La primera cita

Como ya sabrán, De Galaxias y Fósiles trata de estudiar el universo y todo lo que contiene, siempre de la forma mas analítica posible. Por lo que un nombre tan cursi para una entrada puede parecer extraño, pero tiene una buena justificación. Aprovechando el 14 de Febrero hablaremos sobre la primera cita en el Padre Cromosómico y la Madre Mitocondrial, por su puesto, desde un punto de vista genético.

Mitocondrias en tejido pulmonar, vistas bajo un microscópio electrónico.

Empecemos averiguando quienes son los dos personajes de la historia. Para ellos hemos de considerar un poco la herencia genética que tenemos. Como ya saben, tenemos genes tanto de nuestro padre como de nuestra madre, los cuales se combinan para crear una secuencia única que es la que nos define genéticamente.

La mayor parte de los genes que tienen nuestras células se encuentran en el núcleo, donde la célula tiene su biblioteca con datos sobre todo lo que podría llegar a querer hacer a lo largo de su vida. Pero existen unas estructuras muy peculiares en nuestras células, llamadas mitocondrias. Las mitocondrias son las partes de la célula donde el azúcar que consumimos (de lo que comemos) se oxida (con el oxigeno que respiramos) para generar energía (y seguir comiendo y respirando). Estas estructuras fueron en otros tiempos muy remotos células independientes que se fusionaron con células mayores y vivieron en simbiosis, estas dos antiguas especies de criaturas microscópicas se adaptaron tan bien a vivir juntas que continuaron haciéndolo, hasta llegar a formar parte de un nuevo tipo de célula, el tipo de célula que luego dio origen a la células de los animales. Y como todo célula, los ancestros de las mitocondrias tenían ADN y aún lo tienen, por lo que las mitocondrias en la células actuales contienen también algunos genes. Pero estos genes, los que forman el ADN mitocondrial no son producto de una mezcla del material genético de nuestros padres, sino que se transmite exclusivamente de la madre a los hijos.

Aparte de su interés en lo referente a cuestiones evolutivas de la célula, el ADN mitocondrial tiene una aplicación muy relevante; ya que al ser transmitido de una madre a sus hijos, es posible rastrear la línea genética materna. Esto se logra si tienen digamos, el ADN de una mujer y luego de varias otras personas, si algunas de las personas tiene una ADN mitocondrial como el de la mujer entonces se podrá concluir que son de la misma familia. Si la persona en cuestión es hombre, podremos concluir que la mujer tal ves sea su madre o abuela (asumiendo que vivan en épocas cercanas) ya que la mujer le pudo pasar su ADN mitocondrial pero no él a ella. En cambio si la persona es mujer, podría ser tanto ancestro como descendiente.

Consideremos ahora otra cosa, que sabemos que el ADN va cambiando por medio de mutaciones naturales a un ritmo casi constante. Esto quiere decir que puedo hacer un par de cosas interesantes:

1.- Imaginen que de alguna forma de hago del ADN mitocondrial de alguna mujer que vivió hace tiempo y lo comparó con el mío. Contando al cantidad de mutaciones, es decir, de diferencias podría saber que tan distante es (midiendo en generaciones) esa mujer de mi. Por ejemplo podría saber si es mi tatarabuela o mas distante aún.
2.- Digamos que algún amigo y yo comparamos nuestro ADN mitocondrial, la cantidad de diferencias (mutaciones) nos podrá decir que tan separados estamos en términos de familiaridad. es decir, que tantas generaciones han pasado desde que tuvimos un último ancestro femenino en común, probablemnete comparatamos tatarabuela.

Diagrama mostrando al distribución de ADN mitocondrial desde la Madre (mujer azul en la línea superior), noten que lo hereda a sus hijos tanto hombres como mujeres y eventualmente quedan solo sus descendientes mitocondriales.

Pero, ¿que obtenemos si esta segunda comparación la hacemos entre miembros de TODOS los grupos étnicos del mundo? Obtendríamos el ancestro femenino mas reciente de TODOS los grupos genéticos, es decir, de todos los humanos que viven actualmente. A este Ultimo Ancestro Femenino Común se le llamó Madre mitocondrial. Algo importante a remarcar es que esta mujer, quien quiera que fuese no fue la "única" mujer que vivió en su tiempo y mucho menos "la primera", sino que simplemente ya no existen descendientes de las demás mujeres que vivieron en su tiempo.

Ahora, digamos que averiguamos hace cuantas generaciones vivió la Madre mitocondrial, y luego comparamos como debió ser su ADN (según con que grupo comparte mas similitudes ) con los grupos genéticos actuales y podríamos darnos una idea de por donde vivió. Resulta que este estudio ya se realizó, el resultado es que la Madre mitocondrial vivió en África (¿donde mas?) hace unos 200,000 a 170,000 años.

Algo mas que vale la pena recordar es que el hecho de que la Madre mitocondrial sea el ancestro fenemino universal de toda persona viviente implica que forzosamente tuvo descendencia, pero no que su pareja fue también nuestro ancestro masculino universal. Clarifiquemos esto.

Lo que tenemos de descendencia de la Madre mitocondrial es el ADN en las mitocondrias, el cual todos heredamos de nuestras madres, por lo tanto esta persona es ancestro de todos nosotros. Es decir, si consideramos que en el tiempo de la Madre, vivieron otras muchas mujeres pero estas otras mujeres no dejaron huella en nuestro ADN mitocondrial.

Distribución de grupos genéticos a partir de un Padre cromosomico, al igual que con la Madre, no es único hombre viviente en su tiempo ni el primero, pero es el que dió origen a la línea que termino siendo al dominante.

Una buena pregunta, es entonces, ¿y el Padre cromosomico? Un análisis similar nos podría indicar datos similares, y el resultado es que nuestros cromosomas (sin importar el grupo étnico al que pertenecemos) tienen un ancestro universal en común, el cual es un hombre que vivió en Africa también (que no les sorprenda, ya deberían estar acostumbrados, en África sucedió todo lo relevante en nuestra evolución) hace unos 90,000 a 60,000 años. Parecerá curioso que la Madre mitocondrial y el Padre cromosomico no sean contemporáneos, pero en realidad no es cosa del otro mundo, recuerden que el ADN de las mitocondrias y el de los cromosomas se heredan de diferente forma.

Estos resultados nos muestran no solo la gran afinidad genética dentro de nuestra especie sino también la forma en la que lineas enteras se pueden extinguir para dejar una sola como dominante y eventualmente única.

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Mamma mia

En complacencia al publico, aquí va algo de sobre "Eva Mitocondrial y Adán Cromosómico", de hecho es un muy buen ejemplo sobre los detalles y menudencias de la herencia y en consecuencia de la evolución. En primer lugar aclaremos que lo de "Adán y Eva" son una licencia que algún reportero se tomó al usar figuras de la mitología popular occidental para designar a los supuestos ancestros de toda la especie. Entonces veamos lo de la mujer y el hombre a quienes prefiero llamar "Mamá Mitocondrial y Papá Cromosómico" (aunque Mega-Mamá o Non-plus-ultra-Madre tampoco estarían mal).

Mega-mamá mitocondrial. Concepción artística de una joven mujer con un infante viviendo en el este de África hace 150,000 a 200,000 años. Esta mujer podría ser ancestro de toda la población humana actual (al igual que el niño).

Bien, empecemos con el asunto de la herencia mitocondrial y cromosómica. Como ya sabemos, los genes de los padres se transmiten a los hijos. En este caso se combinan los genes de padre y madre para dar origen a un nuevo genoma, es decir el código genético de los hijos es una combinación del de los padres. Esto se refiere al ADN que se encuentra dentro del núcleo de la célula, pero dentro de las mitocondrias tenemos también ADN. Las mitocondrias son estructuras dentro de nuestras células que son los lugares donde se rompen las moléculas de azúcar para generar energía, es decir son los "reactores" de la célula. Pero estas estructuras fueron un día células independientes. Hace cientos de millones de años diversos tipos de células comenzaron a vivir unas dentro de otras en una sorprendente adaptación evolutiva. Esta alianza entre células primitivas fue tan exitosa que luego se comenzaron a dividir juntas, mientras las pequeñas aportaban energía a las grandes, las grandes los daban protección y alimento. Así, al vivir juntas y ser unas anfitrionas de otras, al dividirse las grandes se dividían las chicas también. Con el tiempo las pequeñas perdieron casi todas sus funciones celulares y se transformaron en organelos de las mayores. Así es como las actuales células de los animales adquirieron las mitocondrias y como es que estas tienen su propio ADN.

Imagen de una mitocondria, organelos de la célula que contienen su propio ADN el cuál es transmitido de madres a hijos.

Ya teniendo esto claro, hemos de saber que las mitocondrias que tenemos son herencia únicamente de nuestras madres. Es decir, de las mitocondrias del óvulo de la madre descienden las de nuestras células. Así, los marcadores genéticos (pequeñas características distintivas dentro de los genes) en las mitocondrias se pueden rastrear por la linea de descendencia materna. Al hacer esto se puede concluir, por ejemplo, hace que tantas generaciones se separaron las lineas de descendencia entre dos personas por sus lineas maternas. Es decir, hace que tanto tiempo vivió la "tatarabuela" que tienen en común dos personas. Por ejemplo, con mis hermanos comparto la primer antecesora maternal (es decir, tenemos la misma mamá), con mis primos la segunda (la misma abuela), etc. En teoría, si regreso lo suficiente podré encontrar una "tatarabuela" que comparta con cualquier persona del mundo.

Esquema sobre la forma en la que la descendencia de una sola mujer ese hace única en una población.

Entonces la forma de encontrar a la mujer de la que todos venimos, es recolectando muestras de ADN de personas de la mayor parte de los pueblos del mundo y "seguir" la linea de ancestros. Bueno pues este estudio ya se llevó a cabo (en realidad se combinaron los resultados de varios estudios) y el resultado fue que el nuestro Ancestro Común mas Reciente Femenino (ACRF) es decir, la mujer de la que todos somos descendientes vivió en el este de África hace entre 152,000 y 234,000 años. Por lo general esto sería una mas de las muchas fechas tratadas dentro de la evolución. Pero esta en particular tiene algo de relevante, aclaró cuál fue el lugar de origen de la humanidad.

Poco antes de salir estos resultados, una teoría, llamada "Teoría del origen regional" que era de las principales entre la familia de teorías "fuera de África" sobre nuestro origen, proponía que los diversos grupos humanos se habían originado en su lugar de residencia nativa a partir de especies homínidas residentes en el lugar. Por ejemplo, los europeos vendrían de los Homo Sapiens Neandertalis, las poblaciones del este de Asia del Homo Erectus y los nativos de Oceanía de variantes del Homo Erectus (me pregunto de donde pensaron que salimos los nativos de América). El punto es que por el hecho de que todos tengamos una misma ACRF (Ancestro Común mas Reciente Femenino) localizada en un lugar en una fecha (aunque "este de África" y "de hace entre 152,000 y 234,000 años" no sean muy específicos) dados implica que todos compartimos un solo origen, que no hay duda alguna de que la especie es nativa de África.

Mapa de la dispersión humana según calculado por marcadores genéticos mitocondriales, es decir, el mapa de como se fueron esparciendo los descendientes de la mega-mamá.

Entre las cosas que vale la pena aclarar sobre nuestra Mega-mamá mitocondrial, es que se trató de una persona entre muchas que vivieron en un tiempo en un lugar. Ocasionalmente se piensa que se trató de una "primer mujer" o que en su tiempo existía solo ella. Esto es un efecto nocivo del uso de la mitología. La Mega-mamá era una de las mujeres que vivieron en su tiempo y en el pueblo que haya sido el suyo, pero fue la descendencia de esta única mujer la que dio origen al total de la población actual. No es que las otras mujeres no hayan tenido descendencia, es que en esos casos se extingió o se mezcló con la de la Mega-mamá de manera tal que al ver la linea de descendencia materna siempre se regresa a ella.

Mapa similar al anterior, pero en este caso hecho con marcadores genéticos cromosómicos, es decir, un mapa de la expansión de los descendientes del Mega-papá.

De igual forma podemos hacer lo mismo para el Mega-papá, rastrear los marcadores genéticos en al ADN nuclear y rastrear nuestra linea de descendencia paterna. El resultado es similar, todos compartimos un Ancestro Común mas Reciente Masculino (ACRM) que vivió en África hace entre 80,000 y 50,000 años. Mientras que el lugar es el mismo (África) notamos que las fechas son diferentes, pero esto no es del todo descabellado, ya que nada impide, que nuestra Mega-mamá (ACRF) viva en su época y deje descendencia, tiempo después nuestro Mega-papá (ACRM) haga lo mismo. Para cuando nació el Mega-papá, ya mucha gente era descendiente de la Mega-mamá. Al dejar su propia descendencia, esta eventualmente abarcó a todo el mundo y junto con la Mega-mamá fue ancestro de toda la especie. Como se ve no se dio ninguna cruza entre parientes cercanos ya que los Mega-papás vivieron con al menos 70,000 años de diferencia.

El resultado final y mas importante, es que no solo todos los humanos tenemos ancestros en común, sino que no hay ninguna duda de nuestro origen africano.

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Parandose el cuello

A mucha gente le parece que lo mas impresionante de la fauna de la Tierra es lo variada que es, se impresionan con la cantidad de especies que en encuentran en lugares ecológicamente mas sanos, como lo es Centro América, el sur de México, las partes mas recónditas del Amazonas y algunos arrecifes de coral. A especialistas y publico en general les impresiona las numerosas diferencias entre, por ejemplo, un elefante y un caracol. Pero un aspecto que encuentro mas interesante son las similitudes entre especies aparentemente muy diferentes.

Esqueleto de la jirafa, si tienen la paciencia adecuada, cuenten las vertebras en el cuello.

Un caso muy interesante de estudio de los mucho sistemas biológicos que se encuentran por las planicies africanas, es el cuello de las jirafas. Como ya sin duda lo habrán notado, el cuello de la jirafa es su característica distintiva, y es una adaptación evolutiva que le llamó mucho la atención a Darwin.

Como parte del animal, el cuello es útil para que el animal, al ser herbívoro, tenga acceso a una gran cantidad de plantas sin tener que moverse mucho ni andar haciendo malabares a la hora de comer. El cuello largo le permite no solo alcanzar las ramas altas, inaccesibles a otros herbívoros, sino también a las hojas en el lado lejano de algún arbusto de pinta deliciosa que se cruce. Así que la jirafa puede comerse el alimento que se consumen los animales terrestres que se limitan a lo no este muy lejos del suelo (y aún mas si consideramos la habilidad de alcanzar las hojas en el extremo lejano y por lo general no son comidas) así como el que sueles ser comido por los animales trepadores, como algunos homínidos. Así que nos queda muy claro que para la jirafa es muy útil su cuello.

Y como adaptación evolutiva es sin duda interesante. Veamos, tenemos un animal que vive en una ambiente y situación donde una serie de mutaciones le llevaron a desarrollar un cuello muy largo y para su buena fortuna tan peculiar modificación le sirvió para sobrevivir con mayor facilidad. Pero bueno preguntemonos ¿como se las arregló la jirafa para tener ese cuello? es decir ¿como se modifica el genoma para dotar al animal de esta estructura? Estas preguntas son las que aparecieron en la mente de Darwin al estudiar el esqueleto de una jirafa en un museo británico.

Como a muchos, a Darwin le fascinó ese esqueleto, y como muchos, le puso toda su atención al enorme cuello, pero como pocos se fijo en un detalle muy curioso, la jirafa tiene 7 vertebras cervicales en el cuello. ¿ Y eso que? Pues que nosotros también tenemos 7 vertebras cervicales. Es decir, el largo cuello de la jirafa tiene la misma estructura ósea, a "grosso modo", que nuestro cuello. Pero ¿no hubiera sido mas fácil que el cuello mas largo sea resultado de tener mas vertebras? Pues tendría sus ventajas y desventajas, pero lo relevante es que en este caso podemos ver una forma muy importante que tiene la evolución de funcionar.

Estructura de la columna vertebral humana, la parte roja es lo que corresponde al cuello. Como pueden ver, son 7 las vertebras que tenemos en dicho lugar.

Es decir, para lograr el cambio, aparentemente tan drástico como lo es el largo del cuello de la jirafa, bastan con pocas mutaciones. Es mas fácil genéticamente alterar el largo de un hueso que el generar huesos nuevos. Así que lo que pasó en el caso de este animal, fue que las mutaciones involucradas fueron únicamente para alterar el largo del hueso (con sus derivados cambios en grosor para soportar el hueso). Curiosamente este fue el mismo método para lograr un cambio también muy importante en la evolución, el paso de la aleta a la pata y luego a los brazos y manos, todo fue alteración en la longitud y forma de los huesos sin requerir de nuevas estructuras o cambios mayores.

Así que como ven, se pueden lograr cambios que parecen ser radicales de forma sencilla. Y las aparentes diferencias entre los múltiples animales que habitan el planeta no son tan marcadas como parece. En sí, genéticamente, las aletas de los peces y nuestras manos son muy similares y el cuello de la jirafa y el nuestro es también casi igual a nivel molecular. Esto no le quita nada de maravilloso a la diversidad animal, al contrario, me parece mas interesante entender lo que uno ve y saber que por mas diferentes que aparentemos ser, en realidad nuestros genomas son muy similares.

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¿Que has hecho en 200 años, Darwin?

Hoy, 12 de Febrero se cumplen 200 años del natalicio de Charles Darwin, naturalista inglés que es conocido como el autor de la teoría de la evolución. Pero hay mucho que se puede decir tanto da Darwin como de la teoría de la evolución.

En primer lugar, la evolución ya no es una teoría, es un hecho. Un dato poco conocido es que la propuesta de Darwin, no fue la evolución en sí, ya que otras personas la habían propuesto y tuvieron ideas similares, tales como Wallace o Lamarck. La propuesta de Darwin fue el método con el que se da la evolución, es decir; la selección natural. Si bien Wallace estuvo a punto de postularla primero, pero bueno, Darwin se adelantó. La noción de Darwin es que el medio ambiente es el factor que domina en la dirección de la evolución de una especie. Las condiciones a las cuales se expone son entonces quienes dictaminana que camino es el que ha de seguir la especie, entre aquellas posibilidades presentadas por las mutaciones (aleatorias) que ocurran.

El título del libro principal de Darwin "Teoría de la evolución por medio de la selección natural" es la obra en la que se exponen estas ideas. Este libro ha sido en muchos lugares y momentos censurado y la enseñanza de la evolución desacreditada. ¡Aun en nuestros días, existen lugares, como en Estados Unidos donde el pensamiento medieval aún perdura y muchos se oponen a que se enseñen las bases de la evolución en las escuelas o que proponen que se enseñe también, y como si fuera algo válido, el creacionismo! No es solo que el creacionismo sea un disparate tal que ningún adulto (intelectualmente hablando) lo pueda aceptar y conservar un poco de vergüenza. Si no que es un atentado a las bases mismas del progreso del conocimiento humano.

Por un lado, hay quien aboga por la libertad de credo, con lo cuál estoy de acuerdo. Pero sin permitir que esto influya en la educación de generaciones futuras. Una cosa es que uno este en libertad de tragarse los cuentos que desee y después de las arregle con su propia conciencia y otra que pretenda imponer fantasías cual si fueran verdades.

Aun así, y a pesar de la oposición de siempre se ha presentado al progreso del conocimiento por parte de los elementos mas nocivos y tradicionalistas de la sociedad, la obra de Darwin a continuado vigente y como todo concepto científico se ha ido perfeccionando. Hoy la selección naturales es solo uno de los factores que entran en la evolución, acompañada de el equilibrio puntuado y los criterios de economía, practicidad e inercia genética. También se esta dando una nueva forma de ver la evolución no con los autores principales siendo los individuos de una especie, sino de sus genes. Se ha incorporado la historia geológica de la Tierra a la historia de la vida y el estudio de la conducta emergente a arrojado luz sobre la influencia del medio biológico en los individuos.

Pero la obra de Darwin, como la de mucho científicos no solo sirvió para explicar algún aspecto de la naturaleza sino que ha tenido consecuencias en la sociedad. La noción de que el mundo biológico puede cambiar, la idea de que los seres vivos están constantemente tratando de preservar un delicado equilibrio y qu el precio de no hacerlo suele ser la extinción. Todas estas ideas son ya parte del llamado pensamiento moderno, y entre otras cosas, la base de la hoy famosa, conciencia ecológica.

En los últimos 200 años ha pasado mucho en nuestro mundo. Y una de las mas relevantes ha sido el cambio en la forma de pensar, de una mentalidad local a un global. Esto se lo debemos en buena medida a Darwin.

Pero Darwin el trabajo de Darwin es solo parte de lo que se ha de hacer. Aun queda mucho, el camino aun es largo y hace falta que muchos mas hagamos nuestra parte. No es preciso que todos salgamos y con convirtamos en grande científicos con trabajos que revolucionen el mundo. Basta con hacer cada quién su parte. A los maestros de cualquier nivel, de cualquier lugar les corresponde educar a nuestras generaciones de personas, de pensadores y científicos, tienen el deber de enseñar a pensar de forma crítica, a no aceptar nada pro dogma de fe, a cuestionar y ponerlo todo en tela de juicio. A los estudiantes les corresponde tomar la riendas cuando el maestro no cumple su cometido y cuestionarlo todo, ser críticos, tiene la tarea de procurar entender la naturaleza, de aprender de todo y de todos. Y por último, y tal ves mas importante, al publico en general. A todos aquellos que no son ni maestros ni estudiantes, a las amas de casa, obreros o cualquiera que sea su ocupación. Ustedes son la parte fundamental, sus mentes con el campo de batalla donde se decide el provenir de la especie. Es función de ustedes el exigir que los productos de la ciencia les lleguen, en exigir a maestros, científicos y divulgadores (como yo) que les enseñen hasta los últimos pormenores del funcionamiento de la ciencia, que respondan sus preguntas. Es suya la mucho mas difícil tarea de criticar lo socialmente establecido, de darse cuenta de que algo, solo por ser ampliamente aceptado es correcto.

No es una exageración si decimos que el esfuerzo de divulgación es fundamental para la sociedad. Hoy son unos cuantos estados en U.S.A. donde se esta regresando al oscurantismo. Pero mañana nuestras naciones se pueden ver amenazadas. En palabras de Sócrates, "El único bien verdadero es el conocimiento. El único mal, la ignorancia." Es fundamental impedir el progreso del pensamiento medieval, es fundamental arrancar el mal de raíz.