La Ciencia y sus Demonios

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Primavera del año 1927. En el Instituto de Botánica Aplicada de Detskoe Selo, Georgii Dmitrievich Karpechenko, con una mano en el mentón, contemplaba absorto y pensativo, su última obra. Meditaba sobre los procedimientos realizados, punto por punto, examinando mentalmente cada uno de los pasos efectuados. Todo estaba bien, todo estaba correcto. Pero, al igual que el doctor Frankenstein en la novela del mismo nombre, escrita más de un siglo antes, los resultados no eran exactamente los esperados. En sus manos tenía un nuevo tipo de planta, un nuevo género vegetal, Raphanobrassica… Todo había salido perfecto, pero… ¿Por qué diantres el resultado debía de ser así?

O supongo que algo así se preguntaría, ya que el relato anterior solo ha sido un distraído y ficticio intento de recrear los pensamientos del genético soviético Georgii D. Karpechenko en aquellos días. Aunque quizás, la cuestión más pertinente sería…

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¿Qué es Raphanobrassica?

Ante todo es un género de plantas de la familia Brassicaceae. Esta familia, también llamada Crucíferas debido al aspecto de cruz de su flor, cuenta hoy con más de 3700 especies catalogadas en alrededor de 330 géneros. Mayormente son hierbas de ciclo anual y bianual, muy abundantes y comunes en nuestras campiñas, prados, pastos, montes e incluso, bordes de carreteras y caminos así como terrenos alterados por el hombre.

La importancia agrícola de esta familia es notable ¿Quién no ha comido u oído hablar del brócoli, del repollo, de la coliflor, de la col de Bruselas, de las berzas y como no, de la col a secas? Con tantos nombres y aspectos tan dispares uno difícilmente pensaría que son la misma especie, y sin embargo, así es. Todas estas plantas son variedades de la especie Brassica oleracea L. Por cierto, no hay que confundir la col con la lechuga (Lactuca sativa L.); mientras que las coles son crucíferas, las lechugas son Compuestas, una familia de plantas que incluye al diente de león, la margarita o la manzanilla, por ejemplo.

Otra famosa crucífera de elevado interés agrario es el rábano. También es ampliamente cultivada y posee una relativa diversidad de variedades. La razón de su cultivo reside en su raíz, comestible y de desarrollo notable. Esta especie pertenece un género diferente al de la col, siendo su nombre científico Raphanus sativus L.

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Raphanobrassica por su parte no es tan querida por los agricultores. Ya que su importancia en el mundo agrícola está aún en proyecto y si alguien la viera en su huerto, es probable que la confundiera con una mala hierba. Y sin embargo… ¡Es una planta con menos de un siglo de edad! Esa es también la razón de que su clasificación taxonómica sea un tanto complicada, porque no es una especie surgida en la naturaleza… sino en invernadero. Y además, en una época donde la Ingeniería Genética solo podía estar presente en los sueños más alocados de la mente científica.

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Nacer, Crecer…

Corría la década de 1920. Se cumplían treinta años desde el redescubrimiento independiente de las Leyes de Mendel por los botánicos Hugo de Vries (holandés), Carl Correns (alemán) y Erich von Tschermak (austriaco); el término “gen”, acuñado por el botánico danés Wilhelm Johannsen, apenas superaba los veinte años de edad; y poco más de diez años habían transcurrido desde que el genético estadounidense Thomas Hunt Morgan, elaborara lo que por aquel entonces era la hipótesis de que los “cromosomas portaban los genes”,  fuera lo que fuese esa “cosa” a la que se le llamaba “gen”, cuyo único rasgo conocido era que constituía la unidad básica de la herencia (4). Así pues, el estudio de los cromosomas era en aquel entonces el último grito en esa nueva ciencia llamada genética.

En aquellos años un joven Georgii D. Karpechenko, con poco más de veinte años de edad, trabajaba como botánico-genético en el Instituto de Botánica Aplicada de Detskoe Selo, cerca de Leningrado (Ref. 15). Sus investigaciones estaban centradas en la familia de las Crucíferas, estudiaba la naturaleza de sus cromosomas, de los caracteres heredados y de como ambos se presentaban en los híbridos.

Ya en el año 1924, con el fin de estudiar la naturaleza cromosómica de la hibridación, Karpechenko había logrado hibridar con éxito Brassica oleracea y Raphanus sativus. Lo cuál no le resultó demasiado difícil, se limitó a fecundar flores de B. oleracea con polen de R. sativus y posteriormente permitir la germinación y desarrollo de estos híbridos en el invernadero (Ref. 7). Aunque no es tan fácil, ya que numerosos embriones son abortados por el camino (Ref. 2).

Pero Karpechenko consiguió que tales híbridos germinaran y crecieran. Sin embargo tampoco eran tan novedosos, ya habían sido descritos con anterioridad. Si bien nunca antes se había realizado el estudio que él pretendía (Ref. 7). Además, personalmente destacaría que Karpechenko se había limitado a realizar un experimento de fecundación cruzada, un evento que no es raro en la naturaleza.

Gracias a la citación por otros autores sabemos que estos híbridos obtenidos por Karpechenko, como era esperable, resultaron infértiles (Ref. 12). Nosotros sabemos que si cruzamos dos especies diferentes, como un burro y una yegua (el ejemplo clásico), la descendencia es estéril. Por ello, la fecundidad de la descendencia cruzada es el mejor método conocido para separar especies. En el caso del híbrido Raphanus xBrassica este evento es más notorio si cabe, porque no se cruzaron dos especies, sino dos géneros distintos (en taxonomía, el nivel de clasificación inmediatamente superior al de especie). Con lo cual, las razones de la esterilidad del híbrido eran mucho más acusadas de lo habitual (Ref. 5, 12 y 15).

Las plantas, al igual que los animales, portan en el núcleo de sus células un doble juego de cromosomas (2n); mientras que los gametos, las células encargadas de la reproducción (granos de polen y óvulos), portan un único juego de cromosomas (n). Durante la formación de un gameto, es preciso que cada cromosoma reconozca a su pareja correspondiente, antes de dividirse para siempre en dos células distintas.

Sin embargo, en estos híbridos, los cromosomas son tan diferentes entre sí que no puede darse ese reconocimiento. Como resultado, se desarrollaban gametos con un número anormal de cromosomas y por ende, inviables (Ref. 5 y 12).

Sin embargo, en el año 1927 Karpechenko logró saltarse estas infranqueables barreras biológicas (Ref. 8). ¿Pero cómo?

Si ya habéis seguido las anteriores entradas de esta serie, seguramente ya tengáis en mente la respuesta. Venga, dejo diez segundo para pensarlo, tic, tac, tic, tac, tic, tac… ¿Ya? Bueno, ahí va la respuesta: aquí tenemos un nuevo fenómeno de poliploidía y a consecuencia del mismo, de especiación.

Las poliploidías son fenómenos en los cuáles todo el material genético se duplica. En cierto modo, son la madre de todas las mutaciones, el fenómeno de alteración genética más basto que pueda imaginarse. Tienen lugar debido a un error de la formación de los gametos, de forma que estos, en vez de aparecer con una carga de n cromosomas, aparecen con una carga doble, de 2n cromosomas. De modo que al unirse un gameto diploide (2n) con otro gameto diploide (2n), el resultado es un cigoto tetraploide (4n), que por cosas de la vida, en las plantas suelen ser (muy) viables.

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Por ello, en realidad Karpechenko no se “saltó” ninguna regla biológica. Solo se aprovechó de un agujero en el sistema. Como ya hemos mencionado, en estos híbridos se producían muchos errores durante la separación de los cromosomas, que era la causa de su infecundidad. Pero paradójicamente, esto también era causa de que se produjeran gametos diploides a una tasa ligeramente superior a la habitual (Ref. 12).

Raphanobrassica es especial. Por muchas razones. A nivel genético es un poliploide del tipo alopoliploide. Y dentro del tipo alopoliploide, es un anfidiploide («amphidiploid» en inglés) ¡No se asuste! Este palabro tiene su razón de ser, literalmente significa “juegos de cromosomas (-ploidía), dobles (-di-) y de dos tipos diferentes (amphi-)”, es decir, genoma formado por la fusión de dos genomas diferentes. En este caso, del rábano y de la col.

Pero su característica más importante es… ¡Su capacidad para reproducirse! ¿Y cómo es que ahora era fértil? Bueno, la respuesta es sencilla, porque al duplicarse el genoma original del híbrido, ahora cada cromosoma SÍ tenía una pareja con la que emparejarse, valga la redundancia (Ref. 6)

No son coles (Brassica), ni tampoco son rábanos (Raphanus), ni tampoco son el híbrido de ambos (implícitamente estéril). Sino que son otra cosa, otro tipo de vegetal, no son una nueva especie, sino algo más, son un género diferente y novedoso, son sencillamente, Raphanobrassica (Ref. 5).

Como nota curiosa, existe una anécdota con aires de leyenda (origen de la broma de la introducción), cuyo origen tal vez date de los trabajos de científicos rusos, como Nikolái Vavílov, para lograr nuevas especies de cultivos (Ref. 15). Se cuenta que el interés de Karpechenko en lograr algo como Raphanobrassica reside en su notorio provecho agrario ¿Por qué no conseguir una planta con hojas de col y raíces de rábano? Supondría un éxito rotundo en el mundo agrícola…

La “gracia” es que, de ser cierta la leyenda, la desilusión debió de ser mayúscula. Las hojas no son ni de col ni de rábano, pero tienen cierta textura de col y aspecto parecido a las del rábano, y crecen a modo de roseta. Las raíces por su parte tampoco son de col ni de rábano, aunque recuerdan más a las de la col siendo menos fibrosas (Ref. 12 y 15). Con las flores pasa un tanto de lo mismo, son blancas y con venaciones violetas, recordando  más al rábano (Ref. 6 y 15); y el fruto, finalmente, posee una porción basal dehiscente como la col y una porción apical indehiscente como la del rábano (Ref. 12).

En definitiva, todo un mosaico de caracteres, menos los deseados. Estos carácteres del tipo, «se parecen pero no son…» es consecuencia de las reordenaciones genéticas que  tienen lugar como resultado de la alopoliploidía: la aparición de un nuevo genoma inexistente antes en la naturaleza resultado de la unión y reorganización completa de dos genomas anteriores, a corto plazo sus consecuencias más inmediatas son el silenciamiento de algunas regiones del genoma, la sobre-expresión de otras y la aparición de nuevas vías de regulación genética antes inexistentes. A largo plazo tenemos una ingente cantidad de nuevo material que permitirá la aparición de nuevos genes (Ref. 17).

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… Muerte y Perpetuación.

Lamentablemente para Georgii D. Karpechenko; así como para la Biología rusa en general, el tiempo estaba contado. Y de la peor manera. Esto se debió a una lucha de frentes que condenó la ciencia soviética.

Trofim Denisovich Lysenko, más famoso como Lysenko. De origen humilde, se formó como agrónomo mas no recibió mayor educación científica. En 1925 comenzó a trabajar en la Estación de Agricultura Experimental de Gandzha. En 1928 publica un estudio donde concluye que la vernalización, un tratamiento de frío en semillas empapadas, puede cambiar la naturaleza fisiológica de las plantas. Un año después declara que esto puede ayudar a incrementar la producción de los cultivos. En poco tiempo estos descubrimientos captaron la atención de la comunidad científica rusa y del Partido Comunista Soviético (Ref. 14).

En poco tiempo Lysenko se ganó el apoyo del Partido y sus reformas agrarias se aplicaron a gran escala. Pero sin éxito. Sin embargo, para mantener la confianza en el Gobierno, siguió publicando resultados alentadores, pero falsos. Las ideas de Lysenko  también iban acompañadas de la total negación de la genética y la patología vegetal: rechazó el concepto de “gen” (según él, introducido por genéticos “burgueses”);  rechazó el concepto de “competición intraespecífica de Darwin” (por su contra añadía la versión comunista, de “cooperación intraespecífica”); rechazó la idea de que los “virus” y “bacterias” pudieran afectar a los cultivos y desarrolló una teoría basada en agentes minerales que, según él, eran esenciales para el correcto desarrollo vegetal (Ref. 14).

A la par del crecimiento de Lysenko en el Partido Comunista, la confrontación con la comunidad científica aumentaba. No era para menos, pues sus ideas se enfrentaban directamente con un corpus del conocimiento fuerte en aquel entonces. En 1939 Lysenko declaró que “los genéticos y sus seguidores son una deletérea perversión de la ciencia, que impide los esfuerzos de los científicos Soviéticos para cambiar los animales y plantas del mundo”, literalmente dijo que: “Yo no acepto el Mendelismo… Yo no considero el formal Mendelismo – Morganismo genético una ciencia… Nosotros nos oponemos a la… basura y mentiras en ciencia, nosotros rechazamos los estáticos, formales principios del Mendelismo – Morganismo” (¿A qué recuerdan estas palabras, dónde se «ataca» la ortodoxia científica y se tacha de «creencia» una rama de la ciencia?) … (Ref. 14).

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La conclusión llegó a mediados de 1948. Y tiene una moraleja. Una historia sobre el peligro que posee la Irracionalidad cuando alcanza el Poder (Ref. 14).

Lysenko consiguió el apoyo de Stalin y se tachó a la genética como enseñanza «anticomunista«. En julio de 1948 la genética, como disciplina científica, fue oficialmente prohibida en la URSS y los científicos se vieron obligados a emigrar. Las consecuencias fueron devastadoras: la agricultura fue totalmente arruinada por aplicar las erróneas ideas de Lysenko, carentes de apoyo y verificación científica. Y la biología y sus disciplinas asociadas, terminaron hundidas; el receso fue muy grave, muchas generaciones de estudiantes nunca recibieron el conocimiento de la ciencia contemporánea y aún hoy Rusia no se ha recuperado del duro golpe (Ref. 14).

La tragedia resultó mayor de lo imaginable. Muchos científicos rusos fueron arrestados y/o asesinados. Al resto le tocó el exilio. Sin ir más lejos, en 1941 Georgii D. Karpechenko, botánico, genético, impulsor de una nueva especie vegetal y biólogo evolutivo, fue arrestado y asesinado de un disparo. No  fue el único (Ref. 14).

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Afortunadamente, la tragedia no fue más allá de la URSS. Remontándonos a los objetivos de esta entrada, otros científicos continuaron con el trabajo de Karpechenko:

• 1.- Algunos autores se centraron en la creación “artificial” de Raphanobrassica. Si bien Karpechenko tuvo éxito empleando técnicas naturales; científicos con herramientas más modernas actualmente facilitan su obtención de novo; se emplean “progenitores” tetraploides; técnicas de fusión somática, esto es, por fusión de células de rábano y de col mediante ingeniería celular; o bien se emplean compuestos químicos que alteran la repartición de cromosomas en los gametos, como la colchicina (Ref. 6).

• 2.- Otros estudios se centraron en la variable fertilidad de esta planta. Karpechenko logró una viabilidad por semilla del 55 – 60%. Sin embargo, autores posteriores al obtener de novo esta planta han visto que posee una fertilidad muy reducida (Ref. 3). Sin embargo, con el tiempo trabajos más recientes han ido incrementando esta fertilidad paulatinamente hasta  0.2 – 1.3 semillas por fruto (Ref. 6),  hasta 2.3 semillas por fruto (un 13 % de viabilidad por semilla) (Ref. 10); hasta alcanzar la elevada cifra de 14.9 semillas por fruto en proyectos que abarcaron tan solo diez generaciones con presión selectiva mediante (Ref. 1). Si esto no es evolución no se lo que es…

• 3.- No de menos interés son los esfuerzos que buscan el aprovechamiento agrario de esta planta. Este interés nace de su resistencia frente a la “hernia de las raíces” (Ref. 11), una enfermedad causada por Plasmodiophora, un organismo unicelular parásito de plantas que provoca una especie de tumores. Otro punto interesante, es que Raphanobrassica posee resistencia frente a la formación de quistes por los nemátodos (Ref. 9 y 13).

En fin, en cualquier caso, todavía queda mucho por hacer.

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[continuación de la serie en: El Huerto Evolutivo (4): Del teocinte / teosinte al maíz. La evolución es la repanocha]

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Entradas relacionadas:

• Más ejemplos de evolución vegetal en nuestra serie “El Huerto Evolutivo”.

• Especiación en ranas: (1), (2), (3), (4)

• Un código de colores vegetal para que los polinizadores ayuden a la especiación

• ¿Microevolución, macroevolución o simplemente evolución?

• Lo que puede ser afirmado sin pruebas, puede ser rechazado sin pruebas

• Fe ciega y estafas varias

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BONUS TRACK. Y para terminar, una agradable vista. El “milagro” de la vida, presentado por unas cuantas semillas de rábano, jeje :

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REFERENCIAS:

• (1) Chen, H. G. y Wu, J. S. (2008) Characterization of fertile amphidiploid between Raphanus sativus and Brassica alboglabra and the crossability with Brassica species. Genet Resour Crop Evol (2008) 55:143–150

• (2) De-bo, Q. y Harberd, D. J. (1986) The fine Structural Observation on the Development of embryo and endosperma in the intergeneric crosses of radish ♀ (Raphanus sativus, L.) x cabbage ♂ (Brassica oleracea L.) Acta Botanica Sinica, 1986, 28 (5): 483 – 491

• (3) Ellerström, S. y Zagorcheva, L. (1977) Sterility and apomictic embryo-sac formation in Raphanobrassica. Hereditas, Volume 87 Issue 1, 1977, Pages 107-119

• (4) Genome.gov. Genetic Timeline. National Human Genome Research Institute, National Institutes of Health.

• (5) Grant, V. (1981) Plant Speciation. 2ª ed., Chapter 23 –Types of Polyploids, Columbia Universtiy Press. Pág 299 – 306.

• (6) Janick, J. (2009) Plant Breeding Reviews, Volume 31. March 2009, 420 Pages, ISBN-10: 0-470-38762-9 ISBN-13: 978-0-470-38762-7 – John Wiley & Sons. Pág. 68-70.

• (7) Karpechenko, G. D. (1924) Hybrids of ♀Raphanus sativus L. x ♂Brassica oleracea L. Journal of Genetics, Volume 14, Number 3 / diciembre de 1924 DOI 10.1007/BF02983104. (Nota, no he podido acceder al artículo completo, si alguien lo consigue o dispone de él, agradecería su enlace, gracias).

• (8) Karpechenko, G. D. (1928) Poliploid hybrids of Raphanus sativus L. X Brassica oleracea L. (On the problem of experimental species formation). Molecular and General Genetics MGG, Volume 48, Number 1 / diciembre de 1928, DOI 10.1007/BF01740955 (Nota, no he podido acceder al artículo completo, si alguien lo consigue o dispone de él, agradecería su enlace, gracias)

• (9) Lange, W. et al (1989). The development of Raparadish ( x Brassicoraphanus, 2n=38), a new crop in agriculture. Euphytica, Volume 40, Numbers 1-2 / enero 1989

• (10) McNaughton, I. H. (1973) Synthesis and sterility of raphanobrassica. Euphytica, Volume 22, number 1 / marzo de 1973. DOI 10.1007/BF00021558

• (11) McNaughton, I. H. (1973) Resistance of Raphanobrassica to Clubroot Disease. Nature 243, 547 – 548 (29 June 1973); doi:10.1038/243547a0

• (12) Niklas, J. K. (1997) The Evolutionary Biology of Plants. University of Chicago Press, 1997, ISBN 0226580830, 9780226580838; 449 págs. Pág. 85-87.

• (13) Peterka, H. et al (2004). Transfer of resistance against the beet cyst nematode from radish (Raphanus sativus) to rape (Brassica napus) by monosomic chromosome addition. TAG, Theoretical and Applied Genetics, Volume 109, Number 1 / junio de 2004.

• (14) Soyfer, V. N. (2001) The consequences of political dictatorship for Russian science. Nature Reviews Genetics 2, 723-729 (September 2001) | doi:10.1038/35088598. Artículo completo disponible AQUÍ

• (15) Thone, F. (1929) The Cabbage That Wed a Radish. The Science News-Letter, Vol. 15, No. 409 (Feb. 9, 1929), pp. 75-77. Artículo completo disponible AQUÍ

• (16) Вишнякова, М. А. y Гончаров, Н. П. (2009) ГЕОРГИЙ ДМИТРИЕВИЧ КАРПЕЧЕНКО. К 110-ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ (03.05.1899–28.07.1941). Вестник ВОГиС, 2009, Том 13, № 1

• (17) Otto, S. P. (2007) The Evolutionary Consequences of Polyploidy. Cell 131, November 2, 2007 Artículo también disponible aquí.