8.2: Leyes de Sucesiones

De Guisantes y Gente

Estas plantas de flores purpúreas no solo son bonitas a la vista. Plantas como estas llevaron a un gran salto adelante en biología. Las plantas son arvejas comunes, y fueron estudiadas a mediados del siglo XIX por un monje austriaco llamado Gregor Mendel. Con sus cuidadosos experimentos, Mendel descubrió los secretos de la herencia, o cómo los padres le pasan características a sus crías. Puede que no te importe mucho la herencia en las plantas de guisantes, pero probablemente te importe tu propia herencia. Los descubrimientos de Mendel se aplican tanto a las personas como a los guisantes —y a todos los demás seres vivos que se reproducen sexualmente. En este concepto, leerás sobre los experimentos de Mendel y los secretos de la herencia que descubrió.

Figura\(\PageIndex{1}\): Flor de Guisante Dulce

Mendel y sus plantas de guisantes

Gregor Mendel, que se muestra a continuación, nació en 1822 y creció en la granja de sus padres en Austria. Le fue bien en la escuela y se convirtió en monje. También fue a la Universidad de Viena, donde estudió ciencias y matemáticas. Sus profesores le animaron a aprender ciencias a través de la experimentación y a utilizar las matemáticas para darle sentido a sus resultados. Mendel es mejor conocido por sus experimentos con plantas de guisantes como la que se muestra arriba.

Figura\(\PageIndex{2}\): Gregor Mendel. El monje austriaco Gregor Mendel experimentó con plantas de guisante. Hizo todas sus investigaciones en el jardín del monasterio donde vivía.

Teoría de la Herencia

Durante la época de Mendel, la teoría de mezcla de la herencia era popular. Esta es la teoría de que la descendencia tiene una mezcla, o mezcla, de las características de sus padres. Mendel notó plantas en su propio jardín que no eran una mezcla de los padres. Por ejemplo, una planta alta y una planta corta tenían descendencia que eran altas o cortas pero no de altura media. Observaciones como estas llevaron a Mendel a cuestionar la teoría de la mezcla. Se preguntó si había un principio subyacente diferente que pudiera explicar cómo se heredan las características. Decidió experimentar con plantas de guisante para averiguarlo. De hecho, ¡Mendel experimentó con casi 30 mil plantas de guisantes en los próximos años!

¿Por qué estudiar las plantas de guisantes?

¿Por qué Mendel eligió plantas comunes de guisantes de variedad jardín para sus experimentos? Las plantas de guisante son una buena opción porque son de rápido crecimiento y fáciles de cultivar. También tienen varias características visibles que varían. Estas características, algunas de las cuales se ilustran en la Figura\(\PageIndex{3}\). Cada una de estas características tiene dos rasgos comunes (valores).

1. Las semillas pueden ser redondas o arrugadas
2. Las semillas pueden tener cotiledones amarillos o verdes. Los cotiledones se refieren a las diminutas hojas dentro de las semillas.
3. Las flores pueden ser blancas o violetas
4. La vaina de la semilla puede estar llena o constreñida
5. La vaina de la semilla puede ser amarilla o verde
6. Las flores pueden ocurrir a lo largo del tallo (en vainas axiales) o al final de un tallo (en vainas terminales)
7. Los tallos pueden ser largos (6-7 pies) o cortos (menos de 1 pie).

Figura\(\PageIndex{3}\): Mendel investigó siete características diferentes en plantas de guisante.

Controlar la polinización

Figura\(\PageIndex{4}\): Las flores son los órganos reproductivos de las plantas. Cada flor de planta de guisante tiene partes masculinas y femeninas. La antera forma parte del estambre, la estructura masculina que produce gametos masculinos (polen). El estigma es parte del pistilo, la estructura femenina que produce gametos femeninos y guía los granos de polen hacia ellos. El estigma recibe los granos de polen y los pasa al ovario, que contiene gametos femeninos.

Para investigar cómo se pasan las características de padres a crías, Mendel necesitaba controlar la polinización. La polinización es el paso de fertilización en la reproducción sexual de las plantas. El polen consiste en granos diminutos que son las células sexuales masculinas, o gametos, de las plantas. Son producidos por una parte de flor masculina llamada la antera (Figura\(\PageIndex{4}\)). La polinización ocurre cuando el polen se transfiere de la antera al estigma de la misma u otra flor. El estigma es una parte femenina de una flor. Pasa los granos de polen a gametos femeninos en el ovario.

Las plantas de guisante son naturalmente autopolinizantes. En la autopolinización, los granos de polen de las anteras de una planta se transfieren a estigmas de flores en la misma planta. Mendel estaba interesado en la descendencia de dos plantas progenitoras distintas, por lo que tuvo que evitar la autopolinización. Se quitó las anteras de las flores de algunas de las plantas en sus experimentos. Después los polinizó a mano con polen de otras plantas parentales de su elección. Cuando el polen de una planta fertiliza otra planta de la misma especie, se llama polinización cruzada. A las crías que resultan de tal cruce se les llama híbridos. Cuando se emplea el término híbrido en este contexto, se refiere a cualquier descendencia resultante de la cría de dos individuos genéticamente distintos.

Primer conjunto de experimentos de Mendel

Al principio, Mendel experimentó con una sola característica a la vez. Comenzó con el color de la flor. Como se muestra en la Figura\(\PageIndex{5}\), Mendel polinizó plantas parentales de flores violetas y flores blancas. Las plantas parentales en los experimentos se denominan la generación P (para progenitores).

Generaciones F1 y F2

Figura\(\PageIndex{5}\): En uno de sus experimentos sobre patrones de herencia, Mendel cruzó plantas que fueron de reproducción real para el color de la flor violeta con plantas de reproducción verdadera para el color de la flor blanca (la generación P). Los híbridos resultantes en la generación F1 tuvieron flores violetas. En la generación F2, aproximadamente tres cuartas partes de las plantas tenían flores violetas, mientras que una cuarta parte tenía flores blancas.

Las crías de la generación P se denominan la generación F1 (para filial, o “descendencia”). Como se muestra en la Figura\(\PageIndex{5}\), todas las plantas de la generación F1 presentaron flores violetas. Ninguno de ellos tenía flores blancas. Mendel se preguntó qué había pasado con la característica de flor blanca. Supuso que algún tipo de factor heredado produce flores blancas y algún otro factor heredado produce flores violetas. ¿El factor flor blanca acaba de desaparecer en la generación F1? Si es así, entonces la descendencia de la generación F1 —llamada generación F2— debería tener flores violetas como sus padres.

Para probar esta predicción, Mendel permitió que las plantas de la generación F1 se autopolinizaran. Quedó sorprendido por los resultados. Algunas de las plantas de la generación F2 tenían flores blancas. Estudió cientos de plantas de la generación F2, y por cada tres plantas de flores violetas, había un promedio de una planta de flores blancas.

Ley de Segregación

Mendel realizó el mismo experimento para las siete características. En cada caso, un valor de la característica desapareció en las plantas F1 y luego volvió a aparecer en las plantas F2. Y en cada caso, 75 por ciento de las plantas F2 tuvo un valor de la característica y 25 por ciento tuvo el otro valor. A partir de estas observaciones, Mendel formuló su primera ley de herencia. A esta ley se le llama la ley de la segregación. Afirma que hay dos factores que controlan una característica dada, uno de los cuales domina al otro, y estos factores se separan y van a diferentes gametos cuando un padre se reproduce.

Segundo conjunto de experimentos de Mendel

Mendel se preguntó si diferentes características se heredan juntas. Por ejemplo, ¿las flores moradas y los tallos altos siempre se heredan juntas? ¿O estas dos características aparecen en diferentes combinaciones en la descendencia? Para responder a estas preguntas, Mendel investigó a continuación dos características a la vez. Por ejemplo, cruzó plantas con semillas redondas amarillas y plantas con semillas arrugadas verdes. Los resultados de este cruce se muestran en la Figura\(\PageIndex{5}\).

Generaciones F1 y F2

En este conjunto de experimentos, Mendel observó que las plantas de la generación F1 eran todas iguales. Todos ellos tenían semillas redondas amarillas como uno de los dos padres. Sin embargo, cuando las plantas de la generación F1 fueron autopolinizadas, su descendencia, la generación F2, mostró todas las combinaciones posibles de las dos características. Algunos tenían semillas redondas verdes, por ejemplo, y otras tenían semillas arrugadas amarillas. Estas combinaciones de características no estuvieron presentes en las generaciones F1 o P.

Figura\(\PageIndex{6}\): La generación parental consistió en guisantes lisos amarillos y arrugados verdes. La primera generación de descendencia tuvo semillas amarillas lisas. Cuando se cruzaron estas plantas F1, las crías tenían semillas de color amarillo liso, verde liso, amarillo arrugada y verde arrugada en una proporción de 9:3:3:1.

Ley de Surtido Independiente

Mendel repitió este experimento con otras combinaciones de características, como el color de la flor y la longitud del tallo. Cada vez, los resultados fueron los mismos que los mostrados en la figura anterior. Los resultados del segundo conjunto de experimentos de Mendel llevaron a su segunda ley. Esta es la ley del surtido independiente. Afirma que los factores que controlan diferentes características se heredan independientemente unos de otros.

El legado de Mendel

Se podría pensar que los descubrimientos de Mendel habrían tenido un gran impacto en la ciencia tan pronto como los hiciera, pero estarías equivocado. ¿Por qué? Porque la obra de Mendel fue ignorada en gran medida. Mendel estaba muy adelantado a su tiempo y trabajaba desde un monasterio remoto. No tenía reputación entre la comunidad científica y limitaba el trabajo previamente publicado. También publicó su investigación en una oscura revista científica. En consecuencia, cuando Charles Darwin publicó su libro histórico sobre la evolución en 1869, aunque la obra de Mendel había sido publicada apenas unos años antes, Darwin no lo conocía. En consecuencia, Darwin no sabía nada de las leyes de Mendel y no entendía la herencia. Esto hizo que los argumentos de Darwin sobre la evolución fueran menos convincentes para muchas personas.

Luego, en 1900, tres científicos europeos diferentes —llamados DeVries, Correns y Tschermak— llegaron independientemente a las leyes de Mendel. Los tres habían hecho experimentos similares a los de Mendel y llegaron a las mismas conclusiones que había sacado varias décadas antes. Sólo entonces se redescubrió la obra de Mendel y el propio Mendel se le dio el crédito que se le debía. A pesar de que Mendel no sabía nada de genes, que fueron descubiertos tras su muerte, ahora se le considera el padre de la genética.

Revisar

1. ¿Cuál es la teoría de mezcla de la herencia? ¿Qué observaciones llevaron a Mendel a cuestionar esta teoría?
2. ¿Por qué las plantas de guisante fueron una buena opción para los experimentos de Mendel?
3. Describir el primer conjunto de experimentos de Mendel, incluyendo los resultados.
4. Estado Las dos leyes de herencia de Mendel.
5. ¿Cómo condujo el resultado del segundo conjunto de experimentos de Mendel a su segunda ley?
6. Discutir el legado de Mendel.
7. En el primer conjunto de experimentos de Mendel:
   1. ¿Por qué utilizó plantas de guisante con diferentes características para la generación parental?
   2. ¿Por qué crees que solo probó una característica a la vez?
   3. ¿Por qué permitió que las plantas de la generación F1 se autopolinizaran?
   4. Si observara 200 plantas F2, aproximadamente ¿cuántas tendrían flores moradas? Aproximadamente ¿cuántas tendrían flores blancas? Explica tus respuestas.
   5. ¿Qué color de flor parecía dominar sobre la otra? Explica tu respuesta.
8. Si la ley de surtido independiente de Mendel no fuera correcta, y las características siempre se heredaron juntas, ¿qué tipos de descendencia crees que se habrían producido cruzando plantas con semillas redondas amarillas y semillas arrugadas verdes? Explica tu respuesta.
9. Verdadero o Falso. En los experimentos de Mendel, las generaciones F1 son híbridos.
10. Verdadero o Falso. Un solo gameto de una planta de guisante contiene factores que dan como resultado tanto una flor morada como una flor blanca.

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Cada madre y cada padre transmiten rasgos a sus hijos. Explore cómo los experimentos de plantas de guisantes de Mendel nos ayudaron a comprender mejor la genética de este proceso aquí:

Atribuciones

1. Flor de guisante dulce por Giligone licencia CC BY-SA 3.0 vía Wikimedia Commons
2. Gregor Mendel por William Bateson, dominio público vía Wikimedia Commons
3. Mendel siete características de Mariana Ruiz LadyofHats, liberadas al dominio público vía Wikimedia Commons
4. Estructura floral por OpenStax, CC BY 4.0
5. Experimentos de Mendel por CNX, CC BY 4.0
6. Cruz de guisante de Suzanne Wakim, licencia CC BY 4.0 adaptada de en Dihybrid Cross por CNX OpenStax, licencia CC BY 4.0 vía Wikimedia Commons
7. Texto adaptado de Biología Humana por CK-12 licenciado CC BY-NC 3.0