Hallazgos incómodos

La ciencia no siempre se hace transitando un camino recto y cómodo. Además de requerir esfuerzo, dedicación y perseverancia, la ciencia exige coraje intelectual. A menudo, las hipótesis más revolucionarias y transformadoras son las que desafían el status quo, remueven paradigmas establecidos y, por supuesto, incomodan a la comunidad científica o al público en general.

Para ser justos con Conrad Waddington hay que decir que no planeó el curso de los acontecimientos que llevaron a uno de los descubrimientos más notables de la biología. Simplemente, comenzó dando un pequeño paso en la expectante alfombra roja de la historia.

Sería tentador asumir que tras el éxito de ventas de la primera edición de la obra cumbre del naturalista inglés Charles Darwin, El Origen de las Especies, el dinero, la vida y la fama le sonrieron sin disimulo. Los 1,250 ejemplares del tiraje cauteloso de la editorial John Murray se agotaron a pocas horas de su lanzamiento. Pero nunca sabemos de antemano de qué es capaz la vida. Al día siguiente de su publicación, la tormenta social y científica se desató sobre Darwin. El revuelo fue inmediato y estruendoso. Por un lado, el libro generó un fuerte rechazo de amplios sectores del clero (la Teoría de la Selección Natural claramente desafiaba la interpretación literal del Génesis y la idea de un origen divino e inmutable de los seres vivos, y, al implicar que el ser humano compartía un ancestro común con los primates, ofendía la noción tradicional de que nuestra especie fue creada a imagen y semejanza de Dios). Y, por otro lado, las críticas científicas fueron sumamente severas y rigurosas (y, dado el conocimiento existente en ese entonces, hasta lógicas). Entre estas críticas destaca la de “la herencia por mezcla”. En aquel entonces, esta idea estaba muy difundida y se basaba en un argumento del ingeniero Fleeming Jenkin, quien sugirió, a través de un modelo estadístico, que las características de los descendientes debían ser un promedio de las de los progenitores; es decir, si un animal negro se cruzaba con uno blanco, la cría sería gris. De acuerdo con esta idea, la Selección Natural no podría operar sobre las características (o adaptaciones) recién adquiridas por las especies, ya que estas se diluirían durante el proceso reproductivo. Así, si un ave hubiera fijado por selección una característica novedosa que le permitiera acceder a un nuevo recurso, por ejemplo, un pico largo y delgado que le permitiera alimentarse del néctar profundo de las flores, al reproducirse con un ave común (sin la adaptación benéfica) de su misma especie, la descendencia heredaría esa característica a la mitad, y en cada generación sucesiva el rasgo ventajoso se diluiría hasta desaparecer. Si bien desde 1871 se expuso un grave error en el modelo de Jenkins (que conceptualizó los caracteres genéticos como líquidos), Darwin, que desconocía las leyes que gobiernan la herencia (descritas por su contemporáneo Gregor Mendel), aceptó la conclusión del “argumento abrumador” de Jenkins e incluso redujo el papel de la Selección Natural como fuerza creadora. Incluso incorporó, en ediciones posteriores, mecanismos alternativos, al estilo de Lamarck (la herencia de caracteres adquiridos a través del uso y el desuso), para garantizar un abundante suministro de variación y sostener su teoría.

Entonces, en 1890, August Weismann, un biólogo alemán que se convirtió en uno de los más feroces defensores de la Teoría de la Selección Natural de Darwin, realizó un experimento para demostrar la inoperancia de la teoría de la herencia de los caracteres adquiridos. Para empezar, Weismann cortó las colas de siete hembras y cinco machos de ratones blancos y, a continuación, los apareó entre sí. Al nacer, midió la longitud de la cola a las crías y, posteriormente, también les cortó las colas. Estos ratones de la primera generación (F1) se criaron hasta la edad adulta, se reprodujeron y sus crías fueron tratadas exactamente de la misma manera. El proceso se repitió durante cinco generaciones, ¡con un total de 901 ratones! Si bien no lo expresó de forma contundente, Weismann concluyó que, sin importar el número de generaciones, la amputación de este apéndice jamás produciría ratones sin cola. Pero lo más importante fue que claramente distinguió que los cambios “adquiridos” ocurridos en las células somáticas (todas las células de un organismo pluricelular, a excepción de las células germinales o sexuales, es decir, los óvulos y espermatozoides) no se heredan. Weismann descubrió que los estímulos ambientales (como la amputación de la cola) aplicados a las células somáticas no transmitían información heredable a las generaciones posteriores, y que lo que provocara cambios en los organismos debía proceder única y exclusivamente de los gametos. Llama la atención que, en una época en la que muchos de los contemporáneos de Darwin buscaban formas alternativas y no aleatorias de evolución de los organismos, Weismann defendió vigorosamente el hecho, propuesto por Darwin, de que la variación es un proceso aleatorio escrupulosamente depurado mediante el fino filtro de la Selección Natural. Al amalgamar la Teoría de la Evolución por Selección Natural de Darwin y la información sobre las células germinales y las leyes de la herencia de Mendel, fundó lo que hoy se conoce como la Síntesis Moderna de la Evolución, una corriente de pensamiento ampliamente aceptada entre los científicos evolucionistas de todo el mundo.

Pero navegar en los mares del estudio de la evolución nunca fue fácil; es un tema que siempre ha desatado tormentas tempestuosas (a tal grado que algunos enfrentamientos entre grupos con diferentes ideologías han desencadenado batallas tan acaloradas dentro de la comunidad académica que, en ocasiones, han llegado a injurias de carácter personal). Una vez que Weismann estableció que los estímulos ambientales no generan cambios heredables en los organismos, la discusión sobre la herencia de caracteres adquiridos parecía haber llegado a su fin. Pero nueva información agitaría las aguas nuevamente.

En 1956, el biólogo británico Conrad Waddington publicó un artículo en la revista científica Evolution que revolucionó los fundamentos de la biología establecidos hasta entonces. En 1953, Waddington mantuvo una población muy numerosa de pupas de la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) de la cepa S/W5 por cuatro horas a 40 ºC (una temperatura muy superior a la que estas pupas experimentarían en condiciones normales). Para sorpresa de Waddington, cuando las pupas se transformaron en adultos, una fracción sustancial de la población (~40 %) desarrolló alas sin la vena transversal posterior, un rasgo conocido como crossveinless (cve). Hay que recalcar que, en condiciones normales, este rasgo nunca se manifestaba en esta cepa. Y entonces, Waddington decidió hacer algo que solo una mente brillante habría pensado: en lugar de desechar las moscas sometidas al choque térmico, mantuvo solo aquellos organismos que desarrollaban alas sin venas transversales y sometió a sus pupas al mismo tratamiento térmico. Waddington repitió este proceso una y otra vez por 14 generaciones y, para su sorpresa, el rasgo cve empezó a aparecer de forma espontánea en la población sin haberla sometido a un choque térmico. El cambio en la estructura del ala se  considera un rasgo adquirido, fijado genéticamente de algún modo en la etapa final del desarrollo, provocado por el estrés ambiental. Entonces, los hallazgos de Waddington demostraron que el ambiente sí puede generar cambios en los organismos que terminan heredándose. Waddington denominó este proceso “asimilación genética” (un rasgo físico o de comportamiento que inicialmente aparece sólo como respuesta al estrés ambiental y que termina codificándose en el ADN a lo largo de generaciones) y supuso que, cuando los organismos encuentran condiciones de estrés ambiental, se expresan variaciones genéticas ocultas o “crípticas”. Pocos años antes, Waddington había acuñado el término epigenética para referirse a los cambios hereditarios en la expresión génica que se producen independientemente de las alteraciones en la secuencia del ADN. Estos hallazgos generaron una nueva controversia entre las distintas corrientes de pensamiento sobre los procesos evolutivos. El conflicto fundamental entre ambos marcos se centra en cómo se genera y se orienta la variación fenotípica. Conrad Waddington sentó las bases de la corriente conocida como Biología Evolutiva del Desarrollo (Evo-Devo), argumentando que la Teoría Sintética de la Evolución ignoraba un factor crucial: las condiciones que influyen en el embrión para que se convierta en adulto.

Si bien actualmente el término “epigenética” ha “evolucionado” y se utiliza en el ámbito molecular (por ejemplo, la metilación del ADN y la modificación de las histonas), la visión original de Waddington sigue siendo muy relevante para la biología de sistemas moderna y la biología evolutiva del desarrollo (Evo-Devo). Hoy se reconoce a Waddington como el padre de la epigenética, quien nos permitió apreciar las numerosas posibilidades que ofrece la regulación epigenética para la adaptación de los organismos.

Referencias

Lensch, M.W., Mummery, C.L. (2013). From stealing fire to cellular reprogramming: a scientific history leading to the 2012 Nobel Prize. Stem Cell Reports, 1(1):5-17. https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2013.05.001.

Nishikawa, K., Kinjo, A.R. (2018). Mechanism of evolution by genetic assimilation: Equivalence and independence of genetic mutation and epigenetic modulation in phenotypic expression. Biophysical Reviews. 10(2):667-676. https://doi.org/10.1007/s12551-018-0403-x.

Waddington, C.H. (1956). The genetic assimilation of the bithorax phenotype. Evolution, 10:1-13. https://doi.org/10.2307/2406091.