Thomas
Hunt Morgan
Thomas
Hunt Morgan nació el 25 de septiembre de 1866. Fue un genetista
estadounidense, estudió la historia natural, zoología, y
macromutación en la mosca de la fruta Drosophila Melanogaster.
Sus
contribuciones científicas más importantes fueron en el campo de la
genética. Fue galardonado con el premio nobel de la fisiología y
medicina en 1933 por la demostración de que los cromosomas son
transportadores de los genes, lo que se conoce como la teoría
cromosómica de Sutton y Boveri.
Gracias
a su trabajo, Drosophila melanogaster se convirtió en unos de los
principales organismos modelo en genética.
Falleció
el 4 de diciembre de 1945 por un infarto agudo de miocardio.
Drosophila
melanogaster
Drosophila
melanogaster, también llamada mosca de fruta o mosca de vinagre es
una especie de díptero braquícero de la familia Drosophilidae.
Recibe su nombre debido a que se alimenta de frutas en proceso de
fermentación tales como manzanas, bananas, uvas, etc. Es una especie
utilizada frecuentemente en experimentación genética, dado que
posee un reducido número de cromosomas (cuatro pares), breve ciclo
de vida (15-21 días) y aproximadamente el 61% de los genes de
enfermedades humanas que se conocen tienen una contrapartida
identificable en el genoma de las moscas de las frutas, y el 50% de
las secuencias proteínicas de la mosca tiene análogos en las
mamíferos.
Para
propósitos de investigación, fácilmente pueden reemplazar a los
humanos. Se reproducen rápidamente, de modo que se pueden estudiar
muchas generaciones en un corto espacio de tiempo, y ya se conoce el
mapa completo de su genoma. Fue adoptada como animal de
experimentación genética por Thomas Morgan a principios del siglo
XX. Sus 165Mb de genoma (1 Mb= 1 millón de pares de bases) fueron
publicados en marzo de 2000 gracias al consorcio público y la
compañía Celera Genomics. Alberga alrededor de 13.600 genes.
Thomas
Morgan obtuvo de su trabajo de Drosophila,que se reconoció la
presencia de los cromosomas sexuales y de lo que se conoció en
genética como “herencia ligada del sexo”. Demostró que los
factores mendelianos, (los genes) se disponían de forma lineal sobre
los cromosomas. Los experimentos realizados por Morgan y
colaboradores, revelaron también las bases genéticas de la
determinación del sexo. Morgan continuó sus experimentos y se
demostró en su “teoría de los genes” que los genes se
encuentran juntos en diferentes grupos de emparejamiento, y que los
alelos (pares de genes que afectan al mismo carácter) se
intercambian o entrecruzan dentro de el mismo grupo.
Ligamiento
En
genética se denomina ligamiento a la asociación física entre dos
loci (esto es su cercanía en una misma hebra de ADN, lo que
repercute en una baja frecuencia de recombinación entre ellas
durante la meiosis, y, por tanto, a una mayor probabilidad de
herencia conjunta). Se puede definir como la tendencia de los alelos
de loci que están cercanos entre si a heredarse juntos como un
bloque (haplotipo). Esto se debe a que los quiasmas, estructuras de
entrecruzamiento generadas durante la recombinación, se producen al
azar a lo largo de un cromosoma; de este modo a menor distancia entre
dos loci, menos probabilidad de que se dé un quiasma y, por tanto,
se generen variantes recombinantes.
La
disposición de dos loci con máxima frecuencia de recombinación (
esto es 0,5 o lo que es lo mismo del 50%) es sobre cromosomas
separados, puesto que, así, si sólo se transmite las células
germinales una copia del genoma y existen dos cromosomas homólogas
(el paterno y materno) en la célula diploide de la línea germinal,
su segregación al azar dará lugar a la transmisión de uno de los
dos, y 1/2 corresponde a la mencionada frecuencia de recombinación
de 0,5. Cuando los dos loci se encuentran en cromosomas distintos se
dice que no están ligados: es una situación de no ligamiento.
Entrecruzamiento
El
entrecruzamiento cromosómico es el proceso por el cual las
cromátidas de cromosomas homólogos se aparean e intercambian
secciones de su ADN durante la reproducción sexual. La sinapsis
comienza antes de que se desarrolle el complejo sinaptonémico y no
está completo hasta cerca del final de la profase 1. El
entrecruzamiento usualmente se produce cuando se aparean las regiones
en las rupturas del cromosoma y luego se reconectan al otro
cromosoma. El resultado de este proceso es un intercambio de genes,
llamado recombinación genética. Los entrecruzamientos cromosómicos
también suceden en organismos asexuales y en células somáticas, ya
que son importantes formas de reparación del ADN.
El
entrecruzamiento fue descrito, en teoría, por Thomas Hunt Morgan. Se
apoyó en el descubrimiento del profesor Frans Alfons Janssens de la
Universidad de Lovaina que describió el fenómeno de 1909. El
término quiasma está relacionado, si no es idéntico, al
entrecruzamiento cromosómico. Morgan inmediatamente vio la gran
importancia de la interpretación citológica de Janssens de la
quiasma en los resultados experimentales en su investigación de la
herencia en Drosophila. Las bases físicas el entrecruzamiento fueron
demostradas primero por Harriet Creighton y Barbara McClintock en
1931.
Teoría
cromosómica
La
teoría cromosómica de Sutton y Boveri enuncia que los alelos
mendelianos están localizados en los cromosomas.
Esta
teoría fue desarrollada independientemente en 1902 por Theodor
Boveri y Walter Sutton. También se denomina a veces teoría
cromosómica de la herencia.
La
teoría permaneció controvertida hasta 1915, cuando Thomas Hunt
Morgan consiguió que fuera universalmente aceptada después de sus
estudios realizados en Drosophila melanogaster.
Thomas
Hunt Morgan tenía
una formación de biólogo del desarrollo, habiendo recibido un Ph.D.
en 1890 en la Universidad
Johns Hopkins por
sus estudios en el desarrollo de las arañas marinas, un grupo
especializado de invertebrados,
y en 1891 aceptó un puesto de enseñanza en el Bryn Mawr College. En
1904 la Universidad de Columbia anunció la creación de un nuevo
puesto en zoología experimental, y se lo ofreció a Morgan, quien
era amigo de largo tiempo del director del departamento de zoología,
E.B. Wilson. Wilson convenció a Morgan de que la clave para entender
elpxx desarrollo (esto es, como una célula, el huevo, genera un
individuo completo) era entender la herencia, ya que éste es el
medio a través del cual el óvulo y el espermatozoide transmiten las
características de los individuos de generación en generación.
Morgan
inició sus estudios en ratas y ratones, pero éstos se reproducen
tan despacio que no resultaban convenientes para hacer estudios sobre
herencia. Buscando un organismo más apropiado, se decidió por
Drosophila
melanogaster,
la mosca de la fruta, debido a sus características: es un organismo
pequeño (3 mm), fácil de mantener en el laboratorio (se pueden
recoger un millar en una botella de cuarto de litro), es fértil todo
el año y muy prolífica (produce una generación cada 12 días, o 30
generaciones al año). Además los machos y las hembras se distinguen
con facilidad, y el desarrollo embrionario ocurre en el exterior, lo
que facilita el estudio de las mutaciones
en
el desarrollo. Por último, Drosophila
tiene
sólo 4 pares de cromosomas, todo lo cual le convierte en un
organismo muy apropiado para los estudios sobre herencia. Los
estudios de Morgan conDrosophila
comenzaron
en 1907. Inicialmente, su intención era mantener varias
generaciones, esperando que apareciera un mutante ocasional, algo que
Hugo
de Vries acababa
de observar en plantas. Sin embargo, después de dos años
manteniendo las moscas, sus esfuerzos permanecían vanos.
A
pesar de todo, Morgan persistió, y en abril de 1910, en una de sus
botellas apareció un macho con los ojos blancos, en lugar del color
normal (rojo). Esto le permitía comenzar a analizar algunas
cuestiones clave: ¿cómo se había generado ese macho? ¿qué
determina el color de los ojos? Para empezar, Morgan cruzó el macho
mutante de ojos blancos (que denominó white, iniciando la
tradición de nombrar la mutación con el fenotipo que genera) con
una hembra virgen normal, con ojos rojos. En la primera generación
(F1), obtuvo una descendencia (machos y hembras) con ojos rojos, lo
que sugería que los ojos rojos eran dominantes, y los blancos
recesivos. Para probarlo, cruzó los machos y hembras de la F1, y
obtuvo una segunda generación (F2) con las proporciones esperadas
según las leyes de Mendel para un carácter recesivo: tres moscas de
ojos rojos por cada una de ojos blancos. Sin embargo, aunque Morgan
esperaba la misma proporción de machos y hembras con los ojos
blancos, observó que todas las hembras los tenían rojos, y entre
los machos, los había con ojos rojos y con ojos blancos. Lo cual
implicaba que el color de los ojos estaba de alguna forma ligado al
sexo. Posteriormente aparecieron otras dos mutaciones espontáneas
(alas rudimentarias y color del cuerpo amarillo), que también
estaban ligadas al sexo. Todo ello sugería que esos tres genes
podrían estar en el mismo cromosoma, el cromosoma sexual.
Estudiando
los cromosomas de Drosophila
al
microscopio,
Morgan observó que los 4 pares no eran idénticos, y que las hembras
tenían dos cromosomas X idénticos, mientras que en los machos el X
estaba apareado con un cromosoma Y, con un aspecto diferente y que
nunca aparece en las hembras. Por ello, un macho debe recibir su
cromosoma X de su madre y el Y de su padre, lo cual explicaba la
segregación observada en el color de ojos: si la madre es homozigota
(tiene
los dos alelos
para
ese gen iguales) con los ojos rojos, sus hijos machos sólo pueden
tener los ojos rojos, aunque su padre tuviera los ojos blancos. Para
que aparezcan machos con los ojos blancos, la madre tiene que portar
al menos una copia del gen de ojos blancos en uno de sus cromosomas
X, y sólo tendrán los ojos blancos los hijos que reciban el X con
el gen mutado. Por su parte, para que aparezcan hembras con ojos
blancos, ambos progenitores tienen que aportar un cromosoma X con el
gen de los ojos blancos, lo que es por tanto un evento menos
frecuente. Es decir, a partir de estas observaciones, Morgan dedujo
que el gen que codifica para el color de los ojos debe residir en el
cromosoma X, lo que proporcionaba la primera correlación entre un
carácer específico y un cromosoma concreto.
Estos
estudios se publicaron en Science en julio de 1910, con el título
"Sex
Limited Inheritance in Drosophila" (La
herencia limitada al sexo en Drosophila)14
y
en abril de 1911, con el título "Mutations
in eye color in Drosophila and their modes of inheritance"
(Mutaciones
en el color de ojos en Drosophila:
modos de herencia).,15
en
los que resumía sus tres conclusiones fundamentales:
que
los genes deben residir en los cromosomas
que
cada gen debe residir en un cromosoma concreto
y
que el carácter "color de ojos" debe residir en el
cromosoma X y estar ausente en el cromosoma Y, siendo el rojo el
color dominante.
Posteriormente,
Morgan razonó que los cromosomas son ensamblajes de genes, puesto
que caracteres que se encuentran en un cromosoma determinado tienden
a segregar juntos. Sin embargo, Morgan observó que esos caracteres
"ligados" en ocasiones se separan. A partir de aquí,
Morgan dedujo el concepto de recombinación
de
cromosomas: postuló que dos cromosomas apareados pueden intercambiar
información, e incluso propuso que la frecuencia de recombinación
depende de la distancia entre ambos. Cuanto más cerca estén dos
genes en un cromosoma, mayor será la probabilidad de que se hereden
juntos, y cuanto mayor sea la distancia entre ellos, mayor será la
probabilidad de que se separen debido al proceso de entrecruzamiento
(crossing-over).
En resumen, Morgan sugirió que la intensidad del ligamiento entre
dos genes depende de la distancia entre ellos en un cromosoma.
Basándose en esas observaciones, un estudiante del grupo de Morgan,
Alfred
Henry Sturtevant,
llegó a la conclusión de que las variaciones en la intensidad de
ligamiento podían utilizarse para mapear los genes en los
cromosomas, definiendo la distancia relativa unos de otros: un año
después de que Morgan hubiera identificado la mosca de ojos blancos,
Sturtevant estableció el mapa genético para los genes ligados al
sexo. Hoy en día, el Morgan es la unidad de medida de las distancias
a lo largo de los cromosomas en la mosca, el ratón y en humanos.
Morgan
fue galardonado con el Premio
Nobel de Fisiología o Medicina en
1933
por
la demostración de que los cromosomas
son
portadores de los genes.
