unas proporciones respectivas de 9:3:3:1 (Fig. 2.6). Considerados de forma independiente, cada carácter seguía presentándose en una proporción 3:1, es decir, se cumplía la ley de la segregación. Por otro lado, en la F₂ habían aparecido combinaciones que no estaban presentes ni en la generación parental ni en la F₁, es decir, plantas con semillas amarillas y rugosas y plantas con semillas verdes y lisas, lo cual implicaba que los caracteres color y aspecto de la semilla se habían transmitido de forma independiente. De estos resultados Mendel dedujo la ley de la combinación independiente: los miembros de parejas alélicas diferentes se segregan o combinan independientemente unos de otros cuando se forman los gametos.

La biología celular y molecular moderna ha logrado explicar la base material, y los mecanismos y procesos que permiten demostrar porqué las leyes de Mendel son, efectivamente, leyes científicas. Y es que la genial intuición mendeliana de que los progenitores pasan a sus descendientes una copia de cada factor hereditario (gen) de las dos que poseen, es un hecho comprobado: meiosis es el nombre que recibe el proceso por el que se reparten equitativamente y al azar los genes entre los gametos, de forma que cada gameto recibe una sola copia de cada gen.

Visto desde la perspectiva del presente, es normal afirmar que Mendel fue afortunado al elegir siete rasgos que se trasmiten independientemente unos de otros según la ley de la combinación: hoy conocemos la materia que constituye los genes (el ADN), cómo se empaqueta y cómo se trasmite a los gametos. A diferencia de lo que Mendel propuso, los genes no van en unidades individuales separadas, sino que son fragmentos más o menos grandes de ADN que se integran en gran número en una macromolécula que recibe el nombre de cromosoma. Y es una copia de cada cromosoma lo que se reparte entre los gametos, de forma que muchos genes van a ir juntos en el reparto: es tanto como asegurar que los genes responsables de los siete rasgos utilizados por Mendel tienen por fuerza que hallarse en cromosomas diferentes y, dado que Pisum sativum sólo tiene 7 cromosomas diferentes...

Pero vayamos por partes: la herencia genética ha de ser estrictamente equitativa. Los gametos han de recibir una copia, y sólo una, de cada cromosoma (Fig. 2.7), de forma que cada gameto reciba una copia de cada gen, de las dos que normalmente poseen las células de los organismos pluricelulares. Aquí los conceptos esenciales son diploide y haploide. Las células somáticas normales son diploides, ya que portan dos copias de cada cromosoma (y por ende, de cada gen). Podemos decir que los cromosomas van por parejas en el sentido de que contienen los mismos genes: cada cromosoma de cada una de esas parejas tiene su homólogo. El número diploide de cromosomas se representa con la expresión 2n. Puesto que los gametos son haploides porque sólo contienen una copia de cada cromosoma, su número se representa con n. Los gametos de los guisantes de Mendel, por ejemplo, poseen 7 cromosomas (n=7) y sus células somáticas 14 cromosomas (2n); la especie humana es también diploide y el número normal de cromosomas de nuestras células es de 46 (2n=46); los óvulos y espermatozoides humanos, por su parte, contienen sólo 23 cromosomas (n=23).

El desarrollo de cualquier organismo vivo pluricelular implica reproducción celular: mediante mitosis, las células se multiplican de forma que una célula se divide y da lugar a dos células idénticas: esto implica que las células somáticas humanas que se dividen han de hacer previamente dos copias exactas de todo su material genético y luego, distribuirlo exactamente entre las dos células resultantes de la mitosis. Esto significa que han de sintetizar una copia nueva de cada cromosoma, de forma que cada una de las dos células hijas resultantes tenga a su vez 2n cromosomas, o sea, 46 cromosomas.

En este momento es pertinente delimitar muy bien el concepto de cromosoma en el contexto de la división celular, sea mitótica, sea meiótica. Tanto en la mitosis como en la meiosis 1 (ver Fig. 2.7), al menos hasta la metafase, los cromosomas están formados por dos cromátidas, puesto que la molécula de ADN original ha de haberse replicado, de forma que en este momento del proceso, las células tienen un número diploide de cromosomas formados cada uno por dos cromátidas; seguramente por eso en algunos textos a esta forma del cromosoma lo llaman cromosoma replicado. La esencial diferencia entre mitosis y meiosis 1 es que, al dividirse en dos la célula original, en el caso de la mitosis las células hijas reciben cada una una cromátida de cada cromosoma (con lo que se mantiene el número diploide, sólo que ahora se habla de cromátidas como sinónimo de cromosoma), mientras que en ei caso de la meiosis 1, las dos células resultantes reciben cada una un número haploide de cromosomas (la mitad de los cromosomas), pero todavía constituidos por dos cromátidas cada uno: si en la mitosis humana las dos células resultantes de la división celular contienen 46 cromosomas formados por una sola cromátida cada uno, en el caso de la meiosis 1, el resultado son dos células con 23 cromosomas cada una, pero en este caso formados por dos cromátidas.

La Meiosis Propiamente Dicha

Describiendo el proceso de meiosis se podrá comprender mejor el proceso de trasmisión de la herencia genética. Como se verá, la clave de la vida es la reproducción. La reproducción consiste en hacer copias de sí mismo. Los organismos unicelulares se limitan a dividirse, de forma que de una célula original salen dos, y así sucesivamente. Pero los pluricelulares no tienen esta posibilidad: de hecho, éstos parten de una única célula original, llamada zigoto, que por divisiones sucesivas (mitosis) y diversos procesos de especialización, terminan dando lugar a tales organismos complejos. Puesto que en la reproducción sexual cada progenitor aporta una sola copia de cada gen, es preciso un mecanismo que explique cómo es posible que se formen gametos -que al unirse en la fecundación forman el zigoto- con una sola copia de todos y cada uno de los genes.

La palabra meiosis deriva de un verbo griego que significa reducir, así que hemos de definir la meiosis como división celular reductora. Y ello por una buena razón, porque a partir de una célula diploide (2n cromosomas) hemos de conseguir por división, células haploides de n cromosomas. Pensemos además que si no tuviera lugar esta reducción, en las especies sexuales iría aumentando el número de cromosomas de una manera exponencial, si cada cigoto ha de incorporar el total de cromosomas de cada progenitor. Por tanto, lo esencial para nosotros es entender el proceso por el cual se logra formar gametos haploides a partir de precursores diploides.

La meiosis se lleva a cabo en dos etapas. La primera consiste en dividir la célula (2n) de tal forma que cada célula hija reciba un único y completo juego de cromosomas de la célula madre, es decir, pase a ser haploide (n). Cada célula hija recibe un miembro de cada una de las parejas de cromosomas, sólo uno de los cromosomas homólogos. Esta etapa recibe el nombre de meiosis 1. La segunda fase, denominada meiosis 11, consiste en una división normal, equivalente a una mitosis, de las células obtenidas en la primera etapa (Fig. 2.7).

La meiosis 1 consta de las mismas partes que la mitosis, aunque no son equivalentes. Comienza con la profase 1. Ésta difiere de la profase mitótica en un hecho muy importante: los cromosomas homólogos se aparean dos a dos, punto por punto, a lo largo de toda su longitud, formando lo que se denominan bivalentes (por estar compuestos por dos cromosomas homólogos). También reciben el nombre de tétrada, en referencia a las cuatro cromátidas del bivalente; dos por cada cromosoma homólogo (los cromosomas al entrar en la meiosis, como ocurre en la mitosis, están duplicados y por eso constan de dos cromátidas cada uno) (Figs. 2.7 y 2.8).

El apareamiento de los homólogos tiene una importancia extraordinaria. A través de él se produce el fenómeno citológico del entrecruzamiento, mediante el cual se lleva a cabo la recombinación génica, el intercambio de genes de un cromosoma homólogo a otro, como luego veremos. La siguiente etapa es la metafase 1. En ella los bivalentes o tétradas (Fig. 2.8), mediante sus centrómeros, se insertan en las fibras del huso adoptando una ordenación circular sobre la placa ecuatorial. La metafase 1 continúa con la anafase 1 en la que, a diferencia de la anafase de una mitosis normal en la que se separan 2n cromátidas, en ésta se separan los cromosomas de los bivalentes, emigrando n cromosomas (cada uno con sus dos cromátidas) a cada polo.

Finalmente, en la telofase 1 los cromosomas se sitúan en ambos polos de la célula, se desespiralizan y se produce la citocinesis, dando lugar a dos células hijas con n cromosomas. Por haberse reducido el número de cromosomas a la mitad, a esta división meiótica se le denomina también división reduccional.

Como se ha indicado, los cromosomas no han seguido durante la meiosis 1 el mismo comportamiento que muestran durante la mitosis, ya que aquí se han separado cromosomas homólogos y no cromátidas. Este movimiento cromosómico es la demostración citológica de la ley de la segregación. Los cromosomas homólogos portan los alelos de cada gen, y su separación es también la separación de esos alelos descrita por Mendel. Las células hijas obtenidas en la meiosis 1 pueden entrar inmediatamente en la meiosis II o pasar por un período de interfase previamente. En cualquier caso, antes de entrar en esta segunda división meiótica, no se produce duplicación de cromosomas, pues ya están duplicados, dado que en la meiosis 1 se separaron cromosomas con sus dos cromátidas. La meiosis II es prácticamente igual que la mitosis, salvo por el hecho de que la célula que entra en división es haploide, ya no hay cromosomas homólogos y, por tanto, tras ella se obtienen dos células hijas con n cromátidas.

Recombinación y Ligamiento

En la profase 1 se efectúa el emparejamiento de los cromosomas homólogos dos a dos formando las llamadas tétradas o bivalentes (Fig. 2.8). Durante el mismo se producen intercambios de alelos entre los cromosomas de la pareja de homólogos. Este suceso se denomina sobrecruzamiento o entrecruzamiento y se pone de manifiesto citológicamente por la aparición, entre las cromátidas de los bivalentes, de puntos de cruce, en forma de «X», que se denominan quiasmas. Como sabemos, en cada uno de los dos cromosomas homólogos se encuentran los mismos genes en los mismos loci. Por ejemplo, en el cromosoma número cuatro de la planta del guisante, se hallan, entre otros, el gen responsable de la longitud del tallo (A) y el gen que determina la forma de la legumbre (B). Esta información está en ambos homólogos del par 4, aunque no necesariamente se encuentran en ambos los mismos alelos. En uno de los homólogos puede estar el alelo responsable del tallo alto (A) y el de la forma comprimida de la legumbre (b), mientras que en el otro se pueden hallar los alelos que determinan el tallo corto (a) y la forma de la legumbre hinchada (8) (Fig. 2.9-1). El sobrecruzamiento hace que en los loci de uno y otro cromosoma homólogo aparezcan, tras este proceso, alelos diferentes de los originales, como resultado del intercambio subsecuente al entrecruzamiento. A este proceso, consistente en la combinación de los alelos de los cromosomas homólogos, se le denomina recombinación génica.

La consecuencia de la recombinación génica es la aparición, en un mismo cromosoma del gameto, de alelos que o bien proceden del padre, o bien de la madre de quien ha producido el gameto. La gran importancia de la recombinación génica es la variabilidad que genera. El número de gametos distintos que se pueden formar mediante este proceso está en función de cuantos loci heterocigotos existen en un individuo. Concretamente, esa cantidad se obtiene elevando el número 2 (par de homólogos) a la cifra de esos loci heterocigotos. Por ejemplo, si un organismo presenta dos loci en heterocigosis, se podrán formar 2 2 gametos distintos. En nuestra especie se estima que en cada persona existen unos 3.350 loci en heterocigosis. Esto quiere decir que cada individuo puede formar 2 3350 gametos distintos, un número superior al de átomos existentes en el universo. Ello nos da una de las claves del porqué de nuestra individualidad biológica, ya que es prácticamente imposible (salvo en el caso de los gemelos monocigóticos) que existan, hayan existido, o vayan a existir dos personas iguales.

No siempre es posible efectuar intercambios entre los loci de los cromosomas homólogos mediante el sobrecruzamiento. Dado que éste se produce a través de quiasmas, cuanto más juntos estén dos loci, menos probabilidad habrá de que exista sobrecruzamiento entre ellos por un impedimento meramente físico (Fig. 2.9-11). Cuando dos genes tienen nula o muy baja tasa de recombinación entre ellos, se dice que existe ligamiento entre esos dos genes o, simplemente, que están ligados. Si ocurre esto, no existe combinación independiente de caracteres y, por tanto, la ley de la combinación independiente de Mendel queda enmascarada. El porcentaje de recombinación entre dos /oci está directamente relacionado con la distancia física que los separa dentro del cromosoma. A más distancia, más porcentaje de recombinación, y viceversa, cuanto más juntos estén menos porcentaje de recombinación se llevará a cabo entre ellos.

Al comenzar el tema hablábamos de herencia monogénica y posteriormente de herencia poligénica. Dado que Mendel trabajó con caracteres monogénicos, se denominan también rasgos o caracteres mendelianos. Para estudiarlos genes involucrados en distintos rasgos en seres humanos, se emplea el Patrón de transmisión de carácter (Genealogía o Pedigrí), al no poder experimentar con cruzamientos.

Los patrones de transmisión de un carácter mendeliano, detectados a través de las genealogías, dependen de dos factores:

La localización del sitio que ocupa. La localización puede ser autosómica (locus en cualquier autosoma, cromosoma no sexual) o ligadfa a los cromosomas sexuales,

Por tanto, según estos criterios, se establecen tres tipos de patrones de transmisión en la herencia monogénica: autosómica dominante, autosómica recesiva y ligada al sexo.La expresión fenotípica del carácter en cuestión. La expresividad fenotípica puede ser diversa, pero el principal número de loci (locus en plural) estudiados responden a una relación de dominancia y recesividad y, por eso, a ella nos atenderemos.

Transmisión Autosómica Dominante

Transmisión Autosómica RecesivaEn la transmisión autosómica dominante, tanto los homocigotos como los heterocigotos manifestaran el carácter. Un ejemplo es la enfermedad de corea de Huntington, causada por un único gen dominante situado en el cromosoma 4.

En la transmisión autosómica recesiva, sólo los homocigotos presentan el carácter. Los heterocigotos no manifiestan el rasgo, pero son portadores del alelo causante del mismo. Un ejemplo es la enfermedad de Tay-Sachs: el gen involucrado tiene una presencia muy baja en la población general pero entre los judíos ashkenazi de Norteamérica el gen es muy común. La presencia del alelo recesivo provoca una carencia enzimática que hace que se acumule un metabolito en las neuronas, impidiendo su correcto funcionamiento.

Transmisión Ligada al Sexo

La transmisión ligada al sexo es consecuencia de la desigual distribución de los cromosomas sexuales en varones y mujeres. La peculiaridad de la transmisión de los alelos recesivos ligados al cromosoma X hace que aparezca el fenómeno denominado alternancia de generaciones, consistente en que tanto el abuelo como el nieto presentan la variante fenotípica en cuestión, pero no los individuos de la generación intermedia, siempre que la abuela no la presentase ni fuese portadora. (Véase enfermedades Daltonismo y Hemofilia A).

El descubrimiento del ligamiento y la recombinación propios de la meiosis permitió a principios del sentado un gran avance para este proceso. No obstante, sólo se conocen hasta la fecha un 10-15% de los alrededor de 20.000 genes que se piensa poseemos. En la Fig. 2.10 se ofrece un esquema de la estructura del cromosoma. En el caso de la especie humana, cada célula diploide posee 46 cromosomas; además, sabemos que al tratarse de una especie diploide, hay dos copias de cada cromosoma, por lo que en realidad sólo hay 23 cromosomas diferentes (24 en el caso de los varones -ver cariotipo de la Fig 2.27F-, puesto que en los mamíferos el sexo está determinada por la presencia en de un cromosoma especial, el cromosoma Y: en realidad este cromosoma Y hace las funciones de homólogo del cromosoma X, mientras que en las hembras sí existen dos cromosomas X homólogos).

Estructura del Cromosoma Eucariótico

Esencialmente, visto desde el punto de vista de la genética, un cromosoma es una molécula gigantesca de Ácido Desoxirribonucleico (ADN). El ADN es la mayor de las moléculas que portan los seres vivos. Estructuralmente se puede describir como una doble cadena larguísima cuyos eslabones son unas unidades moleculares conocidas como nucleótidos cuyo elemento diferenciador es la base nitrogenada, púrica o pirimidínica, que define a cada uno de ellos. Como luego veremos, cada uno de los eslabones de una de las cadenas va unido por una forma de complementariedad al de la otra cadena y por eso se dice que el ADN está formado por pares de bases (ver Naturaleza Química del Material Hereditario). La longitud de todo el ADN que se encuentra en el total de las células del cuerpo humano es de alrededor de 2 x 10 km. En una célula el tamaño del ADN es bastante menor pero, con todo, alcanza los 2 m. Aunque la delgadez del ADN es extremada, si tenemos en cuenta que el diámetro del núcleo celular es del orden de unas pocas micras, el ADN, dada su longitud, debe experimentar un importante empaquetamiento o condensación, sobre todo en el momento de la división celular, donde esos 2 m de longitud del ADN se convierten en 200 µm en el conjunto de cromosomas metafásicos, es decir, una extensión diez mil veces menor.

Cada cromosoma está constituido por una sola molécula de ácido desoxirribonucleico (ADN) unido a proteínas. Éstas son de varios tipos, pero las principales pertenecen a la familia de las denominadas histonas, que son pequeñas proteínas de carácter básico cuya misión es permitir que el ADN se condense de una forma ordenada alcanzando los diferentes niveles de organización. En eucariotas, el aspecto del material hereditario varía desde la estructura claramente definida que representa el cromosoma metafásico, a una estructura amorfa y disgregada durante la interfase celular, que recibe el nombre de cromatina. Ambas estructuras representan distintos aspectos del mismo material hereditario y ponen de manifiesto que el ADN tiene diferentes niveles de organización. Lo que distingue un nivel y otro es el grado de condensación del ADN. El nivel de organización más elemental (dejando a un lado el que representa la propia molécula de ADN) es el que se alcanza a través de la unión de varios tipos de histonas con el ADN. Esta unión da lugar a una estructura denominada nucleosoma que representa la unidad básica de condensación del ADN (Fig. 2.11). Estas diferencias en el grado de condensación están directamente relacionadas con la funcionalidad del ADN: para que la información contenida en el ADN, lo que llamamos genes, se exprese en la célula es preciso que la molécula sea accesible, por lo que ha de estar poco o nada condensada, mientras que cuando hace falta traspasar esa misma información genética a las células hijas (mitosis) o a los gametos (meiosis), el ADN ha de estar empaquetado, muy condensado. En este segundo caso, la información genética no puede expresarse.

En los eucariotas, el estado menos condensado del ADN consiste en una estructura formada por nucleosomas distribuidos más o menos periódicamente a lo largo del material hereditario como si de cuentas de un rosario se tratase (Fig. 2.11). Esta disposición hace que el ADN disminuya aproximadamente siete veces su longitud. Sin embargo, en el cromosoma metafásico el nivel de condensación del ADN es todavía unas 1.400 veces mayor que el alcanzado sólo con las «cuentas » que forman los nucleosomas. Ese mayor grado de compactación se consigue por sucesivos procesos de plegamiento de unos niveles de organización para alcanzar otros superiores. El nucleosoma representa el primer nivel y el cromosoma metafásico el último. Los sucesivos niveles se consiguen gracias a que los nucleosomas, una vez formados, se pliegan unos sobre otros de una manera ordenada formando una fibra de 30 nm de espesor (Fig. 2.12). Esta fibra representa el siguiente nivel de organización del material hereditario y proporciona una compactación del ADN que hace que su longitud sea 100 veces menor. Los siguientes niveles de condensación no son bien conocidos. En cualquier caso, posteriores enrollamientos de estas fibras de 30 nm, posiblemente sobre un eje proteico no histónico, proporcionan el grado final de condensación del ADN (Fig. 2.10).

Como se ha indicado, la condensación del ADN a lo largo del ciclo celular varía desde el estado de cromatina al de cromosoma metafásico (Fig. 2.10). Sin embargo, la cromatina tampoco presenta un estado homogéneo de compactación y se distinguen, a este respecto, dos tipos de cromatina, la eucromatina, que presenta un empaquetamiento menor, y la heterocromatina, que es la porción de cromatina más condensada. Como veremos a la hora de hablar sobre la regulación de la expresión génica, los diferentes niveles de organización de la cromatina están relacionados también con el grado de expresión génica.

Naturaleza Química del Material Hereditario

Antes de identificar a los cromosomas como los vehículos de la herencia a principios del siglo XX, ya se conocía que estaban formados por proteínas y ácidos nucleicos. Una de las siguientes preguntas era ¿cuál es la naturaleza química del gen? Aun sin conocer la respuesta a esta incógnita, sí se sabía que las propiedades que debía cumplir el material encargado de portar la herencia biológica eran principalmente dos: 1) guardar información y 2) permitir copiar fielmente dicha información. Además, sus propiedades tenían que explicar la cierta capacidad de cambio o de alteración de la propia materia hereditaria, que daría cuenta de la existencia de variantes genéticas o alelos. Durante un tiempo las proteínas, dado el gran número de combinaciones que es posible realizar con los diferentes aminoácidos que pueden formar parte de su estructura, fueron consideradas las candidatas idóneas para ser las moléculas de la herencia. Sin embargo, fue el ácido desoxirribonucleico o ADN, aislado por primera vez en 1869 por el suizo F. Miescher (1844-1895), la molécula que resultó poseer todas las características necesarias. Fueron J.D. Watson (1928-) y F. Crick (1916-2004) los que describieron por primera vez la estructura de la molécula de ADN en el artículo publicado en 1953 en la revista Nature, «Estructura molecular de los ácidos nucleicos: una estructura para el ácido nucleico de la desoxirribosa». Gracias a dicha estructura se pueden explicar las bases moleculares de la herencia biológica. Este tipo de estudios contribuyó definitivamente al desarrollo de la Genética molecular, una disciplina entre cuyos cometidos se encuentra establecer de una forma completa la relación entre genotipo y fenotipo.

Igual que otros ácidos nucleicos, el ADN es una larga cadena doble formada por nucleótidos (Fig. 2.13) que son sustancias compuestas por una molécula de ácido fosfórico, una de un hidrato de carbono -que puede ser una ribosa o una desoxirribosa- y otra de una base nitrogenada -que puede ser una base púrica o una base pirimidínica. En el ADN estos nucleótidos forman dos cadenas, cada una de las cuales está dispuesta en espiral, enroscada una sobre otra formando una doble hélice (Fig. 2.14). Esta conformación se consigue gracias a una disposición con creta de las moléculas que forman cada nucleótido del ADN. La espiral la marca la sucesión de las moléculas de desoxirribosa y ácido fosfórico de cada nucleótido, mientras que las bases nitrogenadas se sitúan en el interior. La unión entre las dos cadenas de nucleótidos que forman el ADN se lleva a cabo a través de puentes de hidrógeno que se establecen entre las bases púricas de una cadena y las pirimidínicas de la otra.

Existen severas restricciones acerca de las uniones entre las bases nitrogenadas de las dos hebras o cadenas que constituyen el ADN, ya que la adenina se aparea únicamente con la timina, mientras que la citosina lo hace sólo con la guanina (Fig. 2.15). A esta relación restrictiva entre las bases se le denomina complementariedad y hace que las dos cadenas de nucleótidos del ADN sean complementarias entre sí. Esta propiedad es la causa de la relación 1:1 entre bases púricas y pirimidínicas. El modelo propuesto por VVatson y Crick explica ese hecho: dado que una base púrica se aparea siempre con la misma base pirimidínica (A - T y C - G), la cantidad de bases púricas será siempre igual a la de pirimidínicas, es decir, A+ G = T + C ó A/ T = C / G. Por ejemplo, si en una determinada molécula de ADN la timina representa e! 17% de todas las bases nitrogenadas de ese ADN, dado que esta base únicamente se aparea con la adenina, la cantidad de ésta también representará el 17% de las bases nitrogenadas de la molécula de ADN analizada. El porcentaje restante, 66%, estará repartido a partes iguales entre la otra pareja de bases complementarias: 33% para la citosina y 33% para la guanina.

Las Copias para la Herencia: Duplicación del ADN

Antes de analizar cómo se codifica la información genética vamos a estudiar cómo se copia el ADN, paso imprescindible para poder traspasar la información a la siguiente generación. La clave está en la complementariedad de las bases nitrogenadas de las dos cadenas que lo forman. Las características fundamentales del proceso de replicación del ADN y los mecanismos mediante los cuales las enzimas encargadas lo llevan a cabo son prácticamente similares en todos los organismos. En 1958, M. Meselson (1930-) y F.W. Stahl (1929-) demostraron que la replicación del ADN es semiconservativa, es decir, que a partir de una molécula de ADN se obtienen dos, cada una de las cuales porta una hebra del ADN original, en tanto que la otra hebra o cadena complementaria se va sintetizando siguiendo la complementariedad original (Fig. 2.16). Cuando el proceso concluye, las dos nuevas moléculas de ADN se separan. Ambas llevan una hebra antigua y otra nueva, pero las dos son idénticas: de esta forma, la información puede ser trasmitida fielmente a otra generación. Cuando hayan de traspasarse a las células hijas o a los gametos, se empaquetarán, unida la una a la otra por el centró mero para constituir el cromosoma metafásico que, como sabemos, contiene dos cromátidas, es decir, dos dobles cadenas resultado de la replicación del ADN.

La afinidad sumamente específica entre entra las bases complementarias, que hace que sea enormemente difícil (aunque no imposible, como veremos) que sea una base inapropiada la que se empareje como complementaria en el proceso de replicación, hace del ADN, en efecto, una molécula química idónea para guardar la información genética.

Los experimentos de Mendel demostraron que la herencia genética se trasmite en unidades concretas (genes), de forma que tales unidades no se diluyen o mezclan para dar lugar a un fenotipo intermedio en los descendientes. El alto grado de refinamiento técnico de la genética actual nos ha permitido describir los mecanismos de la herencia genética y los procesos bioquímicos que conectan las unidades de la herencia con el rasgo fenotípico mendeliano. Gracias a esos avances vamos a poder explicar fenómenos genéticos que, quedando fuera de las posibilidades teóricas y técnicas de Mendel, también caen dentro del marco de las leyes que él descubrió.

Variación de la Dominancia e Interacciones Génicas

Herencia intermedia

Si Mendel hubiera utilizado en su investigación el dondiego de noche (Mirabilis jalapa; Fig. 2.29) hubiera encontrado fenotipos intermedios: cuando se cruzan dos razas puras de esta planta, una de flores rojas y otra de flores blancas, en la generación F, todas las flores son rosas, mientras que la autofecundación de esta generación F₁ da lugar a una generación F₂ donde las proporciones son 1:2:1 (blancas; rosas; rojas), donde las blancas y rojas son homocigóticas para uno de los dos alelos, mientras que las rosas son heterocigóticas.

La explicación en este caso, estriba en el hecho de que uno de los alelos, A_1, aporta pigmento, mientras que el alelo A₂ no aporta pigmento. En este caso (y en general en todos los casos de este tipo que veremos en relación con la genética cuantitativa; ver capítulo 3) es importante notar que el fenotipo depende de cuántos alelos de un tipo u otro haya en el genotipo: si hay dos alelos A 1 (genotipo A₁A₁), la cantidad de pigmento rojo es el doble que si el genotipo es heterocigótico; cuando el genotipo es A₂A₂, no hay coloración y el fenotipo es blanco porque no se sintetiza pigmento de ningún tipo en la flor.

Análisis del Fenotipo a Diferentes Niveles: Codominancía, Dominancia Incompleta y Pleitropismo

La conexión entre genotipo y fenotipo se explica por los mecanismos celulares y fisiológicos cuya programación se halla codificada en los genes. La cuestión es que se ha comprobado que la interpretación de dominancia y recesividad no son suficientes para describir totalmente la conexión entre genotipo y fenotipo. Ahora vamos a tratar de explicar fenotipos donde los heterocigotos presentan un fenotipo más complejo de lo descrito por Mendel.

El ejemplo que se suele utilizar es el de los grupos sanguíneos A, B y 0 donde los sujetos heterocigóticos para los alelos A y B (genotipo AB) presentan un fenotipo doble respecto a los homocigóticos AA y BB. En realidad, lo que ocurre es que tanto el aieio A como el alelo B son funcionales y su expresión da lugar a que en los glóbulos rojos de los sujetos AB se formen tanto el antígeno A como el antígeno B. Los sujetos AA, A0, BB y B0 sólo producen una de las dos variantes posibles del antígeno (el alelo 0 es recesivo porque su presencia no genera ningún tipo de antígeno).

El ejemplo que vamos a desarrollar es el del gen de la hemoglobina humana, del que existen numerosas variantes. La hemoglobina está formada por dos polipéptidos, globinas alfa y beta, codificados cada uno de ellos por un gen diferente, Hbα y Hbβ respectivamente. La β-globina normal está codificada por el alelo Hbβ. Existen, por otra parte, cerca de 400 variantes alélicas de este gen, algunas de las cuales dan lugar a una hemoglobina menos eficaz a la hora de trasportar oxígeno. Una de esas variantes es el alelo Hbβ^S, que codifica un polipéptido anormal que ocasiona la anemia falciforme. Centrándonos en el alelo Hbβ^S, y comparando los portadores heterocigóticos (genotipo Hbβ^A Hbβ^S), con los homocigóticos normales (Hbβ^A Hbβ^A) y con los homocigóticos afectado (Hbβ^S Hbβ^S), veremos que se pueden establecer diferentes relaciones de dominancia según cómo consideremos el fenotipo:

1. a nivel molecular, ambos alelos se expresan, por tanto, hablamos de codominancia: efectivamente, podemos encontrar las dos formas de β-globina en los glóbulos rojos heterocigóticos.
2. a nivel celular se ha comprobado que en condiciones normales de oxígeno, la mayor parte de los glóbulos rojos heterocigóticos son normales, sin embargo, cuando los niveles de oxígeno son bajos, aparece algunos glóbulo rojos que se colapsan; en este sentido ambos alelos presentan una dominancia incompleta (los sujetos homocigóticos (Hbβ^S Hbβ^S), por su parte, suelen desarrollar fallos cardíacos por las dificultades que se generan en su sistema circulatorio al colapsar la mayor parte de sus glóbulos rojos; en este aspecto la homocigosis recesiva es letal).
3. sin embargo, tanto los heterocigóticos Hbβ^A Hbβ^S como los homocigóticos Hbβ^S Hbβ^S, son resistentes a la malaria porque sus glóbulos rojos, tanto en un caso como en otro, se rompen antes de que la infección de malaria pueda prosperar: en este sentido, el alelo Hbβ^S es dominante. Afortunadamente para los heterocigóticos, en lo que se refiere a la anemia falciforme, el alelos normal Hbβ^A, es dominante, de forma que los heterocigotos tienen la ventaja de ser resistentes a la malaria y la de no padecer anemia falciforme.

Por tanto, hemos de ser muy cautos al usar los conceptos de dominancia y recesividad, por cuanto, como hemos visto, eso depende del fenotipo concreto que estemos analizando. La conclusión que hemos de sacar es que un mismo gen puede estar invoiucrado en varios rasgos fenotípicos, es lo que se conoce como pleiotropismo, y además, cada alelo puede resultar dominante en alguno de esos rasgos y recesivo en otros.

Epistasia

La segunda ley de Mendel pone de manifiesto que cuando analizamos la herencia simultánea de dos caracteres, las proporciones 9:3:3:1 obtenidas en la F₂ son consecuencia de la combinación independiente de los alelos de los genes responsables de esos dos caracteres. Sin embargo, existen casos en los que la proporción fenotípica obtenida en la F₂ parece contradecir la mencionada ley. Una posible causa de esa falta de concordancia entre la proporción fenotípica esperada y la obtenida cuando analizamos la herencia de dos caracteres simultáneamente, puede ser atribuible al fenómeno denominado epistasia. Ello se debe a que la expresión de uno de los dos genes es requisito imprescindible para que se manifieste el efecto sobre el fenotipo del otro gen. Un ejemplo muy gráfico nos lo ofrece el llamado fenotipo Bombay: a nivel molecular el grupo sanguíneo A es debido a la acción de un enzima que añade el polisacárido A a un polímero de azúcar conocido como sustancia H, mientras que el grupo B es el resultado de una variante de la misma enzima que añade al polímero H el polisacárido B (el tipo 0 se debe a que no se sintetiza ninguna de las dos formas de enzima y por tanto, no se añade nada al polímero H). Ahora bien, sucedió en Bombay que una mujer del grupo 0 tuvo con un hombre del grupo A una hija del grupo AB y un hijo del grupo B, cosa que no es posible basándonos en el modo de herencia de un solo gen con dos alelos, puesto que en ese caso la mujer tenía que ser genotípicamente 00, de forma que sus descendientes sólo podían ser 0 ó A. Afortunadamente se pudo demostrar que la mujer aparentaba ser del grupo 0 porque en realidad no producía el polímero H (para este segundo gen, el genotipo de la mujer era homocigótico recesivo hh): sus hijos sí recibieron el alelo H del padre, lo que hizo que se manifestara el verdadero grupo sanguíneo de la madre, que de haberse podido manifestar hubiera sido B o AB. Este ejemplo demuestra que la manifestación fenotípica de los alelos de un gen puede depender del genotipo del sujeto en otro gen diferente. A esto es a lo que se llama epistasia o epistasis.

La cuestión pertinente ahora es establecer cómo se codifica la información en el ADN: se trata de describir cómo se relaciona la secuencia de bases del ADN, lo único que es específico de cada molécula de dicho ácido nucleico, con el fenotipo. Volviendo a Mendel, ¿qué relación hay entre alguna de las moléculas del ADN (genes) del guisante y sus caracteres fenotípicos? Por ejemplo, se sabe que las semillas verdes mantienen ese color verde porque no se degrada la clorofila, mientras que en las amarillas, ésta sí lo hace; o bien, en el caso de la altura de la planta, se sabe que lo que determina la diferencia entre plantas altas y plantas enanas es la longitud del tallo entre nodos, y no el número total de nodos. Estudios genéticos, fisiológicos y analíticos han demostrado en este último caso que en la variante alta interviene una enzima específica, la GA₃β-hydroxilasa, enzima que, por alguna razón, es prácticamente inactiva en el caso de las plantas enanas (Smykal, 2014). En 1909, el médico británico A.E. Garrad (1857-1936), publicó su trabajo lnborn errors of metabolism (Errores congénitos del metabolismo), en el que señala que algunas enfermedades hereditarias son causadas por el efecto que la herencia ejerce sobre el metabolismo de determinadas sustancias. Garrad propone un nexo de unión ente genes y fenotipo: el metabolismo. Sin embargo, como suele ocurrir con cierta frecuencia en el ámbito científico, la idea no fue propuesta en el momento adecuado y pasó desapercibida. En 1941, G. Beadle (1903-1989) y E. Tatun (1909-1975), plantearon la hipótesis de un gen/un enzima. Dicha hipótesis afirma que los genes regulan las características fenotípicas de los organismos gracias a que codifican la estructura de las enzimas que intervienen en todos y cada uno de los procesos metabólicos que acontecen en el organismo.

Esta hipótesis fue confirmada con posterioridad, estableciéndose que un gen es la secuencia ordenada de bases nucleotídicas del ADN, la cual secuencia determina a su vez el orden de los aminoácidos de las proteínas. Las proteínas son las sustancias que dan forma a las estructuras orgánicas, y las principales responsables de los procesos metabólicos que explican el funcionamiento de los seres vivos; estas segundas reciben el nombre genérico de enzimas. Ocurre además que las propiedades de las proteínas, curiosamente, dado el paralelismo, vienen determinadas por la secuencia de los aminoácidos, unidades básicas o monómeros de las proteínas.

Los genes que codifican proteínas se denominan genes estructurales para diferenciarlos de aquel las otras secuencias de ADN que portan otro tipo de información, como por ejemplo la de la secuencia de nucleótidos de los distintos ácidos ribonucleicos.

En 1970, Francis Crick, con toda la información disponible acerca las bases moleculares de la herencia, propuso el denominado dogma central de la Biología, que establece el flujo que sigue la información genética, la cual se halla en el ADN (molécula desde la que la información puede ser duplicada para su transmisión a otra célula, a través del proceso de replicación), de donde se trasfiere bioquímicamente a una molécula de ARN, mediante el denominado proceso de transcripción, y desde el ARN, a través del proceso de traducción, la información se expresa en una secuencia polipeptídica. Este dogma central ha tenido que ser ampliado en el sentido de que la información puede almacenarse en forma de ARN y trascribirse inversamente a ADN, siempre siguiendo el sistema de complementariedad de bases: es el caso de los retrovirus, que son virus cuya información genética se almacena en forma de ARN (Fig. 2.17).

La Expresión Génica: la Información en Acción

Para comprender de manera cabal cómo se comporta el material genético, y explicar las bases moleculares de la herencia, lo mejor es describir el proceso que conecta los genes con el fenotipo: estamos hablando de la expresión génica, de la manera en que la información codificada en el ADN se manifiesta en los procesos biológicos que dan lugar al desarrollo y funcionamiento característico de los seres vivos. La información genética, para ser efectiva, ha de seguir un proceso que consta de dos pasos, la trascripción y la traducción.

La Transcripción

El ADN de los eucariotas se encuentra situado en el núcleo celular, mientras que la maquinaria necesaria para la síntesis de proteínas se halla en el citoplasma. El tamaño de la molécula de ADN y la importancia de la información en ella contenida pueden ser dos de los motivos que hacen que el ADN no viaje hasta el citoplasma para transmitir las instrucciones necesarias para la síntesis proteica. Por ello, cada vez que es necesaria la producción de un determinado polipéptido, la información de su secuencia de aminoácidos es copiada desde el correspondiente gen a un ácido ribonucleico. A este proceso se le denomina transcripción. El ARN formado es el que viaja hasta el citoplasma transportando la información (el mensaje) para que el polipéptido en cuestión sea sintetizado. Por este motivo a ese ARN se le llama ARN mensajero (ARNm).

El proceso de transcripción es catalizado por una enzima perteneciente al grupo de las ARN polimerasas (Fig. 2.18). Como en el caso de la duplicación del ADN, en la transcripción se siguen las reglas de complementariedad, con la salvedad de que en vez de añadir un nucleótido de timina cuando en la hebra molde de ADN aparece un nucleótido de adenina, se añade un nucleótido de uracilo en la cadena de ARN en crecimiento. La ARN polimerasa se une a una región específica situada por delante del gen que se va a transcribir, llamada promotor, y desde esta región inicia la síntesis del ARNm. La transcripción del ARN finaliza cuando la ARN polimerasa alcanza una región específica del ADN situada al final del gen, denominada secuencia de fin, que no es otra cosa que una señal de parada de la transcripción. En ese momento, la hebra de ARNm queda libre y la ARN polimerasa se separa del ADN, pudiendo volver a unirse a otro promotor para iniciar una nueva transcripción. Paralelamente, las hebras de ADN separadas para la transcripción, son de nuevo unidas por unas enzimas específicas.

No todas las secuencias de ADN guardan información referente a la estructura primaria de los polipéptidos. Otros segmentos de ADN se transcriben a ácidos ribonucleicos con funciones distintas a la del ARNm. Son ios ácidos ribonucleicos ribosómicos (ARNr), que forman parte del ribosoma, y los ácidos ribonucleicos de transferencia (ARNt), que se encargan de transportar los aminoácidos durante la síntesis de proteínas (Fig. 2.22).

Maduración del ARN

En algunos procariotas y en prácticamente todos los eucariotas, los ARNm experimentan una modificación de su estructura una vez sintetizados (Fig. 2.19). El ARNm que produce la ARN polimerasa se denomina transcrito primario. Éste porta la secuencia que codifica el polipéptido, sin embargo, esta secuencia no está colocada de forma continua en este ARNm, sino disgregada en varias secuencias a lo largo del transcrito primario, separadas por segmentos no codificantes, denominados intrones (secuencias intercaladas), para diferenciarlas de las que sí guardan información, las secuencias codificantes, denominadas exones (las que se expresan). En los eucariotas, los intrones representan un porcentaje mayor de la secuencia génica que el dedicado a los exones. A través de un proceso de corte y empalme (splicing) denominado maduración o procesamiento del transcrito primario, se eliminan los intrones y se colocan secuencialmente los exones, obteniéndose un ARNm maduro que porta la secuencia lineal de un polipéptido funcional. De igual modo, los ARN ribosómicos y de transferencia también experimentan maduración.

Dependiendo de los genes, hay transcritos primarios que tras su procesamiento codifican siempre ei mismo polipéptido, y otros que pueden experimentar varios tipos de maduración que originan polipéptidos distintos, en función de la célula en que se exprese, y la etapa de desarrollo en que se encuentre el organismo. Por ejemplo, en la rata existe un gen que codifica un transcrito primario que si se expresa en las células del tiroides, origina un ARNm maduro que codifica la secuencia aminoacídica de la hormona calcitonina, mientras que si el procesamiento se realiza en la hipófisis, origina otra hormona, la CGRP (péptido relacionado con el gen de la calcitonina) de efectos diferentes a los de la ca lcitonina (Fig. 2.20).

Los ARN ribosómicos y de transferencia también experimentan maduración. Así, en eucariotas, los ARNr 18S, 28S y 5,8S proceden de un solo transcrito primario que tras su maduración origina esos distintos ARNs ribosómicos (Fig. 2.21).

El Lenguaje de la Vida: El Código Genético

Hemos dicho que el ADN contiene la información genética y tiene que haber una característica estructural que le permita hacerlo. A lo largo de los años cuarenta y cincuenta, diversos datos empíricos habían establecido que existía una relación entre la secuencia lineal de nucleótidos del ADN y la de los aminoácidos de los polipéptidos. La pregunta planteada fue ¿cómo está codificada en el ADN la información referente a la secuencia de aminoácidos de un polipéptido? Además, hay que explicar qué pasa en el proceso intermedio de trascripción para que se mantenga la información. Los humanos habitualmente recurrimos al empleo de signos y reglas para guardar información. De esta forma establecemos la equivalencia entre una determinada ordenación de los signos y un significado, es decir, una información concreta. Con la combinación de las 27 letras de nuestro alfabeto podemos formar muchísimas palabras escritas, cada una con un significado. Así, según el orden en que coloquemos las letras A, O, M y R, podremos formar palabras con significado AMOR, MORA, ROMA, RAMO... La información se ha codificado mediante una determinada ordenación de esas cuatro letras: las lenguas tienen códigos para codificar y descodificar la información lingüística, letras, palabras (verbos, sustantivos), frases (sintaxis), etc. Igualmente, el código genético es el conjunto de reglas que permite descifrar la información codificada en el ADN para construir proteínas funcionales y, en general, hacer que la vida de las células sea ordenada y exitosa.

Es sabido que todas las proteínas están constituidas por cadenas de aminoácidos, de los que sólo se usan 20, así que los polipéptidos (proteínas) se diferencian unos de otros sólo por el orden en que estén unidos los aminoácidos que los constituyen. El ADN, por su parte, contiene la información acerca de las secuencias de aminoácidos de todos los polipéptidos del organismo. Dado que la naturaleza del ADN y la de los polipéptidos son distintas, esa información debe ser guardada de forma cifrada de acuerdo con un código. El ADN está formado por sólo 4 nucleótidos cuya diferencia estriba en las bases que los constituyen, Adenina, Timina, Guanina y Citosina, es decir, la información que porta utiliza un alfabeto de cuatro letras (A, T, G y C). Sin embargo, los polipéptidos utilizan 20, y cabe preguntarse cómo es posible que con las 4 letras del ADN se pueda codificar la información relativa a 20 aminoácidos diferentes para formar los polipéptidos.

Para encontrar la solución a esta pregunta, y asumiendo que el orden de las bases en el ADN determina el orden de los aminoácidos en las proteínas, los científicos emplearon como primera aproximación la lógica de las técnicas criptográficas para proponer una hipótesis. El ADN debe codificar la información mediante la combinación de sus cuatro tipos de nucleótidos. Si tomamos de una en una las cuatro bases, sólo podremos formar cuatro «palabras » distintas, es decir, el ADN sólo podría guardar información acerca de cuatro aminoácidos. Si el código se estableciese combinando esas cuatro bases de dos en dos, se podrían formar 4² combinaciones posibles, es decir, el ADN podría guardar información acerca de 16 aminoácidos, número de nuevo insuficiente. Si combinamos esas «letras » de tres en tres, se podrán formar 64 «palabras» distintas (4³), número más que suficiente, ya que con 20 hubiese bastado, pero como veremos más adelante, las «palabras » sobrantes también tienen un significado.

Durante los primeros años de la década de 1960 y gracias a los datos experimentales aportados por los grupos de trabajo dirigidos por M. Nirenberg, Severo Ochoa y H.G. Khorana, se comprobó que la base del código genético es el triplete (en el ADN), o codón (cuando nos referimos a ese triplete en el ARNm). Está constituido por una secuencia cualquiera de los tres nucleótidos de los cuatro posibles (de adenina, guanina, citosina y timina; el uracilo sustituye a la timina en el ARNm). El orden en que van los tripletes especifica el orden en que van los aminoácidos en las proteínas. Por tanto, un triplete especifica un aminoácido. La equivalencia entre todos los codones posibles y los distintos aminoácidos que forman parte de los polipéptidos se recoge en la Tabla 2.1: nótese que hay una correspondencia entre cada triplete que forma cada codón del ARNm y los tripletes complementario de una de las dos cadenas del ADN de la que se trascribió, y a la vez, una correspondencia entre la secuencia de codones del ARNm y la secuencia de aminoácidos en la proteína. Para entender de manera cabal cómo funciona el código genético, hay que entender las siguientes propiedades:

1. es redundante o degenerado: cada aminoácido puede estar codificado por más de un codón. Habiendo 64 tripletes posibles y sólo 20 aminoácidos, en claro que sobran tripletes: como se ve en la Tabla 2.1, cada aminoácido puede estar codificado por más de un triplete, es decir, hay tripletes «sinónimos ». Por ejemplo, el aminoácido arginina es codificado, tanto por el codón AGA, como por el AGG. Además, algunos codones no codifican aminoácidos sino que son señales de paro que hacen finalizar la traducción. Es el caso de los codones UAA, UAG y UGA.
2. es un código sin superposición: esto significa que un nucleótido sólo pertenece a un codón y no a varios. Por ejemplo, en la secuencia AUGCAUAAG, los codones serían: AUG, CAU, AAG y no UGC, AUA, GCA o UAA. Es decir, que el nucleótido de guanina del primer codón, por ejemplo, sólo puede pertenecer a ese codón y no a cualquier otro que formemos con los nucleótidos adyacentes.
3. la lectura es lineal y continua: con ello se indica que la lectura del ARNm se inicia en un punto y avanza de codón en codón sin interrupciones ni saltos.
4. es universal: prácticamente todos los seres vivos, desde una bacteria a un mamífero, pasando por las plantas o los hongos, utilizan el mismo código para traducir el mensaje del ADN a polipéptidos. Esta propiedad apunta claramente hacia una relación de parentesco entre todos los seres vivos.

La Traducción

De la misma forma que la sucesión de palabras codificadas en un lenguaje no tiene otra finalidad que la expresión de una información, el objetivo de todos los procesos descritos hasta aquí es que la información codificada en el ADN se exprese a través de la formación de las proteínas. Al proceso mediante el cual la información contenida en el ARNm, en un alfabeto de cuatro letras, es convertida, siguiendo las reglas del código genético, al alfabeto de 20 letras de los polipéptidos se le denomina traducción. La síntesis del polipéptido cuya secuencia lleva cifrada el ARNm se inicia en los ribosomas. A través de un proceso enzimático, los ácidos ribonucleicos de transferencia (ARNt) (Figura 2.22) van incorporando los correspondientes aminoácidos especificados por la secuencia lineal de codones del ARNm. Esto se consigue gracias a que existen tantos ARNts como codones distintos puede haber en el ARNm. La diferencia entre los ácidos ribonucleicos de transferencia radica en el triplete de nucleótidos complementario de cada uno de los codones del ARNm, denominado anticodón, y en el aminoácido que transporta, que no es otro que el especificado por su codón complementario. El resultado es la formación de un polipéptido con una función biológica concreta y distinta de la de cualquier otro cuya secuencia de aminoácidos sea diferente. Un esquema del proceso de expresión génica se ofrece en la Fig. 2.23.

Una mutación se considera cualquier cambio permanente en el material genético no debido a la segregación independiente de los cromosomas o la recombinación que ocurre durante el proceso de meiosis. Las mutaciones se producen al azar y son las responsables de por selección natural, la evolución.

Una fuente de mutación es la propia replicación del ADN, proceso en el que se calcula que se produce la inserción de un nucleótido erróneo una vez cada 1010 pares de bases. Además de este factor existen otros químicos y físicos el medio ambiente que incrementan la tasa normal de mutación, mutágenos. Entre los de tipo electromagnético se encuentran las radiaciones ionizantes (Ejem Rayos X y Gamma) y no ionizantes (Ejem Rayos ultravioletas). Otro grupo de mutágenos tiene naturaleza química (Ejem ácido nitroso, gas mostaza, colorantes de acridina...).

Las mutaciones afectan al material hereditario por lo que son transmitidas a las células hijas. Los seres vivos que se reproducen sexualmente, presentan dos tipos de células, las somáticas y las germinales (Producen los gametos). Si afecta a las germinales el cambio se trasmitirá a los descendientes. Si afecta a las somáticas el cambio se transmitirá a las células hijas tras el proceso de mitosis y citogénesis. El que afecten en mayor o menor medida al individuo depende de la naturaleza de la mutación del tejido afectado y del momento del desarrollo ontogénico en que se produzca la alteración.

Las mutaciones somáticas son la causa del envejecimiento y del mosaicismo somático, es decir, de la aparición en un individuo de dos líneas celulares que difieren genéticamente.

Las mutaciones pueden ser: genómicas, cuando afectan a cromosomas completos; cromosómicas si ocurren en una parte del cromosoma e involucra a varios genes y génicas, al modificar a un solo gen. 

El Gen SRY y el Fenotipo Masculino

Desentrañar la influencia de los genes sobre la conducta, y más sobre la conducta humana, es una tarea extraordinariamente difícil: nunca podemos estar seguros de cuál es el efecto concreto de un gen, puesto que cada gen puede afectar a la expresión de otros genes, de forma que su relación con el fenotipo conductual suele ser bastante intrincada e indirecta. Si, por ejemplo, en el caso de la fenilcetonuria esa conexión es sencilla (la acumulación de fenilalanina impide el desarrollo armónico del cerebro y, por ende, de la conducta), no lo es en muchos de los casos comentados: la variante s del transportador de serotonina, si va acompañada de estrés durante el desarrollo, parece guardar mucha relación con la manifestación de ansiedad y conductas depresivas en el adulto; pero a día de hoy desconocemos el mecanismo neurobiológico que permita entender dicha conexión.

Sin embargo, hay un gen cuya relación directa con el fenotipo está bastante demostrada: nos referimos al gen SRY (acrónimo en inglés de región determinante del sexo del cromosoma Y). Este gen se halla, obviamente, en el cromosoma Y que se asocia indisolublemente con la masculinidad. El gen SRY se activa entre las 6ª y las 8ª semana de gestación.

Podemos asegurar que se trata de un gen regulador porque codifica un factor de trascripción. Seguramente, la proteína codificada por el gen SRY (el hipotético Factor Determinante de Testículos, o FDT) inicia una cascada de acontecimientos consistente en la expresión de otros muchos genes. Sin embargo, entre estos genes regulados por el FDT destaca el gen SOX9.

Que el gen SRY es el responsable del fenotipo masculino lo demuestra una serie de datos empíricos: el gen SRY se halla presente en todos los varones XY. Justamente los sujetos XY a los que por deleción les falta el locus de este gen SRY, son fenotípicamente mujeres; lo mismo ocurre cuando dicho gen ha sufrido una mutación que lo hace incapaz de funcionar correctamente, bien por no sintetizarse la proteína codificada, bien porque la proteína resultante no es funcional. Así mismo, cuando este gen SRY se encuentra por traslocación es sujetos cuyo cariotipo es 46,XX, el fenotipo es siempre masculino. Aparte de los hechos observados en nuestra especie, datos experimentales con ratones han permitido replicar por completo lo dicho para humanos: Con ingeniería genética se puede bloquear mediante knockout la expresión del gen; también se puede insertar dicho gen en el genoma de un individuo y, en todos los casos, los resultados han sido los esperados: en realidad el gen SRY (o sry si hablamos de ratones) tiene como efecto directo la diferenciación de testículos, paso decisivo, puesto que es el funcionamiento normal de los testículos, y especialmente su capacidad de producir testosterona en una fase temprana, lo que determina toda la diferenciación sexual masculina, si bien es cierto que su función única es potenciar la expresión de otro gen, el gen SOX9 (se halla en el cromosoma 17). Este segundo gen también codifica un factor de trascripción que regula a su vez la expresión de otros genes. Sorprendentemente, en casos de sujetos XX (y ausencia de gen SRY) donde por duplicación existe una copia extra de este gen SOX9, el fenotipo es masculino: ello es debido a que, en último extremo, es la cantidad de producto sintetizado a partir del gen SOX9 lo que inclina la balanza hacia la diferenciación como testículos de las gónadas bipotenciales. Aún se puede decir más: la insuficiencia funcional del gen SOX9 (debida por ejemplo a la presencia en el genotipo de un alelo no funcional del gen) da lugar, entre otras cosas, a fenotipo femenino en un gran porcentaje de casos (75%).

Genética y Epigenética de la Conducta: la Testosterona y la Diferenciación Sexual

Que los genes SRY y SOX9 son necesarios pero no suficientes lo demuestra la existencia del llamado Síndrome de Feminización Testicular: los sujetos que lo padecen presentan tanto genotipo XY como testículos y, sin embargo, nacen con un fenotipo aparentemente femenino y al llegar a la pubertad llegan incluso a desarrollar el pecho femenino. Por supuesto no hay menarquia ni órganos genitales internos, ni siquiera aparece vello axilar o púbico. Por otro lado, cuando la insensibilidad a los andrógenos (que es la causa de este síndrome) es completa, la orientación sexual es típicamente femenina. Esta insensibilidad a los andrógenos se debe a una mutación del gen que codifica el receptor de andrógenos, lo que impide que la testosterona llegue al núcleo de las células y ejerza sus funciones regulatorias, cuyos efectos se manifiestan en la diferenciación sexual masculina, crecimiento muscular, desarrollo de los huesos, espermatogénesis y crecimiento de la próstata. Curiosamente, este gen se encuentra en el cromosoma X.

Hay otra mutación genética cuyos efectos son en cierta manera complementarios a los observados en el caso de la insensibilidad a los andrógenos: nos referimos al síndrome de Hiperplasia Adrenal Congénita. Se trata de un rasgo autosómico recesivo consistente en un deficiencia en el gen CYP21 que impide que se sintetice la enzima 21-hidroxilasa esteroide adrenal, lo cual resulta en una exceso de producción de testosterona por parte de la corteza adrenal (además de una reducción en la síntesis de cortisol; por eso el síndrome ocasionado es más complejo de lo que cabría esperar si sólo hubiera exceso de testosterona). En todo caso, las mujeres que portan esta mutación, nacen con unos genitales externos de apariencia masculina, si bien los genitales internos son típicamente femeninos. En comparación con mujeres normales, estas mujeres presentan una cierta masculinización comportamental (algunos rasgos psicológicos están próximos a la media de los varones: agresividad, el tipo de actividades preferidas). Además es muy frecuente que la orientación sexual también sufra masculinización en un porcentaje notable de casos.

Genética del Ritmo Circadiano

Todos los seres vivos que habitan el planeta Tierra se ven sometidos a la acción de los ciclos terrestres, el ciclo día-noche y el ciclo de las estaciones. La rotación de la tierra sobre su eje determina los cambios de luz que constituyen el ciclo día/noche. En paralelo, prácticamente todos los animales, de insectos a humanos, exhiben de modo espontáneo ritmos circadianos (de alrededor de un día), incluso cuando se hallan completamente aislados de cualquier señal o indicio externo. No puede caber duda de que la adecuación de los procesos fisiológicos a este ritmo geológico es esencial para la adaptación biológica: así cabe explicar la existencia de mecanismos celulares endógenos que regulan la fisiología y la conducta de modo acorde con dicho ciclo geológico; son los llamados relojes biológicos. En los mamíferos, el mecanismo de este reloj circadiano endógeno se haya en el núcleo supraquiasmático del hipotálamo y, evidentemente, funciona gracias a la acción coordinada de determinados genes (Fig. 2.35).

Lo cierto es que se ha podido demostrar que existen variantes (a lelos) de algunos de estos genes involucrados en la regulación del ritmo circadiano de los mamíferos, alelos que permiten explicar algunas diferencias fenotípicas en lo que se refiere al ciclo natural de actividad/ inactividad propio de los mamíferos: el primer ejemplo se encontró por casualidad en hámster, cuan do se observó que en algunos casos el ciclo de actividad/inactividad propio de la especie era más corto de las 24 horas habituales; esta variante genética recibió el nombre de tau (esta variante permitió también descubrir que el reloj biológico endógeno se halla en el núcleo supraquiasmático, puesto que si se trasplantaba dicho núcleo a hám steres normales, previa ablación del propio, éstos también presentaban un ciclo circadiano más corto). Se pudo demostrar que los homocigotos para el gen tau presentaban un ciclo de 20 horas, mientras que el de los heterocigotos era de 22 horas.

También en humanos se ha encontrado variabilidad en el ciclo sueño/vigilia asociado a variantes alélicas asociadas a la regulación del ritmo circadia no descrito. En concreto el Síndrome de Fase Adelantada del Sueño (ASPS, por las iniciales en inglés) guarda un estrecho paralelismo con la variante tau 15 anteriormente citada: los miembros afectados de familias donde este síndrome es frecuente (ver pedigrí de la Fig. 2.36), al parecer, sufren una alteración en el gen PER2. Estas personas se caracterizan por dormirse entre las 6 y las 9 de la tarde y despertarse entre las 2 y las 5 de la madrugada, mucho más pronto de lo habitual. Al parecer, la sustitución del aminoácido serina por el aminoácido glicina da lugar a que la proteína PER2 se acumule más deprisa, acelerando el bucle de feedback del reloj y, como consecuencia ocasionando un período circadiano más breve.

El trastorno inverso, el llamado Síndrome de Fase Demorada del Sueño (DSPS) es más conocido (afecta a menos del 1 % de la población) y se caracteriza justamente por la imposibilidad de dormirse o despertarse a voluntad a la hora deseada. Estas personas tienen que esperar hasta más tarde de las 3.00 horas para dormirse, y se despiertan entre las 10.00 y las 15.00 horas si pueden dormir ad libitum. Hasta ahora sólo se ha asociado una variante del gen PER3 con el DSPS, si bien en modo alguno pueden atribuirse todos los casos a esta variante.

Hay otros síndromes que afectan al sueño, pero que no están relacionados con los ritmos circadianos. Uno de ellos es el Insomnio Familiar Fatal. Se trata de una enfermedad autosómica dominante caracterizada, además del insomnio intratable, por trastornos motores, un deterioro cognitivo consistente en pérdida de la capacidad de atención, déficits en la memoria a corto plazo, y en general un proceso de degeneración de los procesos cognitivos que termina en demencia y muerte. No deja de ser curioso que el alelo que causa este síndrome se halle es una variante del mismo gen que produce el Síndrome de Creutzfeldt-Jakob (muy similar a la llamada enfermedad de las vacas locas o encefalopatía espongiforme bovina). Dicho gen es el PRNP (gen de la proteína priónica) y se halla en el cromosoma 20. La mutación puntual consistente en la sustitución de asparraguina por aspártico en la posición 178 cuando va asociada a metionina en la posición 129, determina la aparición del Insomnio Familiar Fatal (esta misma mutación del triplete 178 cuando va acompañada por valina en la 129, da lugar al síndrome de Creutzfeldt-Jakob).

La Narcolepsia

La Narcolepsia es otro trastorno neurológico relacionado con el sueño. Consiste fundamentalmente en una incapacidad para regular el patrón circadiano de sueño-vigilia normal. Los pacientes sufren además somnolencia diurna excesiva, parálisis del sueño y alucinaciones hipnagógicas así como, en la mayoría de los casos, cataplexia (o cataplejía), que es una pérdida súbita del tono muscular con pérdida del equilibrio durante la vigilia. Curiosamente, la cataplexia aparece con mayor frecuencia en situaciones estresantes o intensamente emotivas. Es frecuente además, que estos pacientes entren directamente en la fase REM del sueño, también llamada fase de sueño paradójico porque, aunque la persona está profundamente dormida, las ondas cerebrales son similares a las que aparecen normalmente durante la vigilia; téngase en cuenta que las personas normales tardan unos 90 minutos desde que se duermen en entrar en esa fase REM. Es en esta fase de sueño REM cuando el tono muscular es más bajo y, por tanto, la inmovilidad más completa: podría considerarse que la cataplexia es el correlato motor normal del sueño REM. Tal vez uno de los avances más importantes en el conocimiento de las bases fisiológicas de esta enfermedad, poco frecuente por otra parte (0.03 y 0.1 % en la población general), provenga de la genética. Efectivamente, a principios de la década de 1960 nacieron varias camadas de perros -Doberman, Pinscher y Labrador perdiguero- con síntomas muy similares a los de la narcolepsia humana: se demostró mediante crianza selectiva (siguiendo el modelo de Mendel) que la causa de la narcolepsia es un alelo recesivo.

El paso siguiente era descubrir cómo actúa este gen y dónde: todo apunta a que, en el caso de los perros narcolépticos, el síndrome se debe a la mutación del gen que codifica el receptor de hipocretina (los receptores son proteínas); las neuronas que producen el neurotrasmisor hipocretina se encuentran única y exclusivamente en el hipotálamo lateral. Este neurotrasmisor participa en la regulación de los niveles de alerta o vigilancia (también en la regulación de la ingesta). Cuando este neurotrasmisor está ausente por degradación de las neuronas que lo producen, como es el caso, al parecer, de la narcolepsia humana, o cuando no puede actuar por falta de receptor, caso de los perros narcolépticos, es muy probable que ocurra la cataplexia en momentos inapropiados y sin la pérdida de consciencia propia del sueño REM.

Genética del Hambre y Obesidad

La obesidad humana puede explicarse por diferentes factores, entre los que cabe destacar el acceso ilimitado a alimentos de alto valor energéticos. Sin embargo, existen también factores de riesgo asociados a genes concretos. Aunque el número de genes que pueden afectar a la ingesta humana es amplio, hay algunos en concreto que merecen especial atención. El primero de ellos es el gen responsable de la producción de leptina, una hormona peptídica producida por los adipocitos, que regula la ingesta actuando sobre receptores hipotalámicos (justo en las áreas donde estudios antiguos de lesión habían logrado producir ratas hiperfágicas (hipotálamo ventromedial) o hipofágicas (hipotálamo lateral); y justo el efecto inverso con estimulación intracerebral): el efecto de la leptina se atribuye a que potencia la señal de saciedad que la ingesta de comida provoca, además de reducir su valor hedónico. Téngase en cuenta que la cantidad de leptina circulante correlaciona con la masa de grasa corporal. En los casos mejor descritos, la mutación consiste en una deleción de guanina en la posición 133 que da lugar a una leptina incompleta y, en este caso, fisiológicamente inactiva. Hay otros casos donde probablemente la mutación da lugar a que no se sintetice ninguna forma de leptina; el fenotipo sin embargo, sigue siendo idéntico. Relacionado con la leptina existe otra forma de obesidad mendeliana en la que el alelo mutante corresponde al gen que codifica el receptor neuronal de leptina: también se trata de una mutación que determina un truncamiento de la proteína receptora que anula su funcionalidad.

Mucho antes de que se descubriese la función de la leptina, Coleman (1969) estudió cepas de ratones obesos cuya obesidad seguía un patrón de herencia mendeliano, las cepas conocidas como obob y dbdb, y demostró que en el primer caso (obob), la obesidad se debía a la ausencia de una hormona que sí parecía poseer los ratones dbdb, puesto que trasfusiones de ratones de dbdb a ratones obob inhibía la ingesta en estos segundos, mientras que si las trasfusiones se hacían de ratones normales a ratones dbdb, no se producía ningún efecto; esto demostraba que los ratones dbdb no poseen el receptor sobre el cual actúa dicha hormona: como hemos comentado, la hormona referida es la leptina.

Hay otros muchos genes cuya mutación ocasiona, bien en homocigosis (alelo recesivo) bien en heterocigosis (dominante), obesidad. Sólo añadiremos otro gen interesante relacionado con la alimentación, el que codifica el receptor de melanocortina MC4R: mutaciones que producen una pérdida total de función de este receptor ocasionan en los sujetos portadores hiperfagia y obesidad. De hecho, se ha observado que entre el 2 y el 5% de los sujetos con obesidad infantil son heterocigóticos para la mutación causante de pérdida de funcionalidad de dicho receptor; los sujetos homocigóticos para el alelo mutante alcanzan un grado todavía mayor de obesidad.

Genética, Neurotransmisores y Conducta Humana

Todo lo relativo a los neurotransmisores y su función en relación con la fisiología neuronal se estudiará más adelante. Podemos adelantar sin embargo, con el fin de contextualizar su relación con la conducta y con la base genética que estamos desentrañando, que el exceso o carencia de cada uno de ellos suelen relacionarse con alteraciones mu y notables de la conducta humana; y sobre todo, que suele ser sobre su actividad sobre lo que actúan tanto los psicofármacos (medicinas para aliviar síntomas psicológicos y conductuales) como las sustancias psicoactivas que se toman con fines recreativos (en una palabra, las drogas de abuso, estupefacientes, narcóticos, tabaco, etc.). La acción de los neurotransmisores se ejerce en un contexto anatómico-funcional sumamente importante, la sinapsis, que es el punto de contacto entre neuronas. En estrecha relación con los neurotransmisores están las proteínas receptoras (los receptores), de las que depende todo el efecto que los neurotransmisores puedan llegar a tener sobre la fisiología neuronal y, por ende, sobre la conducta.

En tercer lugar es pertinente recordar que las enzimas que catalizan la síntesis y degradación de los neurotransmisores, así como las proteínas trasportadoras, pueden tener una influencia mu y notable en lo que se refiere a la concentración sináptica de dichos neurotransmisores tanto a corto como a largo plazo. También es importante tener presente que la intensidad de la actividad sináptica de los neurotransmisores y su duración influyen sobre ei grado de actividad de los receptores, y su abundancia. Así mismo, es importante comprender que son numerosos y funcionalmente diversos los circuitos neurales cuya actividad se ve afectada por la acción (o falta de acción) de los neurotransmisores. Aunque su número es nutrido, y mayor todavía el de sus receptores, nos centraremos en dos de el los, la serotonina y la dopamina, que son los que, de momento, más probada relación con algunas conductas humanas han demostrado.

La Serotonina (5-HT)

La serotonina es un neurotransmisor producido sobre todo por neuronas de los núcleos del rafe, una estructura troncoencefálica que proyecta sus axones sobre muchas otras zonas del sistema nervioso central, especialmente sobre la corteza cerebral, la amígdala y, también sobre la médula espinal, y su función parece ser la de modular la actividad fisiológica de las neuronas sobre las que actúa. Es notable el hecho de que sujetos que padecen depresión presentan niveles bajos de serotonina, así como que se ha asociado una escasez de este neurotransmisor con dificultades para el autocontrol y un despliegue excesivo de conductas agresivas: diversos modelos animales así lo prueban. Desde el punto de vista genético en el que nos vamos adentrando, cabe señalar que los ratones mutantes carentes de un tipo de receptor para la serotonina, el 1B (5-HT_1B), muestran mayor agresividad que ratones normales, puesto que atacan con más frecuencia e intensidad a congéneres intrusos. Este dato, unido a las observaciones de que niveles bajos de serotonina en humanos, monos y ratones, correlacionan con conductas agresivas, en tanto que la estimulación de los receptores de serotonina 1B reducen esa conducta agresiva, apuntan a que este neurotransmisor interpreta un papel muy importante en este tipo de conductas, y a que cualquier reducción en sus niveles, como podría ocurrir con una síntesis reducida, o en su afinidad por su receptor, podría ocasionar aumento de las conductas agresivas.

Por otro lado, en ratones se ha asociado la i nactividad (por knockout) del receptor de serotonina 5-HT_1A con manifestaciones de ansiedad en adultos; este efecto, al parecer, sólo se puede revertir si se reemplaza el receptor durante las 3 primeras semanas de vida; es decir, la funcionalidad adulta de este receptor 5-HT_1A tiene un período crítico. No deja de ser curioso que el fenotipo de estos ratones knockout guarde una paralelismo con los que muestran sujetos con genotipos característicos asociados al transportador de serotonina y a la enzima MAOA, responsable de la degradación de la serotonina.

Uno de los genes más estudiados es el que codifica el transportador de serotonina (SERT, por sus siglas en inglés), del cual existen en la población humana dos alelos, uno largo (/) y otro corto (s, por «short»). Se da la circunstancia de que los homocigóticos para el alelo s tienden a presentar con mayor frecuencia ansiedad y tendencia a evitar las situaciones amenazantes, así como a puntuar más alto en el rasgo «neuroticismo ». La función del transportador de serotonina es devolver este neurotransmisor a la neurona presináptica desde el espacio sináptico, lo que constituye una forma de inactivación del neurotransmisor. Cuando la serotonina, o cualquier otro neurotransmisor, permanece en el espacio sináptico, mayor es la probabilidad de que entre en contacto con los receptores postsinápticos y, por tanto, active la neurona postsináptica. De hecho, muchos antidepresivos actúan precisamente de esta manera, bloqueando (inhibiendo) la recaptación del neurotransmisor, es decir, impidiendo que el trasportador funcione normalmente. En teoría, es como si los sujetos portadores del alelo s estuvieran siendo tratados con un antidepresivo tipo «PROZAC», inhibidor de la recaptación de serotonina.

Lo que ocurre, y esto explica que sean precisamente estos sujetos los más proclives a padecer depresión y ansiedad, es que al sufrir un bloqueo constante de la recaptación durante todo el desarrollo, los procesos de regulación en los receptores que eso produce hacen que, al final, la actividad serotoninérgica en estos individuos sea menor. Es importante hacer notar además, que los homocigóticos para el alelo s, pero también, aunque en menor medida los heterocigóticos (/s), se ven muy afectados por experiencias traumáticas durante el desarrollo (estrés, maltrato, abusos, etc.) en el sentido de que estas situaciones provocan con mayor frecuencia trastornos depresivos que en los homocigóticos para el alelo /. Ratones knockout para este gen presentaron un fenotipo parangonable en lo que se refiere a ansiedad y evitación del daño. Igualmente, en monos rhesus portadores del alelo equivalente s presentaron conductas más inadaptadas (mayor respuesta de estrés fisiológico y conductual (pasividad), mayor consumo de alcohol, agresividad...) cuando las condiciones de desarrollo fueron difíciles (separación de la madre y crianza en grupos de iguales); en estas mismas circunstancias la reacción de los rhesus II fue más sociable. Según todos los indicios, los individuos portadores del alelo s muestran una hiperreactividad de la amígdala, una estructura cerebral especialmente involucrada en el procesamiento emocional. La posible explicación de estos efectos podría estar en que los niveles elevados de serotonina durante el desarrollo deterioran de forma permanente los circuitos reguladores que conectan el rafe dorsal (estructura troncoencefálica cuyas neuronas liberan serotonina) con la corteza prefrontal y la amígdala.

El otro gen involucrado en la regulación de los niveles de serotonina (y también de noradrenalina) es el gen de la monoaminoxidasa A (MAOA): se pudo demostrar que este gen era inactivo (o poco activo) entre los miembros de una familia holandesa con un historial de impulsividad y conductas violentas y/o antisociales (ver pedigrí de la Fig. 2.37). La agresividad se ve aumentada también en ratones en los que se ha inactivado este mismo gen. Aunque en adultos la inhibición de la actividad de la MAOA aumenta los niveles de serotonina y noradrenalina, el hecho de que en esta familia esta inhibición haya tenido lugar durante el desarrollo puede explicar, igual que en el caso del trasportador de seroton i na descrito antes, que la conducta de los sujetos afectados de esta familia holandesa sea característica de niveles bajos de serotonina: los procesos de autorregulación del sistema nervioso es probable que a la larga hagan que la actividad de la serotonina sea menor de lo normal, probablemente por insensibilización de los receptores, o bien, por una menor síntesis del neurotransmisor, o incluso porque ocasione una alteración en la organización y funcionalidad de estructuras cerebrales involucradas en el procesamiento emocional.

Dopamina

Variaciones en los niveles de actividad de otro neurotrasmisor, la dopamina, se han relacionado con cambios conductuales: además de las alteraciones motoras propias del Parkinson, asociadas a bajos niveles de este neurotrasmisor, o del deterioro conductual propio de la esquizofrenia asociado a niveles elevados de dopamina, se ha comprobado con ratones a los que se les ha inactivado mediante knockout el gen que codifica la proteína responsable de la extracción de la dopamina del espacio sináptico (transportador de dopamina), que la actividad motora espontánea está modulada por este neurotrasmisor, en la medida que estos ratones knockout presentan una actividad motora desmesurada, similar a la de ratones a los que se les ha administrado cocaína, sustancia que bloquea el trasporte hacia la neurona presináptica (recaptación) de la dopamina. Por otra parte, se ha detectado en humanos un polimorfismo en la proteína que constituye el receptor 04 de dopamina: los individuos que portan una variante determinada, concretamente la codificada por el alelo llamado largo, tienden a ser personas ávidas de novedad y buscadores de situaciones placenteras, en mucha mayor medida que quienes sólo portan la variante corta del gen. El receptor 04 se expresa en el hipotálamo y la parte del sistema límbico más especialmente involucrada en procesos emocionales, así como en la corteza prefrontal, y parece hallarse invoiucrado en los procesos de atención y otras funciones cognitivas superiores; el hecho de que este receptor ejerza funciones inhibitorias sobre las neuronas, especialmente las del córtex prefrontal, unido al hecho de que la variante larga sea menos eficaz, hace verosímil la relación causal entre esta variante y algunas alteraciones observadas en el comportamiento de diferentes individuos, especialmente el síndrome de déficit de atención e hiperactividad, y también con el rasgo de personalidad tipificado como «buscador de sensaciones». Los ratones knockout para el gen del receptor 04 muestran una especial sensibilidad al alcohol, la cocaína y la metanfetamina, lo que también apunta a que los portadores de este alelo puedan ser propensos a hacerse adictos a sustancias de abuso.

Tanto el transportador de dopamina DAT1 como el receptor DR4D se han asociado con el trastorno de déficit de atención con hiperactividad (TDAH; ADHD en inglés): los homocigóticos para la variante larga (10 repeticiones) de DAT1 presentan más hiperactividad, mientras que los homocigóticos para la variante larga del receptor DR4D (7 repeticiones) muestran sobre todo síntomas de déficit de atención. Dado que DAT1 se expresa primariamente en el estriado (que forma parte de los ganglios basales), estructura relacionada sobre todo con el control motor, mientras que DR4D abunda sobre todo en la corteza prefrontal, cabe la posibilidad de que ambos síntomas estén relacionados con alteraciones funcionales en diferentes zonas cerebrales y hayan de ser abordados de modo específico.

En cada célula se almacena toda la información genética. Sin embargo, las células tomas distintos destinos, forman tejidos, órganos (organogénesis y morfogénesis).

Por otra parte dentro de la célula ya diferenciada, el metabolismo celular varía continuamente a lo largo de su ciclo vital. La economía celular obliga a que la expresión génica no sea continua ni simultánea para todos los genes, sino que se active solo cuando los correspondientes polipéptidos se necesitan.

La expresión génica está regulada de forma precisa durante las sucesivas etapas del desarrollo del organismo, como a lo largo del ciclo vital celular.

Regulación de la Expresión Génica a Corto Plazo

Relacionado con el control del metabolismo celular y produce alteraciones pasajeras de la expresión génica. Están implicados los genes reguladores que codifican la secuencia de las proteínas reguladoras o factores de transcripción, los cuales impiden la expresión de los genes estructurales. Para ello se unen de forma selectiva a una región específica del ADN situada al inicio de los genes estructurales, la secuencia reguladora.

Los correpresores son moléculas a las que necesitan acoplarse algunas proteínas reguladoras para adotar el espacio adecuado que les permita unirse a una secuencia reguladora concreta del ADN e impedir la expresión de un gen. Un caso especial de correpresores parece constituirlo el denominado ARN de interferencia.

El Modelo del Operón representa un ejemplo claro de una forma de regular la expresión génica, este se produce cuando cerca de los genes lac se encuentra el denominado gen regulador, que codifica la secuencia de una proteína 12 reguladora llamada represor. Esta proteína reconoce y se une a un segmento de ADN, que tiene una secuencia especifica de nucleótidos, denominada operador (secuencia reguladora) La unión del represor al operador impide que el ARN polimerasa pueda acoplarse al ADN, y, por tanto, que la transcripción de los genes lac se lleve a cabo.

Regulación de la Expresión Génica a Largo Plazo

La distribución espacial adecuada de órganos y tejidos también está regulada por una familia de genes, los homeogenes. El desarrollo y diferenciación del sistema nervioso humano depende de estos genes. En la diferenciación celular están involucrados también otros mecanismos de inactivación génica permanente, como la mentilación y la condesación del ADN. Dos procesos que permiten a las células que solo se expresen determinados genes del total que portan en su núcleo, permitiendo con ello su diferenciación y especialización en tareas concretas (procesamiento y transmisión de información, producción y secreción de hormonas, etc.)

La conducta es un fenotipo bajo el cual subyace un genotipo que la explica (en mayor o menor medida dependiendo de cómo sea la interacción de esos genes con el ambiente).

Lo difícil en todo lo que tiene que ver con la explicación genética de la conducta, es definir el fenotipo. La conducta es algo continuo, variable y difícil de definir objetivamente. Cada observador puede diferir en la interpretación del comportamiento.

Galton, basándose en los principios de la teoría de la evolución de Darwin, dedujo que todos los rasgos conductuales debían tener una base genética, resultado de la selección natural y así hipotetizó que la inteligencia humana tenía una base genética, y lo demostró al comprobar que el grado de eminencia intelectual de los familiares masculinos de personajes eminentes era más probable cuanto mayor era el grado de parentesco familiar. Se le considera el fundador de la Genética de la Conducta.

Características de Genética de la Conducta:

• Objetivo: explicar cómo y cuánto influyen los genes (genotipo) sobre la conducta (fenotipo).
• Conceptos:
  
  • Rasgo monogenético o mendeliano: cuando es un único gen (con dos o más alelos) el involucrado en el fenotipo conducta.
  • Herencia poligénica: lo más frecuente es que cualquier rasgo conductual esté influido por varios genes
  • Lo normal es que las diferencias fenotípicas entre individuos sean cuantitativas y no cualitativas: los rasgos cuantitativos suelen ser poligénicos, donde cada alelo del gen aporta al fenotipo una cierta cantidad de rasgo: genética cuantitativa.
• Asume como propios los postulados y datos de la genética mendeliana, de la genética molecular y de la teoría sintética de la evolución.

Conducta humana

El caso más conocido de retraso mental debido a un defecto monogénico es el de la Fenilcetonuria: sin recibir ningún tipo de tratamiento temprano tienen un CI inferior a 50. Esto se debe a un alelo recesivo de un gen ubicado en el cromosoma 12. La acumulación de fenilalanina sólo se produce después del nacimiento ya que la fenilalanina fetal atraviesa la placenta y es metabolizada por la madre, por eso los niños tienen un fenotipo normal al nacer y es preciso realizar con ellos pruebas bioquímicas para saber si padecen la enfermedad: una dieta carente de fenilalanina mantenida hasta después de la adolescencia consigue que se puedan desarrollar normalmente, sin daño cerebral, evitándose el deterioro intelectual.

Síndrome de X frágil: defecto monogénico asociado a una discapacidad psíquica. Es la segunda causa de discapacidad psíquica moderada en varones, solo por detrás del síndrome de Down. Es dos veces más frecuente en hombres que en mujeres ya que se trata una alteración genética asociada al cromosoma X (enfermedad genética ligada al sexo).

A pesar de que son muy numerosos los rasgos mendelianos descritos en la especie humana, en lo que se refiere a la conducta es difícil establecer la relación directa entre un gen y un rasgo conductual definido, como exige la genética mendeliana porque:

• La conducta suele estar muy influida por el ambiente
• Es muy natural el hecho de que cada gen afecte o influya sobre la expresión de otros genes (pleitropismo)

Aún así, hay algunas conductas bastante específicas cuya relación con la presencia de determinadas alelos de un gen parece demostrada.

Obesidad

Hay 3 tipos:

1. Gen responsable de la producción de leptina, hormona que regula la ingesta actuando sobre receptores hipotalámicos: su efecto se atribuye a que potencia la señal de saciedad que ingesta de comida provoca, además de reducir el valor hedónico de la comida. La mutación consiste en una deleción de guanina en la posición 133 que da una lugar a una leptina fisiológicamente inactiva.
2. Alelo mutante en el gen que codifica el receptor neuronal de leptina: mutación que determina un truncamiento de la proteína receptora que anula su funcionalidad.
3. Gen que codifica el receptor de melanocortina MCR4: mutaciones que deterioran su funcionalidad van acompañadas en los sujetos portadores, de hiperfagia y obesidad, aunque no tan importantes como en los casos descritos relacionados con la leptina.

Lenguaje

El ejemplo más interesante es el estudio de una familia del Reino Unido, en la cual en muchos de sus miembros había una alteración en sus capacidades lingüísticas unida a dificultades motoras orofaciales (dispraxia facial). Los individuos afectados eran portadores de una mutación sin sentido en el gen FOXP2. La importancia de este gen regulador es evidente por cuanto relaciona de una manera directa un rasgo específicamente humano y un gen, con lo que esto implica a la hora de explicar la evolución de nuestra especie.

Este gen se haya en también en otros animales. Es un gen muy conservado filogenéticamente y ha sufrido una evolución muy rápida muy tardía (solo 3 sustituciones de aminoácidos de la proteína difieren entre ratones y humanos y 1 entre primates y ratones). Además en los humanos no hay muchas variantes de este gen y las pocas que hay son muy negativas, por ello podemos decir que nos encontramos ante un gen que ha sufrido una fuerte selección positiva en la especie humana.

Modelos animales

Su utilización permite abordar el estudio entre genes y conducta de un modo más riguroso, donde el fenotipo está definido operativamente, restringido a un tipo concreto de conducta o proceso psicológico. Sin embargo, los genes no actúan independientemente unos de otros, la funcionalidad de cada uno de ellos depende de otros. No podemos afirmar que un rasgo depende de un gen, lo más que podemos afirmar es que ese gen es factor necesario para la presencia de ese fenotipo en ese contexto.

Narcolepsia

Es un trastorno relacionado con el sueño cuyo síntoma más prominente es la cataplejia, que es la pérdida súbita del tono muscular con pérdida del equilibrio durante la vigilia. Se demostró mediante crianza selectiva de perros con síntomas muy similares a los de la narcolepsia humana que la causa de esta es un alelo recesivo. Todo apunta a que en los perros, el síndrome se debe a la mutación del gen que codifica la hipocretina: neurotransmisor que se encuentra en el hipotálamo y regula los niveles de alerta o vigilancia. La genética de la conducta, por tanto, puede contribuir a desentrañar los mecanismos fisiológicos de la conducta humana.

Genética Mendeliana de la Conducta: Base Neurobiológica

El exceso o carencia de cada uno de los neutotrasmisores suele relacionarse con alteraciones muy notables en la conducta humana; y suele ser sobre su actividad sobre lo que actúan tanto los psicofármacos (antidepresivos, etc) como las sustancias psicoactivas que se toman fin fines recreativos (estupefacientes, tabaco, etc).

Serotonina

Si niveles bajos -> depresión, dificultades para el autocontrol y despliegue excesivo de conductas agresivas.

• Gen que codifica el transportador de la serotonina, del cual existen dos alelos en la población humana (L “long” y S “short”).
  
  • Homocigóticos para el alelo S: ansiedad y tendencia a evitar situaciones amenazantes , puntuación más alta en neuroticismo y para ellos pero también aunque en menor medida para los heterocigóticos LS las experiencias traumáticas (estrés, maltrato, etc) provocan con mayor frecuencia trastornos depresivos que en los homocigóticos L.
  • Homocicóticos LL: sociables
  • Portadores del alelo S: hiperreactividad de la amígdala, involucrada en el procesamiento emocional de los estímulos
• Gen de la monoaminoxidasa A (MAOA): era inactivo en una familia con un historial de impulsividad, conductas violentas y antisociales. En adultos la inhibición de este gen aumenta los niveles de serotonina. Durante el desarrollo, esa inhibición ocasiona una regulación del sistema que, al final, hace que los niveles de serotonina bajen o no tengan efecto sobre las neuronas postsinápticas.

Dopamina

Si niveles bajos -> alteraciones motoras: Parkinson.

Si niveles altos -> deterioro conductual : Esquizofrenia.

Poliformismo en la proteína que constituye el receptor D4 de dopamina: los individuos que portan una variante determinada, concretamente la codificada por el alelo largo, tienen a ser personas ávidas de novedad y buscadores de situaciones placenteras Síndrome de déficit de atención e hiperactividad.

Portadores de este alelo son propensos a hacerse adictos a sustancias de abuso.

Los rasgos cuantitativos están determinados por varios genes, cada uno con dos o más alelos, donde cada alelo contribuye con una cierta cantidad al fenotipo observado.

Mientras que los rasgos cualitativos son monogénicos, los cuantitativos son, por lo general, poligénicos.

Conceptos:

• Dosis génica: número de veces que aparece un alelo de un gen en un genotipo. La dosis génica en un individuo podrá ser de 2, cuando es homocigótico para ee alelo, o de 1 si es heterocigótico. Por ejemplo, las plantas AABB son portadoras de una dosis génica igual a 2 para el alelo A (e igual para el alelo B); por su parte, las plantas aABb son portadores de una dosis 1 para el alelo A (e igual para el alelo a)
• Valor genotípico: resultado de sumar la dosis génica de cada alelo multiplicada por el valor aditivo de cada alelo. Para las plantas aABb, la dosis génica del alelo A es 1 (el valor aditivo, entonce, será 1, que se obtiene de multiplicar la dosis génica por el valor aditivo del alelo 1A=1x1=1). Para obtener el valor genotípico tenemos que sumar la dosis génica del otro alelo. En este caso, la dosis génica es también 1 (y por tanto su valor génico equivale a 1a=1x0=0, puesto que el valor aditivo de a es 0). Por tanto, el valor genotípico será el resultado de sumar el valor aditivo correspondiente a la dosis génica de cada alelo (1a+1a)=1+0=1. Para obtener el valor total (cuantitativo) del fenotipo tenemos que sumar los valores genotípicos de todos los genes aditivos que intervienen en el rasgo.

La variabilidad genética no explica todas las diferencias que se dan entre las poblaciones, el otro gran factor explicativo es el ambiente. La conducta en cuanto fenotipo es el resultado de influencias conjuntas de genes (natura), y ambiente (nurtura).

El desarrollo de cualquier ser vivo requiere la existencia de un entorno del que nutrirse y donde crecer. Si mantenemos constante el ambiente, la variabilidad que encontremos en la población podrían atribuirse a diferencias genéticas. Y al revés, si sabemos que el genotipo es el mismo para todos los individuos de una población, las diferencias encontradas podrían atribuirse únicamente al ambiente.

Concepto de heredabilidad

Heredabilidad (H): valor numérico entre 0 y 1 que representa la proporción de variabilidad atribuible a diferencias genéticas. Llamaremos H a la heredabilidad y A a la ambientalidad.

El parámetro que cuantifica la variabilidad de un rasgo de una muestra es la varianza: en nuestro caso: Varianza fenotípica o varianza total (V_T): es igual a la suma de la varianza genética (V_G) más la varianza ambiental (V_A).

E. M. East en 1920 observó que la longitud de una variedad de la planta de tabaco era mucho más corta (variedad A) que los de otra variedad de la misma planta (variedad B).

La varianza observada tanto en las dos variedades primitivas (P) como en la de la generación F1 fue de la misma. Al ser homocigóticas las dos variedades parentales e idénticos genéticamente todos los miembros de la generación F1, la varianza sólo puede explicarse por la influencia ambiental (V_A). Después de cruzarse entre sí los miembros de la F1 se obtuvo una F2 y se pudo calcular la varianza total (V_T). Al tener la V_A y la V_T se puede obtener la varianza genética (V_G) y la heredebilidad (H).

V_T = V_G + V_A

V_G -> Fracción de la Varianza Total debida a diferencias genéticas entre los individuos de la población.

V_A -> Fracción de la varianza fenotípica debida a diferencias en las condiciones ambientales a las que se han visto expuestos los individuos de la población.

Heredabilidad (H)

H = V_G / V_T

H = V_G / (V_G+ + V_A)

Cría selectiva o selección artificial: usada en agricultura y ganadería para conseguir razas cada vez más productivas, seleccionando a los reproductores ideales o de los mejores ejemplares. Ej., la agresividad del toro de lidia o la mansedumbre de las vacas lecheras. Selección artificial se puede aplicar tanto a rasgos anatómicos o fisiológicos, como a rasgos conductuales.

En 1924 Tolman criaba ratas seleccionadas en función de su facilidad para aprender un laberinto con el refuerzo de la comida. Tyron completó estos estudios demostrando que la capacidad de aprendizaje de las ratas se ve influenciado por factores genéticos, al conseguir que todas las ratas “listas” aprendieran la tarea con más rapidez que la más lista de las ratas “torpes” tras ocho generaciones.

Una manera directa de calcular la heredabilidad (H) consiste en evaluar el efecto de la cría selectiva entre dos generaciones. Johannsen hizo un experimento de selección con alubias comestibles, pretendiendo mejorar el rasgo de peso de las semillas de la alubia:

Diferencial de Selección S

Diferencia entre la media de la población general (M) y la media de la población elegida (M’)

S = (M’- M)

Respuesta de Selección R

Diferencia entre la media de las alubias descendientes (M”) y la media de la población general.

R = (M”- M)

HEREDABILIDAD

R/S = (M’’- M) / (M’- M)

Varianza genética aditiva: Hasta ahora hemos considerado que la variabilidad depende de la varianza genética aditiva (V_GA), asumiedo que la parte de la varianza total explicada por factores genéticos sólo es debida a genes aditivos dialélicos. Pero esto no siempre es así como ocurre cuando se dan los fenómenos de dominancia y epistasia.

V_Gd: varianza debida al efecto de la dominancia.

V_Gi: varianza atribuible a la epistasia.

Entonces la heredabilidad en sentido amplio:

H = (V_Ga + V_Gd + V_Gi) / (V_Ga + V_Gd + V_Gi + V_A)

La heredabilidad en sentido estricto:

H = V_Ga / V_T V_Ga

Heredabilidad (H)

H = V_G / V_T

V_Ga Asumimos que la parte de la varianza total explicada por factores genéticos solo era debida a genes aditivos. Dialélicos.

V_Gd Varianza debida al efecto de dominancia.

V_Gi Varianza atribuible a la epistasia.

Heredabilidad (H) en sentido amplio

H = (V_G + V_Gd + V_Gi)/( V_Ga+ V_Gd + V_Gi +V_A)

Heredabilidad (H) en sentido estricto

H = V_Ga/ V_T

Normalmente se hará referencia al sentido estricto de heredabilidad.

Desde la genética de la conducta se evalúa la varianza genética a través del parentesco genético, y en cada parentesco se combinan de forma diferente los tres componentes de la varianza genética: aditivo, debido a la dominancia (interacción intralocus) y atribuible a la epistasia (interacción interlocus).

El valor de la heredabilidad, calculado a partir del parentesco, es el valor de la correlación entre los parientes considerados dividido por el grado de parentesco genético. Esto puede hacerse cuando es posible asumir que los efectos del ambiente se distribuyen al azar con respecto a los valores genotípicos y que no se da interacción genotipo-ambiente.

Se suele recurrir al cálculo de las correlaciones fenotípicas entre individuos cuyo parentesco es conocido para estudiar la heredabilidad de rasgos humanos: son estudios de familias y de gemelos.

Gemelos monocigóticos: ambos gemelos proceden de un mismo cigoto que da lugar a dos embriones distintos al dividirse. Son idénticos.

Gemelos dicigóticos: proceden de la fecundación simultánea de dos óvulos por dos espermatozoides.

Al estudiar al ser humano se usan los coeficientes de correlación o de regresión para calcular la heredabilidad. Cuando la influencia del ambiente no correlaciona con la de los genes (cosa que no siempre es así) como p. ej., en la dermatoglifia (el estudio de las huellas dactilares), la heredabilidad es igual al valor de la correlación entre gemelos monocigóticos. Aquí se habla de heredabilidad en sentido amplio, ya que comparten el 100% de los alelos (aditivos y no aditivos).

Al realizar correlaciones entre gemelos dicigóticos, entre hermanos completos, entre padre-hijo y entre madre-hijo, la H se calcula multiplicando por 2 el valor de la correlación. Cuando se calcula entre padre/madre-hijo se hace referencia a H en sentido estricto. Al calcular la correlación entre hermanos, la H incluye la mitad de la V_Gd.

Pero en los rasgos psicológicos como la inteligencia, memoria, agresividad, esquizofrenia, drogadicción, depresión...el ambiente sí que es relevante, sí se da covarianza entre genes y ambiente. ¿Cómo calcular entonces H? Entre hermanos monocigóticos criados por separado (rMZS = correlación fenotípica entre hermanos idénticos criados por separado) puede calcular H en sentido amplio. También se puede obtener H = 2(rMZ – rDZ), siendo rDZ la correlación fenotípica de gemelos dicigóticos.

Entre hermanos se calcula a partir de la correlación entre hermanos completos y la correlación entre medios hermanos:

H = 4 (rHC – rMH)

Pero la H tiene unas limitaciones, siendo la más importante que su aplicación se limita al momento y a la población en que se ha obtenido; es decir, que las circunstancias concretas en que la investigación se realiza pueden aumentar o reducir la influencia de los genes sobre las diferencias fenotípicas. Cooper y Zubek en 1958 investigaron la genética de aprendizaje de laberintos de ratas “listas” y “torpes” en tres condiciones controladas: 1) condiciones normales; 2) ambiente enriquecido; y 3) ambiente empobrecido. Obtuvieron que había diferencias en el aprendizaje (H alta) en 1), pero H era inapreciable en 2) y 3), demostrando que se da una interacción entre genotipo y ambiente: 2) suple las carencias genéticas de las ratas “pobres” y 3) minimiza las ventajas genéticas de las ratas “listas”. De aquí se concluye que un valor alto de H no significa que ese rasgo no esté influido por factores ambientales.

Genética Cuantitativa de la Conducta Humana

Inteligencia

Es un rasgo fenotípico cuantitativo, semejante a rasgos como la altura o el peso. Se mide a través de tests psicológicos que permiten clasificar a los individuos, los cuales se distribuyen de manera “normal” dentro de la población (adecuándose a la Campana de Gauss), con una media de 100 y una desviación típica de 15.

La I se mide a través del CI que permite conocer qué puesto ocupa cada individuo en la población. Los resultados muchas veces se dan en percentiles (indican qué porcentaje de la población están por debajo). Por lo tanto, podemos saber si ese sujeto es más o menos inteligente que el resto de la población, pero no cuánto es más inteligente esa persona que otra, ya que una diferencia de un punto en un CI no sabemos qué significa de la misma manera que sabemos que medir 1cm más significa ser más alto que otro individuo.

La H del CI evaluada a través de estudios de gemelos homocigóticos criados por separado (MZS) se halla alrededor de 0.75 (H en sentido amplio) y también se ha obtenido que la correlación entre hijos adoptivos criados juntos es de 0.04, por lo que la correlación de 0.75 no puede atribuirse a semejanza entre los ambientes de crianza de los MZS. Parece ser que la influencia del ambiente compartido en la crianza sobre el CI parece ser nula. Por lo tanto, los factores ambientales que explican la variabilidad que no explica la variabilidad genética son peculiares para cada individuo y no comunes para los que viven en un mismo ambiente familiar o social. Además parece ser que H aumenta con la edad a la vez que disminuye la influencia del ambiente.

La mayor parte de la varianza genética de la I general o factor g es de tipo aditivo: los valores de H obtenidos de gemelos no difieren de los obtenidos a través de la correlación entre padres e hijos. En cuanto a capacidades cognitivas más específicas (I verbal, I espacial, memoria...) H es algo menor que la del CI, dando 0.5.

Psicopatología

Dentro de las enfermedades mentales destacan:

Esquizofrenia: caracterizada por alucinaciones y falsos pensamientos, además de un notable deterioro en la capacidad para diferenciar la realidad de la ficción (propios pensamientos y la realidad externa). Uno de sus síntomas más destacables puede llegar a ser la paranoia o manía persecutoria. Incidencia del 1% en todas las sociedades.

Alteraciones del humor: síndrome bipolar: alternancia de fases maníacas y depresivas, con una incidencia del 1% y el síndrome unipolar (depresión unipolar): más frecuente, incidencia hasta de un 5%, (doble de mujeres que de hombres). Del 15-20% de estos pacientes se suicidan, síndromes influidos por factores genéticos en cierta medida.

Trastornos de ansiedad: entre los trastornos de la ansiedad se encuentran:

Neurosis obsesivo-compulsiva, intrusión de pensamientos obsesivos y necesidad compulsiva de ejecutar repetidamente actos normalmente irrelevantes para evadir la amenaza que sugieren los pensamientos obsesivos.

Ataques de pánico y fobias: por ejemplo, agorafobia.

Aquí los estudios sobre el porcentaje de coincidencia entre los familiares no son concluyentes, pero debe destacarse la influencia de factores genéticos.

Heredabiliad de los trastornos mentales más comunes:

Trastorno mental	Heredabilidad
Autismo	0.9
Trastorno bipolar	0.6
Esquizofrenia	0.4-0.8
Trastorno obsesivo-compulsivo	0.45
Depresión	0.45
Anorexia nerviosa	0.65
Trastorno de pánico	0.30
Alcoholismo	0.40-0.50
Déficit atencional con hiperactividad	0.5

Consideramos como mutación: cualquier cambio en la secuencia normal de nucleótidos del ADN, cambios cuantitativos: aumento o disminución del ADN del núcleo celular y modificaciones en la ubicación de trozos de ADN con o sin efectos fenotípicos.

Alteraciones en el Número de Cromosomas

La mayoría de los animales y vegetales tienen células diploides (con un número par de cromosomas).

Diploidía: por cada cromosoma hay otro cromosoma estructuralmente igual, su homólogo, habiendo dos copias o alelos de cada gen, hallándose cada una de ellas en el locus correspondiente de cada uno de los dos cromosomas homólogos. En las especies que se reproducen sexualmente, cada uno de los dos miembros de cada pareja de cromosomas homólogos procede de cada uno de los dos progenitores. Cada progenitor aporta un gameto o célula reproductora haploide. Al fundirse los dos gametos se forma el cigoto que vuelve a tratarse de una célula diploide.

Poliploidías

Cuando el no de cromosomas de una célula o de todas las células del organismo es múltiplo exacto del no haploide normal (n) se dice que esa célula u organismo es euploide. En los organismos de reproducción sexual lo normal es que sean diploides (poseen 2n cromosomas). Cuando por algún motivo el no de cromosomas de una célula o de todas las células de un organismo es múltiplo exacto del no haploide de esa especie y diferente del no diploide normal, se habla de dipoloídia.

Triploidía: el no de copias de cada cromosoma es de 3. Esto puede deberse a: la fecundación de un óvulo por dos espermatozoides, presentando el cariotipo del cigoto tres cromosomas; o a que en alguna de las dos divisiones meióticas no tenga lugar la disyunción normal de los cromosomas, formándose un gameto diploide que al ser fecundado de lugar a un cigoto triploide. La triploidía no es viable, y causa un 15-18% abortos humanos.

Tetraploidía: el no de copias de cada cromosoma es de 4 (4n) y produce el 5% de los abortos espontáneos humanos, debidos a duplicación cromosómica sin división celular (proceso llamado endoploidía, que es normal en muchos tejidos con intensa actividad metabólica como el hígado).

Aneuploidías

A veces ocurre que el proceso de meiosis no se desarrolla correctamente dando lugar a anomalías en el número de cromosomas. Esto pasa debida a la no disyunción meiótica, porque en la 1a división meiótica los dos miembros de una pareja de cromosomas homólogos no se separan, o porque en la 2a división meiótica las dos cromátidas de uno de los cromosomas no se separan la una de la otra, dando lugar a un gameto con un cromosoma repetido (cuando debería ser haploide).

A partir de una célula haploide con un cromosoma repetido, cada una de las dos células resultantes de su división tendrá una cromátida repetida. Si este gameto se une al gameto complementario para convertirse en cigoto, daría lugar a una trisomía (2n + 1): el cigoto posee tres copias del cromosoma que no se repartió correctamente durante la 1a o la 2a división meiótica. Si por el contrario el gameto que pasa a formar parte del cigoto es el que no recibió el cromosoma, da lugar a un cigoto en el que el cromosoma correspondiente no tiene su homólogo: monosomía (2n – 1).

Monosomías

Prácticamente incompatibles con el desarrollo. El único caso viable es el del síndrome de Turner cuyo signo es 45, X (45 por el no total de cromosomas del cariotipo y X porque falta una copia del cromosoma sexual). Son mujeres de baja estatura, cuello ancho, tórax en escudo y escaso desarrollo sexual en la pubertad (por pobre desarrollo de ovarios), acompañado de un CI ligeramente por debajo de 90. Los varones, no presentan cromatina sexual o corpúsculo de Barr por tener un solo cromosoma X. Sufrido por una mujer entre 3000, demuestra que el 2o cromosoma X de las mujeres es imprescindible para el crecimiento normal, desarrollo de los ovarios y del sistema nervioso.

Trisomías

Cromosomas sexuales

Hay tres trisomías de los cromosomas sexuales que van acompañadas de fenotipos casi normales y son:

• 47,XXX: se manifiesta en mujeres que suelen ser fenotípicamente normales aunque con un mayor nivel de discapacidad psíquica y menor índice de fertilidad.
• 47,XXY o síndrome de Klinefelter: son varones que al llegar a la pubertad empiezan a dar muestras de hipogonadismo, presentan poco desarrollo sexual y son poco fértiles. Suelen ser altos, delgados y de piernas largas. Su CI es ligeramente inferior al normal. Incidencia 1/1000.
• 47, XYY son varones particularmente corpulentos, de carácter violento y propensos a realizar delitos penales, aunque esto no demuestra que el cromosoma Y extra sea responsable de la agresividad de estos individuos.

Siempre que aparece un cromosoma Y el fenotipo es masculino (independiente del número de cromosomas que presente) y aparece un corpúsculo de Barr por cada cromosoma X extra.

Cromosomas Sexuales, Sexo y Cromatina de Barr

El sexo heterogamético es el masculino (dos cromosomas sexuales diferentes: X e Y).

El sexo homogamético es el femenino (XX).

La masculinidad es el resultado de la expresión de un gen (llamado SRY) que se halla sólo en el cromosoma Y, el cual produce una sustancia llamada factor de determinación testicular (FDT o TDF) que determina la diferenciación de los testículos de las células germinales embrionarias indiferenciadas.

La mayor parte del cromosoma X se inactiva a partir de cierto momento dando lugar a la cromatina de Barr que aparece como un cuerpo oscuro y compacto de células teñidas en interfase (cuando no se están dividiendo) y siempre aparece cuando hay más de un cromosoma X. El mecanismo de inactivación de uno de los cromosomas X se debe a la expresión de un gen llamado XIST que produce un ARN que en lugar de salir al citoplasma se une al cromosoma X impidiendo su trascripción. La inactivación de uno u otro cromosoma X parece deberse al azar, y ésta inactivación permite asegurar que la dotación génica de machos y hembras sea la misma.

Trisomías Autosómicas

Par 21: el síndrome de Down

El síndrome de Down o trisomía 21 es el más común y mejor conocido, y constituye la causa genética más frecuente de retraso mental moderado. Fue descrito por primera vez Langdon Down.

Dos aspectos destacados de la presencia poblacional:

• edad avanzada de la madre cuando nacen estas personas
• distribución particular del síndrome dentro de las familias.

Alteraciones Estructurales de los Cromosomas

Los cromosomas a veces pierden o ganan material genético (ADN), debido a un exceso de replicación o a otro cromosoma que se ha separado. La pérdida o ganancia produce un cambio estructural del correspondiente cromosoma.

• Deleción: Cuando se pierde un trozo del cromosoma y este trozo desaparece del cariotipo.
• Traslocación: Cuando ese trozo no se pierde y se une a otro cromosoma.
• Inversión: Cuando ese trozo se inserta donde estaba pero orientado en sentido contrario.
• Duplicación: Cuando un trozo de ADN de un cromosoma se copia dos veces en vez de una.

Deleciones e Imprinting Genómico

La deleción es una pérdida de un fragmento o segmento de un cromosoma que produce un desequilibrio cromosómico. Una persona portadora de una deleción cromosómica es hemicigótica con respecto a la información genética existente en un segmento correspondiente del homólogo normal.

La consecuencia fisiológica y psicológica de cada deleción depende del tamaño del segmento delecionado y del número y función de los genes que lleva el fragmento.

La deleción puede ser terminal o intersticial y puede generarse por:

• rotura cromosómica y pérdida del segmento acéntrico
• recombinación desigual entre cromosomas homólogos o cromátidas hermanas mal alineadas
• segregación anormal de una translocación o una inversión equilibrada.

Las técnicas de bandeo de alta resolución pueden identificar deleciones que son muy pequeñas. Las pequeñas deleciones dentro de genes o aquellas que se extienden a varios genes contiguos constituyen mecanismos de mutación. Varios síndromes se asocian con deleciones detectables, como los de Prader-Willi y Angelman que indica que la impresión genómica, un proceso que marca los cromosomas materno y paterno de modo diferente, puede generar diferencias en la expresión fenotípica en pacientes con deleciones que parecen idénticas en extensión, pero resultan diferentes en cuanto a su origen parental.

El síndrome de maullido de gato aparece cuando se pierde por deleción el trozo p15 del cromosoma 5 (p: petit, hace referencia al brazo más corto de cada cromosoma). El llanto de estos niños se parece al maullido de un gato debido a malformación en laringe y glotis, son deficientes mentales y sufren otras malformaciones anatómicas. Estos sujetos han perdido un trozo de uno de los dos cromosomas homólogos 5, siendo hemicigóticos para los genes allí localizados (se necesitan dos alelos de cada gen contenidos en cada uno de los cromosomas homólogos para un desarrollo normal, independientemente de la característica de dominancia o recesividad de los alelos implicados).

Impresión o grabación genómica: en algunos casos la forma de expresarse de un gen difiere en función únicamente de si procede del padre o de la madre. Los síndromes de Prader-Willi y de Angelman demuestran que existe impresión gamética o impresión genómica. Ambos síndromes aparecen cuando se da una deleción en el brazo largo del cromosoma 15.

El desarrollo normal requiere la presencia de los dos alelos de algunos genes y que cada uno proceda de cada uno de los dos progenitores.

Mola: se desarrolla cuando un espermatozoide humano fecunda un óvulo que carece de núcleo. Es una masa placentaria carente de feto.

Traslocaciones

Cuando no hay pérdida o ganancia de material genético, se consideran reordenaciones genéticas equilibradas, de las que destacan:

• Traslocaciones recíprocas, son intercambio de material genético (de un trozo o fragmento de cromosoma) entre dos cromosomas no homólogos. Se produce una reordenación de la secuencia de genes, variando la ubicación de los loci de los cromosomas implicados. No suelen producir efectos sobre el fenotipo porque el reordenamiento suele ser equilibrado, aunque cuando es desequilibrado dificulta el apareamiento de los segmentos homólogos durante la 1a división meiótica, pudiendo afectar a los descendientes si un gameto desequilibrado interviene en la fecundación.
• Traslocaciones robertsonianas, es la unión por el centrómero de los brazos largos de dos cromosomas acrocéntricos con pérdida de los brazos cortos.

Alrededor de un 5% de individuos con S. Down no presentan la trisomía del cromosoma 21, pero sí una traslocación robertsoniana 14-21.

Inversiones

Son un tipo de alteración cromosómica que supone un cambio en la orientación del ADN dentro del cromosoma.

• Inversiones pericéntricas: cuando el fragmento que se rota tiene el centrómero.
• Inversiones paracéntricas: cuando el fragmento que se rota no tiene el centrómero.

Conllevan a dificultades en la recombinación, puesto que uno de los dos cromosomas homólogos presenta una ordenación de loci diferente del otro, con lo que el acoplamiento de los cromosomas homólogos en la meiosis no es homogéneo a todo lo largo de los cromosomas, apareciendo bucles (apareamientos complejos de más de dos cromosomas) donde no hay correspondencia de loci entre los homólogos, produciendo en muchos casos gametos estériles.

Duplicaciones

Si es muy grande es probable que contenga un gen completo o más de uno. Se puede producir por un apareamiento desigual entre cromosomas homólogos en la meiosis I, donde al separarse uno de los cromosomas roba un fragmento de su homólogo en vez de intercambiarlo como es lo normal en el sobrecruzamiento.

En el siglo XIX Charles Darwin y Alfred Wallace, de manera independiente descubren el mecanismo mediante el cual se produce la evolución: la selección natural. La obra de Darwin “El origen de las especies” sienta las bases de la Teoría de la Evolución y el marco científico en el que se encuadran desde entonces todos los descubrimientos científicos que amplían y corroboran la explicación dada por Darwin sobre la evolución de los seres vivos.

En el contexto de la Teoría de la Evolución, el término evolución se utiliza para describrir el cambio en la diversidad y adaptación de las poblaciones de organismos o la transformación de unas especies en otras y nunca para poner de manifiesto una idea progreso, orientación, dirección o finalidad. La selección natural es totalmente oportunista.

En cuanto al término teoría, la Teoría de la Evolución es un conjunto de leyes matemáticas y funcionales que nos sirven para explicar la diversidad de seres vivos y su causa. Como toda teoría científica está sujeta a constante crítica y comprobación experimental y observacional de sus leyes.

Ya en la Grecia clásica podemos encontrar una explicación a la diversidad de seres vivos, y aunque fue de carácter filosófico, se planteó como un problema susceptible de ser explicado de forma racional, siendo el cambio o la transformación los elementos claves de la explicación dada por pensadores como Pitágoras, Heráclito, Anaxágoras, Herótodo o Aristóteles.

Desde el eclipse de la cultura clásica hasta los siglos XVI-XVII se impuso la explicación religiosa dada en los textos religiosos. Pero esta visión comenzó a perder credibilidad con las aportaciones científicas de Galileo y Newton en el terreno de la Astronomía y la Física. Los naturalistas se encontraban divididos entre aquellos que defendían que las especies surgían por generación espontánea, Transformismo radical, y aquellos que estaban más próximos a la explicación bíblica, Creacionismo que se articulaba en torno al concepto tipológico de especie según el cual, las especies actuales son en número y aspecto fiel reflejo del diseño divino, que se materializó en la creación, uno de los máximos representantes de este movimiento es Carl von Linneo, padre de la Taxonomía, que pretendió descubrir cuál era el diseño seguido por Dios, para lo cual pretendía clasificar y ordenar el mundo jerárquicamente siguiendo los criterios de la Scala Naturae de Aristóteles. Después de analizar los datos, no tuvo más remedio que admitir que existía el cambio y que la categoría taxonómica de especie o incluso de género, podían originarse de forma natural por variación brusca o por hibridación. Las investigaciones abiertas en otras disciplinas como la Geología, la Anatomía Comparada, la Embriología, la Fisiología, o la Paleontología, favorecieron nuevas hipótesis naturales del origen de las especies. Lamarck descubrió que entre los restos fósiles se encontraban especímenes similares a las especies actuales, lo cual demostraba la continuidad de la vida en la Tierra.

Todos estos estudios permitieron llevar a cabo a principios del siglo XIX el estudio científico del origen de las especies, partiendo de conocimientos como: 1) la edad de la Tierra en centenares de millones de años; 2) la existencia en eras geológicas pasadas de seres distintos de los actuales; 3) la continuidad de la vida a lo largo de la historia de la Tierra; 4) la evidencia de que las especies no son inmutables sino que pueden experimentar variaciones azarosas incompatibles con la tesis del diseño inteligente previo; y 5) los seres vivos a pesar de ser muy distintos entre sí, presentan características anatómicas y fisiológicas parecidas que permiten establecer relaciones entre ellos. Quedaba pendiente descubrir cuál era el mecanismo que producía esta transformación. En 1809 Lamarck presenta su obra Philosophie Zoologique, fundamentada sobre dos principios básicos: La función crea el órgano y la herencia de los caracteres adquiridos. Sostiene que el medio ambiente impone a los seres vivos continuos desafíos a los que deben enfrentarse. Propone siguiendo su primer principio que los órganos de un animal son consecuencia de sus hábitos y éstos, a su vez, resultado de la adaptación al ambiente. La causa de la evolución, por tanto, parte del propio organismo y no es otra que su propio deseo de mejora lo que le obliga a adaptarse al medio ambiente mediante la adquisición de nuevas estructuras y funciones que transmitirá a su descendencia. Esta explicación se la conoce como la herencia de los caracteres adquiridos. Según Lamarck cada organismo representa una línea evolutiva independiente cuyo origen fue la generación espontánea y su final será un hipotético estado de perfección. La adaptación es el medio para alcanzar ese fin. La evolución por tanto es determinista: su objetivo no es otro que alcanzar la perfección. Desde este punto de vista, el paisaje actual de seres vivos vendría a representar una ordenación jerárquica que iría de lo menos perfecto a lo más, siendo el hombre el representante de esta última posición.

La obra de Lamrck tiene el merito de plantear un transformismo materialista para explicar la diversidad de los seres vivos. Sin embargo presenta algunos errores como el de no haber realizado una síntesis adecuada de los conocimientos aportados por las diferentes disciplinas de la historia natural de la época, o el proponer que cualquier cambio que un organismo experimente como consecuencia de su experiencia vital puede pasar a la siguiente generación, o indicar que es el propio organismo el que genera a voluntad los cambios necesarios para su propia adaptación o afirmar que la evolución es consecuencia de la búsqueda de la perfección.

Desde comienzos del siglo XIX la evolución era una idea muy aceptada en el ámbito científico, pero faltaba por descubrir cuál era el mecanismo responsable.

El viaje que Darwin realizó a bordo del Beagle duró casi cinco años y le permitió adquirir gran experiencia como naturalista, recopilar gran cantidad de muestras y observaciones geológicas, paleontológicas y biológicas y tener una amplia visión de la naturaleza. Pero, debieron pasar veinticinco años para que empezara a tomar forma la teoría de la evolución, durante ese tiempo llevó a cabo una magnifica síntesis de lo recopilado en todos los campos, desde los trabajos de los naturalistas a las actividades de los criadores de ganado, junto con todo el material recogido en su viaje.

Lo que sin duda más huella dejó en Darwin, fue su estancia en las islas Galápagos, donde pudo realizar observaciones y recopilar datos de gran valor para fundamentar su teoría. En estas islas encontró organismos con una acusada relación con los del continente americano, a pesar de la gran distancia que les separa, 975 km. También observó que a pesar del parecido de algunas especies, éstas presentaban notables variaciones morfológicas y conductuales con respecto a las del continente. La consecuencia era que cada isla presentaba sus propias especies de animales tales como pinzones y tortugas gigantes.

Que a pesar de proceder de una única población de pinzón sudamericano, las poblaciones de estas islas se han diversificado en aspecto y comportamiento, ocupando nichos ecológicos propios de otras especies animales, tales como los murciélagos vampiro o los picapinos. Con las tortugas gigantes ocurría lo mismo, ya que cada isla tiene su propia variedad, caracterizada por su diferente caparazón.

Darwin explicó estas diferencias como consecuencia de la divergencia de una población colonizadora de pinzones y tortugas gracias a:

• La existencia de variaciones intraespecíficas que les permitieron enfrentarse a nuevas condiciones ambientales y adaptarse a nuevos hábitats, cuyos nichos ecológicos estaban vacios.
• Aislamiento geográfico propiciado por la propia naturaleza del archipiélago.

Para Darwin el organismo no cambia para adaptarse a las nuevas condiciones, sino que ya existen cambios precedentes ( variabilidad natural que presentan las poblaciones) que resultan ser más adecuadas en unas variedades que en otras al nuevo ambiente, permitiéndolas una utilización más eficaz de los recursos, lo que conlleva mayores probabilidades de supervivencia y de dejar mayor número de descendientes en la siguiente generación, posibilitando la diferenciación paulatina que conducirá a la aparición de una nueva especie. Para Darwin, las especies recién formadas no son sino variedades muy marcadas y persistentes que un principio solo fueron variedades más o menos acusadas de una misma especie. Paralelamente al estudio y análisis de los datos recopilados por él mismo y por otros naturalistas recurrió también a las experiencias recogidas durante milenios a través de la mejora agrícola y ganadera. 

Estas experiencias ponen de manifiesto que, a través de la selección de pequeñas diferencias, ha sido posible conseguir la enorme variedad de razas de especies domésticas. Pensó que si el hombre en un corto periodo de tiempo, comparado con la edad de la tierra, había sido capaz de producir esa enorme cantidad de razas tan diferentes actuando sobre restringidos aspectos de la variabilidad hereditaria, que no podía pensarse que provocase la fuerza de la naturaleza ejerciendo su acción durante periodos mayores de tiempo, sobre cada aspecto, por pequeño que sea y “sobre el mecanismo entero de la vida”.

Dos elementos esenciales en la Teoría de la Evolución de Darwin son la variabilidad y la herencia de la variabilidad. Para Darwin, aunque todos los individuos de una especie tienen muchas similitudes, no son iguales sino que presentan un grado importante de variabilidad, diferencias que distinguen a unos individuos de otros. Atribuyó el origen de esta variabilidad al azar y, también, erróneamente como Lamarck al uso y desuso, que era simplemente una consecuencia del cambio ambiental. Esta variabilidad para que tuviera sentido en la explicación del origen de las especies debía ser hereditaria. Aunque Darwin desconocía los mecanismos de la herencia biológica, era un aspecto evidente y necesario tal y como proponía el principio asumido por todos los naturalistas y criadores de la época de que lo semejante produce lo semejante debido a que la herencia de todo carácter, cualquiera que sea, es la regla, y la no herencia la anomalía. El mecanismo a través del cual esta herencia se hacía posible era también una cuestión pendiente para la generalidad de los naturalistas del siglo XIX ya que las leyes de Mendel en 1866 fueron ignoradas hasta cuarenta años después. Darwin solo planteó algunas hipótesis al respecto, como la de la Pangenesis, que no gozó de aceptación y fue muy criticada por no sustentarse en datos científicos.

Son dos las obras que influyen de manera decisiva en el pensamiento de Darwin: Principios de Geología de Charles Lyell. En ella se establece que las leyes geológicas, al igual que el resto de las leyes naturales, son constantes y eternas y , por tanto, la mejor forma de explicar el pasado de la Tierra es recurriendo a los procesos naturales que observamos en la actualidad, los cuales conducen, en términos generales, mediante cambios lentos y graduales, y durante largos periodos de tiempo, a alteraciones espectaculares de aspecto de la Tierra. También influyó la lectura del Ensayo sobre el principio de la población, publicado en 1803 por Thomas Malthus, donde pone de relieve la tendencia de las poblaciones a crecer desmesuradamente si las condiciones así lo permiten, es decir, siempre que los recursos sean ilimitados y la integridad de los individuos que la componen no sea puesta en peligro por cualquier causa distinta a los recursos.

Los individuos de cualquier población deben enfrentarse a diferentes contingencias, además de a recursos limitados, lo que explica que lleguen a la edad reproductiva menos individuos de los que nacen.

Darwin intentó dar respuesta a la causa de la diversidad de los seres vivos en su obra El origen de las especies. Aportando las siguientes explicaciones:

• Las poblaciones de individuos crecerían exponencialmente si todos los individuos que nacen pudiesen reproducirse
• El límite de crecimiento de las poblaciones tiene como límite la cantidad de recursos disponibles
• Existe una gran variabilidad en todas las poblaciones no existiendo dos individuos iguales
• Gran parte de esta variabilidad es hereditaria
• La limitación de recursos establece una lucha por la existencia en la que los individuos que porten rasgos que permitan afrontar mejor las condiciones adversas del entorno tendrán más posibilidades de sobrevivir y reproducirse.
• Después de muchas generaciones el proceso de selección natural, que favorece la permanencia de unos rasgos y la supresión de otros, irá produciendo un cambio gradual en las poblaciones que conducirá a la aparición de una nueva especie.

La Teoría de la Evolución de Darwin establece una relación de parentesco entre todos los organismos. Por tanto, las especies actuales son la consecuencia de la divergencia gradual y continua de una especie predecesora. Si bien el azar era uno de los elementos considerados por Darwin como causante de una parte de la variabilidad, no ocurría lo mismo con las diferencias entre las especies ya que para él éstas no se originaban por la acumulación aleatoria de variantes fortuitas, sino a través del proceso de selección natural. Por tanto, la naturaleza es consecuencia de unas determinadas condiciones. La genialidad de Darwin consistió en descubrir un principio universal, simple y sencillo, como el de la selección natural, para explicar de un modo coherente el origen de la compleja realidad de los seres vivos. Las investigaciones posteriores permitieron descubrir las dos cuestiones que le quedaron pendientes a Darwin , el origen de la variabilidad y los mecanismos de la herencia biológica. La Teoría de la Evolución no pasó desapercibida sino que trascendió al ámbito social despertando tanto enfervorecidos adhesiones como inquietudes y virulentas discrepancias.

En la primera mitad del siglo XX se han producido nuevos descubrimientos y aportaciones teóricas en el campo de la Genética, la Sistemática y la Paleontología que consolidan definitivamente la teoría de la evolución por selección natural. Con el redescubrimiento de las Leyes de Mendel se produce un gran desarrollo de la Genética, ciencia a través de la cual se han venido resolviendo gran parte de las cuestiones que Darwin había dejado pendientes.

Desde el punto de vista de la genética, las variaciones sobre las que actúa la selección natural tienen su origen en pequeños cambios producidos por mutación en el material hereditario. La consecuencia de estos cambios es la parición de nuevos alelos, los cuales se heredan independientemente, tal como habían establecido las Leyes de Mendel. Así la actuación de la selección natural conduce a que unos alelos tengan mayor representación que otros en la siguiente generación y esa alteración continuada es una de las causas de la aparición de las nuevas especies. La evolución pasa a ser considerada en términos de cambios en las frecuencias alélicas y sólo el estudio poblacional permite poner de manifiesto esos cambios.

El descubrimiento de la naturaleza de los genes, del código genético, la expresión génica y su regulación, entre otras aportaciones de la Genética Molecular, nos han permitido establecer la relación de parentesco entre todos los seres vivos, contemplar las conexiones, directas unas veces e indirectas en la mayoría de los casos, entre genes y fenotipo y desterrar para siempre nociones como la herencia de los caracteres adquiridos o la tendencia a la perfección.

La Sistemática también experimenta en esta época un cambio de concepción pasando a interpretar los resultados de la actividad taxonómica a la luz de la teoría de la evolución por selección natural.

El concepto biológico de especie define a ésta como el conjunto de poblaciones naturales de organismos que forman una comunidad reproductivamente aislada de otras comunidades de organismos. La especie deja de ser una entidad ideal delimitada, morfológica y fisiológicamente, y se convierte en un conjunto de variedades distribuidas geográficamente que reflejan las diferentes adaptaciones a los ambientes locales por los que se distribuye, este enfoque pone de manifiesto la importancia del aislamiento geográfico para la especiación. Las barreras geográficas actuarían impidiendo el intercambio de genes entre dos poblaciones de una misma especie. Si el periodo de tiempo que dura el aislamiento es suficientemente largo, las posibles adaptaciones a situaciones ambientales diferentes llevarían a la divergencia genética de las poblaciones aisladas geográficamente y, con ello, al aislamiento reproductivo y a la aparición de nuevas especies.

Los datos aportados por el registro fósil fueron interpretados hasta comienzos del siglo XX de muy diversa manera. La teoría de la evolución por selección natural dio un marco para interpretar ese registro fósil y la obra de George G, Simpson “Tempo and mode in evolution” sentó las bases de la nueva concepción de la Paleontología. Este autor señala que los datos paleontológicos constatan el hecho de la evolución y que ocurre por la aparición de pequeñas variaciones, que se extienden poco a poco en las poblaciones provocando la aparición gradual de nuevas especies a partir de otras ya existentes.

La síntesis de la obra de Darwin con los trabajos procedentes de la Genética, la Zoología, la Paleontología o la Botánica forman un marco coherente y claro del cambio evolutivo conocido como Teoría Sintética de la Evolución.