Descenso por línea materna

La tradición patriarcal y a menudo misógina de hoy en día tiene que “contar” con las adquisiciones científicas sobre el ADN [1], la memoria genética transmitida de generación en generación.

Con el progreso de la tecnología genética, se ha descubierto que el ADN es un tesoro precioso para los estudiosos de la evolución humana, ya que se conserva sin alteraciones.

En esta área de investigación se ha establecido que el ADN mitocondrial se transmite por línea materna a sus hijos (varón y hembra), a diferencia del ADN nuclear derivado de ambos padres.

Lo que caracteriza al ADN mitocondrial es su propiedad de reloj molecular fiable que permite trazar la genealogía de cada individuo, y este viaje de vuelta a los orígenes sigue sólo la línea materna.

Traemos al consuelo de esta teoría el estudio de Bryan Sykes, profesor de genética humana en la Universidad de Oxford, quien con su equipo ha reconstruido el árbol genealógico más completo de la especie humana, gracias a la gran cantidad de datos de ADN.

ADN mitocondrial

Tomado del libro Le sette figlie di Eva de Bryan Sykes Mondadori edición

Las mitocondrias son estructuras diminutas en cada célula. No se encuentran en el núcleo, el pequeño compartimiento celular que encierra los cromosomas, sino fuera de él, en lo que se llama citoplasma. Su función es ayudar a las células a utilizar el oxígeno para producir energía. Cuanto más activa metabólicamente es la célula, más energía se necesita, y más mitocondrias contiene. Las células de los tejidos activos como los músculos, los nervios y el cerebro pueden contener cada una hasta mil mitocondrias.

Cada uno de estos orgánulos está encerrado por una membrana: en su interior, organizados según una elaborada disposición, se encuentran todas las enzimas necesarias para las etapas finales del metabolismo aeróbico. Esta es una región celular donde el combustible que tomamos en forma de alimentos se quema en un mar de oxígeno. Aunque no hay llamas y todo el oxígeno se disuelve, se trata de una reacción de combustión similar a la que ocurre en una estufa de gas o en el motor de un automóvil: el combustible y el oxígeno se combinan para producir energía. El fuego y los motores producen su energía en forma de calor y luz; las mitocondrias, en cambio, no emiten luz cuando queman combustible, sino que producen calor, y es, en parte, el calor producido el que nos calienta. En cualquier caso, el principal resultado de sus reacciones es una molécula altamente energética llamada ATP, que es utilizada por el cuerpo para hacer funcionar todo el cuerpo: desde la contracción del músculo cardíaco, hasta los nervios de la retina de la mente que está leyendo esta página, hasta las células del cerebro que están interpretando estas palabras.

Hundido justo en el centro de cada mitocondria hay un pequeño fragmento de ADN, un minicromosoma de sólo 16500 pares de bases de largo: ¡realmente diminuto comparado con los tres mil millones de bases de los cromosomas del núcleo! El descubrimiento de la existencia de ADN en las mitocondrias representó una gran sorpresa, también porque estas moléculas son realmente muy particulares. Para empezar, la doble hélice de este ADN es circular. Las bacterias y otros microorganismos tienen cromosomas circulares, a diferencia de los organismos multicelulares, incluyendo ciertamente al hombre. La siguiente sorpresa fue que el código genético del ADN mitocondrial es ligeramente diferente del utilizado en los cromosomas del núcleo: los genes mitocondriales codifican para las enzimas que capturan el oxígeno y llevan a cabo su actividad dentro de estos orgánulos. En cualquier caso, muchos genes que regulan el funcionamiento de las mitocondrias están firmemente situados en los cromosomas del núcleo.

¿Cómo se formaron las mitocondrias? La explicación que dan los científicos es asombrosa: se piensa que alguna vez fueron bacterias independientes que, hace cientos de millones de años, invadieron células más evolucionadas y se asentaron en su citoplasma. Podríamos llamarlos parásitos, o podríamos llamar a su relación con las células una relación simbiótica, en la que tanto las células como las mitocondrias desempeñan una función útil para ambas.

Desde que empezaron a usar el oxígeno, las células se han beneficiado enormemente. Usando este gas, una célula es capaz de crear muchas más moléculas de energía de ATP a partir de la misma cantidad de combustible de lo que podría sin él. Por su parte, las mitocondrias obviamente han encontrado la vida dentro de la célula mucho más cómoda que fuera. Muy lentamente, a lo largo de millones de años, algunos de los genes mitocondriales se transfirieron al núcleo, donde permanecieron. Esto significa que ahora están atrapados dentro de las células y que no podrían regresar al mundo exterior aunque quisieran: se han institucionalizado genéticamente. Y todavía hoy, es visible la evidencia de algunas transferencias de genes, entre las mitocondrias y el núcleo, que no funcionaron: los cromosomas nucleares están fragmentados en pedazos de genes mitocondriales rotos, que se han transferido del citoplasma al núcleo durante la evolución. Estos fragmentos no pueden cumplir ninguna función, porque no están intactos: así que permanecen allí, como los fósiles moleculares, vestigios de transferencias fallidas ocurridas en el pasado.

Hay algo más único en las mitocondrias. A diferencia del ADN de los cromosomas nucleares, que se hereda de ambos padres, cada uno de nosotros recibe nuestras mitocondrias sólo de un padre: nuestra propia madre . El citoplasma de un óvulo humano contiene 250.000 mitocondrias; en comparación, los espermatozoides tienen muy pocas, sólo las suficientes para proporcionar la energía necesaria para ascender al útero e intentar fertilizar el óvulo. Después de que el espermatozoide ha logrado entrar en el óvulo para entregar su carga de cromosomas nucleares, las mitocondrias ya no son necesarias, por lo que se eliminan junto con la cola. Sólo la cabeza, con su carga de ADN nuclear, penetra en el óvulo. El ovocito redondo y fecundado contiene ahora ADN nuclear de ambos padres, pero sólo sus mitocondrias son las únicas que estaban presentes en el citoplasma desde el principio, y todas ellas han sido heredadas de la madre. Por esta simple razón, el ADN mito condrial siempre es heredado por la madre .

El óvulo fertilizado se divide varias veces y, inicialmente, forma un embrión, luego un feto, que a su vez se convierte en un recién nacido y, finalmente, en un adulto. Durante este proceso, las únicas mitocondrias presentes son las copias de las originales, procedentes del ovocito materno.

Aunque ambos sexos tienen mitocondrias en sus células, sólo el sexo femenino las transmite a la descendencia, porque sólo las mujeres producen óvulos. Los padres transmiten el ADN nuclear a la siguiente generación, pero no el ADN mitocondrial.

Las mutaciones en el ADN mitocondrial y nuclear ocurren espontáneamente, como simples errores, durante la replicación que acompaña a la división celular. Las células tienen mecanismos de control que corrigen la mayoría de los errores, pero algunas escapan a esta vigilancia y no son eliminadas. Si tales mutaciones afectan a las células destinadas a producir óvulos o espermatozoides, las llamadas células germinales , podrían transmitirse a la siguiente generación. No se transmitirían las mutaciones que afectan a otras células del cuerpo, es decir, las células somáticas que no están destinadas a producir células germinales. La mayoría de las mutaciones del ADN no tienen ningún efecto: sólo se notan esporádicamente cuando afectan y desactivan un gen particularmente importante. En los peores casos pueden producir enfermedades genéticas graves, pero en la mayoría de los casos son inofensivas.

La tasa de mutación observada en el ADN nuclear es extremadamente baja, ya que en cada división celular cambia aproximadamente una de cada mil millones de bases de nucleótidos. Las mitocondrias, por el contrario, no tienen mecanismos de control muy precisos, y esto determina una tasa de mutación de al menos veinte veces más alta. Esto significa que se puede encontrar un mayor número de mutaciones en el ADN mitocondrial que en una región similar del ADN nuclear. En otras palabras, el reloj molecular, con el que podemos calcular el paso del tiempo por medio del ADN, late mucho más rápido en las mitocondrias que en el núcleo. Esto hace que estos orgánulos sean una herramienta aún más interesante para el estudio de la evolución humana: si la velocidad de mutación fuera muy baja, demasiadas personas tendrían el mismo ADN mitocondrial, y no habría suficiente variabilidad para permitirnos entender cómo ha evolucionado la evolución humana a lo largo del tiempo.

Hay una ventaja más. Aunque se encuentran mutaciones en toda la molécula circular del ADN mitocondrial, y toda la región ha sido utilizada por Allan Wilson y sus estudiantes en el ADN mitocondrial y la evolución humana , hay un corto fragmento de esta molécula donde las mutaciones son particularmente frecuentes. Esta región, de unos 500 pares de bases de largo, se llama región de control, y ha logrado acumular un gran número de mutaciones porque, a diferencia del ADN mitocondrial restante, no codifica para ninguna proteína en particular. Si no fuera así, muchas de sus mutaciones alterarían la funcionalidad de las enzimas mitocondriales. De hecho, esto ocurre a veces, como en el caso de las mutaciones que afectan a otras áreas del ADN mitocondrial, fuera de la región de control: hay algunas enfermedades neurológicas raras causadas por mutaciones genéticas que desactivan partes esenciales de todo el sistema mitocondrial. Debido al daño sustancial, las mitocondrias afectadas no sobreviven bien y sólo raramente se transmiten a la siguiente generación. Así, poco a poco, estas mutaciones se extinguen. Por el contrario, las mutaciones de la región de control no se eliminan, precisamente porque esta región no tiene una función específica: por lo tanto se llaman mutaciones neutrales. Parece que la razón de la existencia de este segmento de ADN es permitir una correcta división de las mitocondrias, pero que su secuencia exacta no tiene mucha importancia.

Así que nos encontramos en posesión del prerrequisito ideal para nuestra investigación, un corto segmento de ADN lleno de mutaciones neutrales. Hubiera sido mucho más rápido y mucho más barato, nos dimos cuenta, leyendo la secuencia de la región de control, 500 pares de bases solamente, en lugar de la secuencia completa de ADN mitocondrial, de más de 16 mil nucleótidos de largo.

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[1]

¿Qué es el ADN

Tomado del libro Le sette figlie di Eva de Bryan Sykes Mondadori edición

Hoy en día se le reconoce universalmente como el padre de la genética, Gregor Mendel, un monje de la ciudad de Brno, hoy en la República Checa, que sentó las bases de la genética clásica gracias a su cruzamiento experimental de guisantes, realizado en el jardín del monasterio alrededor de 1860. Mendel llegó a la conclusión de que cuando determinara la herencia, fuera cual fuera, sería transmitida por ambos padres a su descendencia en igual medida. Desafortunadamente, murió antes de poder ver un cromosoma. Sin embargo, tenía razón: con la importante excepción del ADN mitocondrial (que discutiremos ampliamente más adelante) y los cromosomas determinantes del sexo, regiones genéticas particulares del código genético localizadas en los cromosomas son heredadas por igual por ambos padres. El papel esencial que desempeñan los cromosomas en la herencia y el hecho de que deben contener en sí mismos los secretos de este proceso, ya había sido ampliamente demostrado desde 1903; pero se necesitaron otros 50 años para descubrir de qué estaban hechos los cromosomas y cómo funcionaban como mensajeros físicos de la herencia.

En 1953, dos jóvenes científicos que trabajaban en el Puente de Cam, James D. Watson y Francis Crick, resolvieron la estructura molecular de una sustancia que se conocía desde hacía mucho tiempo, pero que se consideraba muy aburrida y sin importancia. Casi para enfatizar su falta de atractivo, se le dio un nombre muy largo: ácido desoxirribonucleico , que ahora se abrevia felizmente como ADN. Aunque algunos experimentos habían indicado una implicación del ADN en el mecanismo de la herencia, todos apostaron que las proteínas eran el material hereditario: eran estructuras complejas y sofisticadas, formadas por 20 componentes diferentes (aminoácidos), que podían adoptar millones de formas distintas. Seguramente, o eso se pensaba, sólo algo realmente complejo podría manejar una tarea tan enorme como programar un solo óvulo fertilizado, para transformarlo en un ser humano completamente formado y funcional. Ciertamente no podía ser el ADN el que realizara estas funciones, ya que estaba compuesto de sólo cuatro componentes. Todo el mundo admitió que estaba en el lugar correcto, en el núcleo de la célula, pero probablemente realizaba alguna función muy trivial, como absorber agua, de forma similar a lo que hace el salvado.

Aunque la mayoría de sus colegas científicos contemporáneos mostraron una falta general de interés en esta sustancia, Watson y Crick estaban seguros de que era la clave para explicar el mecanismo químico de la herencia. Así que decidieron intentar resolver su estructura molecular, utilizando una técnica que ya había sido utilizada para obtener la estructura proteica más interesante. Esto requirió la preparación de largas fibras cristalinas de ADN purificado que fueron bombardeadas con rayos X. Al entrar en el ADN, la mayoría de los rayos X continuaron en línea recta, pasando a través de la muestra y saliendo por el otro lado. Pero algunos rayos chocaron con los átomos que forman la estructura molecular y rebotaron en el exterior y lateralmente, donde fueron a impresionar las películas de rayos X, el mismo tipo de película que los radiólogos de los hospitales siguen utilizando hoy en día para obtener la imagen de una fractura ósea. Los rayos X desviados dejaron un rastro regular de puntos en la película, y sus posiciones precisas se utilizaron para calcular las de los átomos en el ADN.

Después de muchas semanas de construir diferentes modelos con varillas y láminas de cartón y metal para representar los átomos del ADN, Watson y Crick encontraron de repente un modelo que coincidía perfectamente con el patrón obtenido con los rayos X x. Era simple, pero absolutamente maravilloso, y tenía una estructura que sugería inmediatamente cómo esa molécula podía actuar como material genético. Esto es lo que escribieron, mostrando una cautivadora confianza en sí mismos, en el artículo científico que presentaba su descubrimiento: “No se nos ha escapado que los emparejamientos específicos que hipotetizamos sugieren inmediatamente un potencial mecanismo de copia de material genético. Tenían toda la razón, tanto que en 1962 recibieron el Premio Nobel de Medicina y Fisiología.

Uno de los requisitos esenciales que caracterizaba el material genético era la posibilidad de ser fielmente duplicado una y otra vez para asegurar que, en el momento de la división celular, cada una de las dos nuevas células, las llamadas células hijas , recibieran la misma cantidad de cromosomas en el núcleo: de hecho, si el material genético de los cromosomas no podía ser copiado cada vez que una célula se dividía, estaba destinado a agotarse muy pronto. Y la duplicación tenía que ser de muy buena calidad, de lo contrario las células ya no podrían funcionar. Watson y Crick habían descubierto que cada molécula de ADN consiste en dos filamentos muy largos, similares a dos escaleras de caracol: una doble hélice. Cuando llega el momento de la duplicación, las dos escaleras de caracol de la doble hélice se desenrollan. El ADN consta de sólo cuatro componentes básicos, que siempre se indican con las iniciales de su nombre químico: A de adenina, C de citosina, G de guanina y T de timina. Formalmente, se conocen como bases de nucleótidos , o simplemente bases. Ahora puedes olvidar los nombres químicos y recordar sólo los cuatro símbolos A, C, G y T.

El punto decisivo en la resolución de la estructura del ADN llegó cuando Watson y Crick se dieron cuenta de que la única manera de que los dos filamentos de la doble hélice puedan aparecer correctamente es cuando cada A de un filamento se une a una T del otro filamento. Al igual que dos piezas de un rompecabezas, A aparece perfectamente con T pero no con G o C u otra A. Exactamente de la misma manera, la C o la G de los filamentos opuestos sólo pueden aparecer entre sí, pero no con la A o la T: de esta manera, ambos filamentos mantienen la información codificada por la secuencia complementaria. Por ejemplo, la secuencia ATTCAG en un filamento debe aparecer en la secuencia TAAGTC en el filamento complementario. Cuando la doble hélice desenrolla esta región, el aparato de replicación celular construye una nueva secuencia de TAAGTC delante del ATTCAG en uno de los antiguos filamentos, mientras que construye el ATTCAG delante del TAAGTC en el otro. Como resultado, se obtienen dos nuevas dobles hélices idénticas al original: cada vez dos copias perfectas. Durante todas estas duplicaciones se conserva la secuencia de las cuatro letras químicas. ¿Y cuál es la secuencia? Es información pura y simple . El ADN, en sí mismo, es inerte: no nos ayuda a respirar o a digerir la comida, sino que da instrucciones sobre cómo hacer otras cosas. Los directores celulares intermedios que reciben las instrucciones y hacen el trabajo son, como sabemos, las proteínas. Pueden parecer complejos y, de hecho, lo son, pero actúan en respuesta a las órdenes de la sala de botones: el propio ADN.

Aunque la complejidad de las células, los tejidos y los organismos completos es asombrosa, la forma en que se escriben las instrucciones básicas del ADN es extraordinariamente simple. De manera similar a lo que sucede con los sistemas de instrucción que nos son más familiares, como el lenguaje, los números o el código binario de la computadora, no son tanto los símbolos en sí mismos los que importan, sino el orden en que se suceden. Los anagramas como, por ejemplo, puerto y nacimiento, contienen las mismas letras pero en un orden diferente, por lo que las palabras que forman tienen un significado completamente diferente. Del mismo modo, 476.021 y 104.762 son números diferentes, usando los mismos símbolos pero dispuestos de forma diferente. Y de nuevo: 001010 y 100100 tienen un significado muy diferente en código binario. Así, de la misma manera, el orden de los cuatro símbolos químicos en el ADN encierra el mensaje. ACGGTA y GACAGT son anagramas de ADN que significan cosas muy distantes para una célula, al igual que puerta y nacimiento tienen significados muy distantes para nosotros.

Pero entonces, ¿cómo se escribe el mensaje y cómo se lee? El ADN está confinado a los cromosomas, que nunca salen del núcleo de la célula. Son las proteínas las que hacen todo el trabajo real: son las ejecutoras materiales de nuestro organismo como, por ejemplo, las enzimas que digieren los alimentos, manteniendo activo el metabolismo; o las hormonas que coordinan lo que ocurre en las diferentes partes del cuerpo. Las proteínas son también las moléculas de colágeno de la piel y el hueso, y las hemoglobinas de la sangre; son los anticuerpos que combaten la infección. Quiero decir, hacen todo. Algunas son moléculas enormes, otras son diminutas, pero lo que tienen en común es el hecho de que están formadas por un filamento de subunidades individuales llamadas aminoácidos, cuyo orden preciso determina su función. Los aminoácidos de una parte de la estructura atraen a los del lado opuesto, y lo que inicialmente era un bonito filamento lineal se enrosca para formar una bola. Es una bola con una forma muy particular, que permitirá a la proteína realizar la función para la que fue creada: ser un catalizador de reacciones biológicas, si es una enzima; construir músculo, si es una proteína muscular; atrapar bacterias invasoras, si es un anticuerpo, y así sucesivamente. Hay veinte aminoácidos en total: algunos tienen nombres vagamente familiares como lisina o fenilalanina (uno de los ingredientes del edulcorante aspartamo), otros tienen nombres que la mayoría de la gente nunca ha oído, como cisteína o tirosina. La secuencia de estos aminoácidos en la proteína determina su forma final precisa y su función, por lo que todo lo que se necesita para producir una proteína es un conjunto de instrucciones de ADN que definan este orden. De alguna manera, la información codificada contenida en el ADN dentro del núcleo de la célula debe ser transmitida al aparato de síntesis de proteínas en otra parte de la célula. (volver al texto)