FRANCISCO J. AYALA

¿Clonar humanos?

Ingeniería genética y futuro
de la humanidad

Índice

PRÓLOGO

1. ORIGEN Y DIÁSPORA DE HOMO SAPIENS

Introducción

Antepasados de Homo sapiens

Diáspora de Homo sapiens

Transformación de simio a humano

2. MÁS ALLÁ DE LA BIOLOGÍA: EVOLUCIÓN CULTURAL

Introducción

Semejanzas anatómicas entre humanos y chimpancés

Semejanzas bioquímicas y genéticas

Cultura: herencia y evolución

Evolución cultural en animales no humanos

Lenguaje

3. GENES Y GENOMA HUMANO

Introducción

Mendel

De Mendel al DNA

Proyecto Genoma Humano

Consideraciones y reservas

DNA chimpancé

4. VARIACIÓN GENÉTICA Y SELECCIÓN NATURAL

Introducción

Selección natural

Variación hereditaria

Enfermedades hereditarias

5. ENFERMEDADES GENÉTICAS Y MEDICINA MODERNA: ¿MEJORA DE LA HUMANIDAD O DETERIORO A LARGO PLAZO?

Introducción

Eugenesia y futuro biológico

Consejo terapéutico y amniocentesis

Ingeniería genética somática

6. PROMESAS FATUAS DE EUGENESIA Y CLONACIÓN: LOS PREMIOS NOBEL H. J. MULLER Y W. R. SHOCKLEY

Introducción

Hermann J. Muller

Eugenesia

Antecedentes históricos

¿Es factible la propuesta de Muller?

Genotipo y fenotipo

Banco de esperma de premios Nobel

7. CAS9 Y OTRAS MARAVILLAS DE LA GENÉTICA MODERNA

Introducción

Recombinación

Enzimas de restricción y DNA recombinante

Ingeniería genética

Tecnología del DNA recombinante

CRISPR-Cas

8. ¿CLONAR HUMANOS?

Introducción

Genotipo y fenotipo

Clonación de animales

Genotipos en ambientes diferentes

Clonación humana

Clonación terapéutica

EPÍLOGO

REFERENCIAS

CRÉDITOS

PRÓLOGO

El descubrimiento de la evolución del ser humano a partir de antepasados que no eran humanos es quizá la contribución más importante de las ciencias naturales al conocimiento de la naturaleza humana. Ahora sabemos que nuestra especie, Homo sapiens, como el resto de las más de diez millones de especies que viven sobre la Tierra, es un producto de la evolución biológica. Pero, también como el resto de las especies, Homo sapiens no solo ha evolucionado sino que continúa haciéndolo.

¿Cuál es el futuro biológico de la humanidad? Se piensa que, debido a los avances de la medicina y de la ciencia, la mayoría de los humanos que han nacido en los últimos veinte o treinta años vivirán, de promedio, hasta cien años. ¿Será posible extender la vida humana aún más allá? Se piensa sobre todo en la llamada «ingeniería genética», que permite manipular la constitución genética de los organismos. ¿Tiene límites la ingeniería genética? ¿Será posible eventualmente clonar a los seres humanos y conseguir así que vivan indefinidamente?

Tales son las cuestiones a explorar en este libro. Empezaremos con una revisión en el capítulo 1 del origen evolutivo de nuestra especie. En el capítulo 2 consideraremos la evolución cultural, una dimensión distintiva de la evolución de Homo sapiens, una dimensión fundamental que impacta a nuestra especie y solo, al menos de manera significativa, a nuestra especie entre los millones de especies que viven sobre la Tierra. Las implicaciones de la evolución cultural se extienden a la evolución biológica y con ello a las consecuencias de las posibles manipulaciones genéticas destinadas a superar nuestro futuro biológico.

El metabolismo celular de los organismos, es decir, su funcionamiento biológico, está controlado por los genes que heredamos de nuestros padres. El descubrimiento de la herencia biológica se debe a Gregor Mendel (1822-1884), monje agustino quien, en Brno (Moravia, hoy día República Checa) en la década de 1860, basándose en una serie de experimentos magistrales, formuló las leyes fundamentales que determinan la transmisión de los genes de generación en generación. El capítulo 3 introduce los enormes avances que han tenido lugar en el campo de la genética desde entonces, incluyendo el descubrimiento del DNA y la secuenciación del genoma humano, los 3.000 millones de nucleótidos que heredamos de cada uno de nuestros padres.

La selección natural es el proceso que determina la evolución de los organismos. Las posibilidades de selección natural están determinadas por la variación genética que existe en una especie dada, incluida la nuestra. La selección natural sigue contribuyendo, aun en décadas recientes, a aumentar la calidad de vida y alargarla, como veremos en el capítulo 4. El capítulo 5 explora las posibilidades dramáticas de la medicina moderna, particularmente la manipulación de los genes, la tecnología llamada ingeniería genética. Ha habido, sin embargo, eminentes científicos e investigadores que han atribuido a la manipulación genética, la llamada eugenesia, posibilidades que van mucho más allá de la realidad. El capítulo 6 examina en particular las propuestas eugenésicas del eminente genetista y premio Nobel Hermann J. Muller.

El capítulo 7 introduce los asombrosos descubrimientos y avances de la manipulación genética que han tenido lugar en las dos primeras décadas del siglo XXI. Las nuevas tecnologías están todavía en un periodo experimental y su benevolente aplicación a los humanos queda todavía por demostrar. Lo que no queda por demostrar es si es posible clonar a seres humanos. El capítulo 8 da la respuesta definitiva y sin ambigüedad. El genotipo de una persona, es decir, su constitución genética, se puede clonar; la persona, no. Esta conclusión parece sorprendente a primera vista, pero es completamente convincente una vez que se considera la evidencia relevante.

Tres grandes revoluciones industriales han determinado lo que es el mundo actual: el vapor, la electricidad y el ordenador. La cuarta revolución está ya de paso: la ingeniería genética. De esto es de lo que trata este libro.

CAPÍTULO 1

ORIGEN Y DIÁSPORA DE HOMO SAPIENS

Introducción

La edad de la Tierra se calcula en unos 4.540 millones de años y el origen de la vida se piensa que ocurrió hace unos 4.000 millones de años. Se han encontrado residuos de organismos microscópicos similares a las bacterias actuales que vivieron hace 3.500 millones de años. Durante los siguientes 2.700 millones de años solo existían sobre la Tierra organismos microscópicos unicelulares, es decir, consistentes en una sola célula. Los primeros organismos multicelulares aparecieron hace 800 millones de años y los primeros animales hace 700 millones de años. Los vertebrados aparecieron hace cerca de 500 millones de años, los mamíferos hace 150 a 200 millones de años y los primates hace unos 55 millones de años. Los humanos pertenecemos a la familia taxonómica de los homínidos, que engloba también a los simios superiores, chimpancés, gorilas y orangutanes, pero estos no están incluidos en la tribu de los homininos a la que nosotros pertenecemos bajo el nombre de Homo sapiens.

Antepasados de Homo sapiens

Nuestros parientes próximos más cercanos son los grandes simios, sobre todo los chimpancés, que están más estrechamente emparentados con nosotros que con los gorilas, y mucho más que con los orangutanes (figura 1.1). Los ancestros de Homo sapiens, después de que nuestro linaje se separara del linaje que culmina en el chimpancé, se denominan, al igual que nuestra especie, homininos (tribu «hominini»). En 1882, cuando Charles Darwin —autor de la teoría de la evolución— murió, no se conocían fósiles que, se supiera, fueran homininos antepasados de nuestra especie, aunque Darwin estaba convencido de que se acabarían encontrando. De hecho, en 1856, mientras unos obreros trabajaban en una cantera en el Valle de Neander (Alemania, cerca de Düsseldorf), descubrieron parte de un cráneo y algunos huesos que, se pensó, pertenecían a un oso, pero que años más tarde se atribuyeron a un tipo de humano extinguido que en principio recibió el nombre de Homo neanderthalensis; si bien no es un antepasado de nuestra especie, está estrechamente relacionado con ella.

El primer fósil conocido como hominino fue descubierto en 1889 por el médico holandés Eugène Dubois en la isla de Java. Se trataba de un fémur, el hueso del muslo, y un pequeño cráneo. Dubois, que era un experto en anatomía humana, supo que esos fósiles pertenecieron a un individuo bípedo, ya que el fémur era muy similar al de un humano moderno. Sin embargo, la capacidad del cráneo era de unos 850 cc (centímetros cúbicos), que podría contener un cerebro que pesaría unos 850 gramos. El cráneo de un humano moderno tiene entre unos 1.200 y 1.400 cc (es decir, con un cerebro de unos 1.200 a 1.400 gramos). El fósil descubierto por Dubois pertenecía a un individuo que vivió hace unos 1,8 millones de años. Dubois lo llamó Pithecanthropus erectus, ahora denominado Homo erectus. «Pithecanthropus» significa «hombre-mono», y deriva de dos raíces: pithecus o mono, y anthropus, hombre.

FIGURA 1.1 Filogenia de los primates

El fósil de Java fue el primer hominino reconocido como tal, pero en los siglos XX y XXI se han descubierto y se siguen descubriendo muchos restos fósiles pertenecientes a cientos de homininos en África, Asia, Oceanía y Europa, muy diferentes unos de otros, que se clasifican en distintas especies. El registro de fósiles homininos muestra que hubo numerosos cambios morfológicos, además de gran cantidad de especies, en el linaje que conduce a los humanos modernos a lo largo del tiempo (figura 1.2).

Los fósiles homininos más antiguos que se conocen tienen 6 o 7 millones de años, proceden de África y son conocidos con los nombres de Sahelanthropus tchadensis, procedente del Chad, y Orrorin tugenensis, de Kenia. Su anatomía indica que eran bípedos cuando andaban por el suelo, pero tenían cerebros muy pequeños comparados con el cerebro de nuestra especie, Homo sapiens. Ardipithecus kadabba (Haile-Selasie et al., 2004) y Ardipithecus ramidus (White, Asfaw et al., 2009) son especies fósiles que vivieron entre hace unos 5,5 y 4,5 millones de años, también en África. Están representados por varias decenas de fósiles, que incluyen un esqueleto casi completo de A. ramidus, nombrado por Aramis, la localidad de Etiopía donde fue encontrado. Los fósiles de Ardipithecus indican un comportamiento mixto: trepaban a los árboles pero andaban bípedamente cuando se hallaban sobre el suelo.

Lucy es el famoso nombre dado a los restos fósiles de un antepasado hominino clasificado como Australopithecus afarensis, una especie de homininos bípedos, de cerebro pequeño y en torno a un metro o algo más de altura (White y Shuwa, 1987). La fama de Lucy se debe a que alrededor de un 40% de todo el esqueleto de esta muchacha adolescente se halló en un solo lugar, cuando se descubrió hace medio siglo. En general, los expertos están de acuerdo en que A. afarensis, que vivió entre hace 3 y 3,6 millones de años, está en la línea de descendencia que lleva hasta los humanos modernos.

Australopithecus africanus, que vivió más recientemente que A. afarensis y es la primera especie de Australopithecus jamás descubierta (Dart, 1925; Dobson, 2005), también era de corta estatura y cerebro pequeño. Sin embargo, A. africanus no es nuestro antepasado, sino que se trata de un pariente colateral, el probable antepasado de Paranthropus robustus y otros homininos colaterales, que vivieron hace unos dos millones de años o más, tras su divergencia de nuestro linaje ancestral, y que coexistieron durante mucho tiempo en África con algunos de nuestros antepasados (A. afarensis, H. habilis y H. erectus). Algunos de estos parientes colaterales, Paranthropus, se volvieron algo más altos y más robustos, pero sus cerebros permanecieron pequeños, alrededor de 500-600 cc, menos de 700 gramos en el mejor de los casos.

FIGURA 1.2 Evolución de los homininos, de Sahelanthropus tchadensis (hace unos 7 millones de años) hasta los humanos modernos (Homo sapiens). Nótese que Australopithecus robustus y Australopithecus boisei son identificados por algunos autores como Paranthropus robustus y Paranthropus boisei

El descubrimiento de fósiles homininos ha aumentado a un ritmo acelerado durante las últimas décadas. En 1994, se descubrió Australopithecus anamensis, de Kenia, fechado hace ~3,9 a ~4,2 millones de años. Se cree comúnmente que A. anamensis es la especie ancestral de A. afarensis, cuyo espécimen definitivo más temprano es ~3,6 millones de años de antigüedad (White et al., 2006).

El análisis y la publicación, el 13 de abril de 2006, de 30 especímenes homininos adicionales, que representaban un mínimo de ocho individuos, de Australopithecus anamensis procedentes de la región de Etiopía de Afar, fechados hace ~4,12 millones de años, confirma esta interpretación. Los nuevos fósiles sugieren, además, que Ardipithecus fue el antepasado más probable de A. anamensis y de todos los australopitecinos posteriores. Los fósiles sugieren una evolución relativamente rápida desde Ardipithecus a Australopithecus en esta región de Etiopía.

FIGURA 1.3 Reconstrucción del esqueleto de Lucy (Australopithecus afarensis) comparado con el de un humano moderno

Las especies de Australopithecus tenían una postura erecta, es decir, eran bípedos como los humanos actuales, pero con una capacidad craneana de aproximadamente medio kilo, comparable a la de un gorila o un chimpancé, y un tercio de la capacidad del hombre moderno. El cráneo de los Australopithecus muestra una mezcla de características de simios y humanos: una frente baja y una cara larga como los simios, pero dientes proporcionados como los humanos. Otros homininos, en parte contemporáneos de Australopithecus, son Kenyanthropus y Paranthropus (véase figura 1.2). Ambos tenían cerebros relativamente pequeños, de unos 500 cc. Kenyanthropus y Paranthropus representan ramas laterales de la estirpe de los homininos, que se extinguieron sin dejar descendientes. La figura 1.3 compara el esqueleto de un humano moderno con el esqueleto reconstruido de Lucy, un ejemplar de Australopithecus afarensis.

Los homininos clasificados como Homo habilis son mucho más similares a los humanos modernos. Es la primera especie clasificada en el mismo género que nosotros: Homo, «hombre» en latín. Los Homo habilis fueron los primeros en fabricar herramientas de piedra, aunque muy simples, y por eso recibieron el nombre de habilis («hábil» en latín). Tenían una capacidad craneal de unos 600 cc, mayor que la de los primeros homininos pero como la mitad del tamaño de un cerebro humano moderno. Homo habilis vivió en el África tropical hace 1,5 a 2,5 millones de años (Leakey et al., 1964; Tobias, 1992).

A Homo habilis le sucedió Homo erectus, que evolucionó en África hace unos 1,8 millones de años. Tenía una capacidad craneal de 800 a 1.100 cc (correspondiendo a un cerebro de menos de un kilo a poco más de un kilo) y fabricaba herramientas más avanzadas que las de Homo habilis. Homo erectus sobrevivió con relativamente pocos cambios morfológicos durante mucho tiempo, desde hace 1,8 millones de años hasta aproximadamente 400.000 años. Los paleontólogos distinguen varias especies relacionadas, que con frecuencia se incluyen en el llamado Homo erectus «en sentido amplio». Los homininos Homo erectus fueron los primeros nómadas intercontinentales. Poco después de su aparición en África se extendieron por Europa y Asia llegando hasta el norte de China e Indonesia (como se mencionó antes, el médico holandés Eugène Dubois encontró en Java hacia 1889 el primer fósil hominino descubierto como tal, perteneciente a Homo erectus) hace de 1,6 a 1,8 millones de años, y sobrevivieron tanto en África como en Eurasia hasta hace unos 400.000 años y tal vez algo más (Clarke, 2000; Ascenzi et al., 2000).

Después de Homo erectus surgieron otras especies de Homo, particularmente Homo neanderthalensis y Homo sapiens, nuestra especie. Muchos fósiles de Homo neanderthalensis («hombre de Neandertal») han sido descubiertos en Europa, donde aparecieron por primera vez hace más de 200.000 años, y se extinguieron hace cerca de 30.000. Los fósiles más recientes de Homo neanderthalensis se han encontrado en España, donde parece que tuvieron su último hogar. Los neandertales tenían el cerebro grande, muy semejante al tamaño del nuestro, y sus cuerpos también se parecían a los nuestros, aunque eran más fornidos. Una especie extraña es la llamada Homo floresiensis, unos minúsculos homininos cuyos restos fósiles fueron descubiertos en 2004 en la isla de Flores, en Indonesia, donde vivieron al menos entre hace 12.000 y 18.000 años, y tal vez cientos de miles de años antes, según descubrimientos muy recientes. Homo floresiensis era una especie distinta, al parecer descendiente del Homo erectus asiático (Brown et al., 2004; Morwood et al., 2005).

Es probable que la evolución de Homo erectus a Homo sapiens empezara en África hace unos 400.000 años. Los Homo sapiens, en su anatomía ya completamente modernos, evolucionaron en África hace unos 200.000 o 150.000 años y colonizaron el resto del mundo durante los últimos 100.000 años, sustituyendo de forma gradual a los demás homininos donde todavía existían. Estudios recientes del DNA de los humanos actuales muestran que una fracción pequeña, entre el 2 y el 4% del genoma humano, proviene de especies de homininos europeos anteriores a Homo sapiens, incluidos los neandertales y los denisovanos, individuos estos últimos pertenecientes a una especie recientemente descubierta en la cueva de Denisova, en las montañas de Altái, al sur de Rusia (Cela Conde y Ayala, 2013; Ayala y Cela Conde, 2017).

Diáspora de Homo sapiens

Homo sapiens colonizó los continentes del mundo a partir de África hace relativamente poco tiempo, comenzando hace unos 100.000 años. El sudeste asiático y la región que ahora es China fueron colonizados hace más de 60.000 años y Australia poco después. Europa hace solo 35.000 años y América hace unos 15.000, por colonizadores procedentes de Siberia. Por tanto, la diferenciación étnica entre las poblaciones humanas es bastante reciente y el resultado de una evolución divergente entre poblaciones separadas geográficamente hace menos de 100.000 años (figura 1.4) (Antón, Leonard y Robertson, 2002; Cela Conde y Ayala, 2013; Ayala y Cela Conde, 2017).

FIGURA 1.4 Historia y rutas de dispersión de los humanos modernos durante los últimos 100.000 años (Ayala, 2015a)

Cien mil años corresponden a unas 5.000-6.000 generaciones de homininos, un tiempo no muy largo en la escala evolutiva. Así, si la dispersión de los humanos modernos desde África al resto del mundo empezó hace 100.000 años, cabría esperar que la diferenciación genética entre las poblaciones humanas no fuera muy grande, incluso si excluimos la mezcla entre poblaciones de distintas localidades, que en tiempos recientes se está produciendo a una tasa creciente.

La figura 1.5 muestra que de la variación genética total de toda la humanidad actual, el 85% está presente entre los individuos de una misma población, digamos que del mismo pueblo o ciudad (esto sin tener en cuenta el entrecruzamiento con migrantes procedentes de otras poblaciones, que aumenta el porcentaje por encima del 85% en numerosos lugares). Aproximadamente el 6% de la variación adicional se encuentra cuando se consideran personas de diferentes localidades de un mismo continente; y un 9% adicional se encuentra cuando se comparan individuos de distintos continentes. Esta diferenciación tan limitada entre personas de diferentes continentes puede parecer sorprendente al principio, pero es menos inesperado si se considera el hecho ya indicado de que la divergencia de las poblaciones humanas es de origen reciente en la escala geológica (Barbujani et al., 1997; Jorde et al., 1997; Kaessman et al., 1999).

Tales resultados parecen contradecir la experiencia común, porque somos muy conscientes del aspecto tan dispar de los humanos procedentes de diversas regiones del mundo (las llamadas «razas» humanas o grupos étnicos). Los africanos tropicales tienen un aspecto muy diferente al de los escandinavos, y ambos se parecen muy poco a los japoneses. La explicación de este aparente enigma —diferente apariencia física a pesar de la escasa diferenciación genética— tiene dos componentes. Primero, nuestros antepasados africanos ya eran genéticamente variados en la época en que empezaron a colonizar el resto del mundo. Esto no es algo inesperado, pues sucede en la mayoría de las especies animales: varían mucho desde el punto de vista genético. De hecho, los chimpancés son más variados genéticamente que los humanos, aunque la población mundial total de chimpancés es mucho menor de los más de 7.000 millones de humanos. Las poblaciones ancestrales de Homo sapiens conservaron la mayor parte de su variación genética original, proveniente de África, cuando colonizaron las diversas regiones del mundo, además de seguir añadiendo más variación genética al adaptarse a regiones diferentes del mundo. Segundo, los rasgos estereotípicos, como el color de la piel, la textura del cabello y los rasgos faciales, que distinguen a los grupos étnicos, implican relativamente pocos genes. Algunos de estos han evolucionado como adaptaciones en respuesta a climas diversos, tan diferentes de una región a otra.

FIGURA 1.5 Diagrama de la variación genética en poblaciones humanas. La mayor parte (85%) de la variación genética humana se puede encontrar en una sola aldea. Poblaciones de otras aldeas del mismo continente aportan un 6% adicional, y las de continentes diferentes un 9% adicional de la variación genética total de la humanidad

Por ejemplo, una de las diferencias más vistosas entre los grupos étnicos es la pigmentación de la piel. Los melanomas son cánceres graves causados por la exposición persistente a la radiación ultravioleta del sol. Así, las personas que desde hace muchas generaciones viven en latitudes bajas, en los trópicos, cerca del ecuador, poseen genes que producen más cantidad de eumelaninas (melanina parda y negra), que filtran la mayor parte de la radiación ultravioleta (UV) y protegen la piel de las lesiones causadas por ella. Por otro lado, cierta cantidad de radiación UV es necesaria para la síntesis de la vitamina D, que tiene lugar en las capas más profundas de la piel. Por esta razón, la cantidad de eumelanina que es adaptativa en los trópicos no es óptima en latitudes altas, donde la radiación UV es mucho menor. En las latitudes altas, la selección natural ha favorecido los genes que producen una piel pálida, de modo que la radiación UV alcance las capas de la dermis donde se sintetiza la vitamina D. Ejemplos como este han ayudado a derribar el mito de la gran diferenciación genética entre las «razas».

Transformación de simio a humano

Un enigma a resolver es el misterio de cómo un particular linaje de simios se convirtió en un linaje de homininos, del cual surgieron, al cabo de solo unos pocos millones de años, seres humanos capaces de pensar y amar, que han desarrollado sociedades complejas y mantienen valores éticos, estéticos y religiosos. El genoma humano difiere poco del genoma del chimpancé, como veremos en los capítulos siguientes.

Dos características manifiestas de la anatomía humana son la postura erecta y un cerebro grande. En los mamíferos, el tamaño cerebral suele ser proporcional al tamaño del cuerpo. En relación con la masa corporal, los humanos poseen el mayor (y más complejo) cerebro de todos los mamíferos. El cerebro del chimpancé pesa menos de 450 gramos; el de un gorila, ligeramente más. Nuestros antepasados homininos tenían, desde hace al menos cinco millones de años, un andar bípedo, pero su cerebro era pequeño hasta hace casi dos millones de años. El tamaño del cerebro comenzó a aumentar de forma notable con nuestros antepasados Homo habilis, quienes poseían un cerebro de algo más de 600 gramos, se convirtieron en fabricantes de herramientas (de aquí el nombre de habilis, como se dijo antes) y vivieron durante unos pocos cientos de miles de años, empezando hace unos 2,5 millones de años. Sus descendientes, Homo erectus, tenían cerebros adultos que llegaban hasta cerca de un kilo de peso o algo más. Los individuos de nuestra especie, Homo sapiens, tienen un cerebro de entre 1.000 y algo más de 1.350 gramos, tres veces el tamaño del de los primeros homininos.

Nuestro cerebro no solo es mucho más grande que el de los chimpancés o los gorilas, sino también mucho más complejo. El córtex cerebral, donde se procesan las funciones cognitivas, es en los humanos desproporcionadamente mucho mayor que el resto del cerebro cuando se compara con el de los simios (Cela Conde y Ayala, 2013; Ayala y Cela Conde, 2017).

El cerebro es el órgano humano más complejo y distintivo. Se compone de 30.000 millones de células nerviosas, o neuronas, cada una conectada a muchas otras a través de dos clases de extensiones celulares, conocidas como el axón y las dendritas. Desde el punto de vista evolutivo, el cerebro animal es una poderosa adaptación biológica; permite que un organismo obtenga y procese información sobre las condiciones medioambientales y luego se adapte a ellas. Esta capacidad ha sido llevada al límite en los humanos, en los que la extravagante hipertrofia del cerebro hace posible el pensamiento abstracto, el lenguaje y la tecnología. Por estos medios, la humanidad ha entrado en un nuevo modo de adaptación al ambiente mucho más potente que el biológico: la adaptación por medio de la cultura (Ayala, 2015a).

Los vertebrados —animales con columna vertebral— son capaces de obtener y procesar señales mucho más complicadas y responder al entorno de forma más variable que los insectos o cualquier otro invertebrado. El cerebro de los vertebrados contiene un enorme número de neuronas asociativas dispuestas en diseños complejos. En los vertebrados la capacidad de reaccionar a la información medioambiental está relacionada con un aumento en el tamaño relativo de los hemisferios cerebrales y del neopalio, un órgano que se ocupa de asociar y coordinar las señales procedentes de todos los receptores y centros del cerebro. En los mamíferos, el neopalio se ha expandido y se ha convertido en el córtex cerebral. Los humanos tenemos un cerebro muy grande en relación con el tamaño del cuerpo, y un córtex cerebral que es desproporcionadamente grande y complejo, incluso para el tamaño de su cerebro. El pensamiento abstracto, el lenguaje simbólico, la organización social, los valores, la ética y la religión son manifestaciones de la maravillosa capacidad del cerebro humano para obtener información sobre el mundo externo e integrar dicha información y reaccionar de manera flexible a lo que percibe (Ayala, 1987).

Con el avanzado desarrollo del cerebro humano, la evolución biológica se ha superado a sí misma, inaugurando un nuevo modo de evolución: la adaptación a través de la manipulación tecnológica del medio ambiente. Los organismos se adaptan al entorno por medio de la selección natural, cambiando su constitución genética a lo largo de generaciones para ajustarse a las exigencias del entorno. Los humanos (y solo los humanos, al menos en un grado importante) han desarrollado la capacidad de adaptarse a entornos hostiles modificando dichos entornos de acuerdo a las necesidades de sus genes. El descubrimiento del fuego y la fabricación de ropa y refugio permitieron a los humanos esparcirse desde las cálidas zonas tropicales y subtropicales del Mundo Antiguo, a las cuales estamos biológicamente adaptados, a casi toda la Tierra. Con ello, no fue necesario que los humanos errantes esperasen hasta que los genes evolucionasen para proporcionarles protección anatómica frente a las bajas temperaturas de regiones como Escandinavia o Siberia por medio de pelaje o pelo. Tampoco los humanos están aguardando a tiempos futuros en espera de desarrollar alas o branquias; hemos conquistado el aire y los mares con aparatos diseñados para volar y navegar, aviones y barcos. Es el cerebro humano (la mente humana) lo que ha hecho que la humanidad sea la especie con más éxito, según los parámetros más significativos, de las especies vivientes.

No hay suficientes bits de información en la secuencia completa del DNA de un genoma humano para especificar los billones de conexiones existentes entre los 30.000 millones de neuronas del cerebro humano. En consecuencia, las instrucciones genéticas deben organizarse en circuitos de control que operan a distintos niveles jerárquicos, de modo que una instrucción a un nivel es transportada a través de muchos canales a niveles inferiores en la jerarquía de los circuitos de control.

En las últimas dos décadas, la neurobiología se ha convertido en una de las disciplinas científicas que están avanzando más rápidamente. Una inversión mayor de recursos económicos y humanos ha provocado un índice de descubrimientos sin precedentes. Se ha aprendido mucho sobre cómo la luz, el sonido, la temperatura, la resistencia y las impresiones químicas que reciben nuestros órganos sensitivos ponen en funcionamiento la emulsión de transmisores químicos y las diferencias de potencial eléctrico que transmiten las señales a través de los nervios al cerebro y a otras partes del cuerpo. Asimismo, se ha aprendido mucho sobre cómo los canales neuronales encargados de la transmisión de información se refuerzan por el uso o pueden ser sustituidos tras sufrir algún daño; sobre qué neuronas o grupos de neuronas se encargan de procesar la información procedente de un órgano particular o de un lugar medioambiental; y sobre otros muchos asuntos. Pero, a pesar de todo este progreso, la neurobiología sigue siendo una disciplina naciente. Las cosas que más cuentan siguen envueltas en el misterio: de qué modo los fenómenos físicos se convierten en experiencias mentales (los sentimientos y las sensaciones, llamadas qualia por los filósofos, que aportan los elementos de la conciencia) y cómo a partir de la diversidad de estas experiencias aparece la mente, una realidad con propiedades unitarias, como el libre albedrío y la conciencia del yo que persisten a lo largo de la vida de un individuo (Ayala, 1987, 2015a).

CAPÍTULO 2

MÁS ALLÁ DE LA BIOLOGÍA: EVOLUCIÓN CULTURAL

Introducción

Biológicamente, los humanos somos animales, pero somos muy distintos de todos ellos: una clase única de animales. Más en particular, sabemos que nuestros parientes más cercanos son los simios, los grandes primates antropoides. Así pues, la investigación de la naturaleza humana puede iniciarse estudiando las semejanzas y diferencias biológicas entre los humanos y los antropoides, los chimpancés en particular. De tal punto de partida se llega pronto a descubrir caracteres distintivos que, aunque fundamentados en la naturaleza biológica de la especie humana, van más allá de la biología y llevan a un mundo, nuevo en nuestro planeta, dominado por el lenguaje, la tecnología, el arte, la moral y la religión. Nada semejante a la cultura humana —excepto tal vez alguno de sus aspectos extremadamente rudimentarios— había existido antes del advenimiento de los seres humanos.

Es posible identificar en los simios, particularmente en los chimpancés, comportamientos que pueden considerarse culturales, porque son descubiertos por ellos y a veces transmitidos a sus descendientes, sin estar determinados por su constitución biológica. En concreto, los chimpancés utilizan «herramientas», tales como piedras para golpear nueces colocadas sobre el terreno o sobre otras piedras (figura 2.1). Numerosas pautas de comportamiento han sido observadas en chimpancés de colonias diversas (Boesch y Tomasello, 1998; Vogel, 1999; Whiten et al., 1999; Feldman et al., 2017). Los gorilas también hacen uso —aunque en raras ocasiones— de útiles como palos de madera, para recoger hormigas o termitas (Lonsdorf et al., 2009). Pero se trata siempre, tanto en los chimpancés como en los gorilas, de comportamientos simples, descubiertos de forma accidental y que no son sistemáticamente transmitidos a los descendientes y, por lo tanto, no se acumulan a través de las generaciones.

La cultura humana es una forma nueva de existencia y de adaptación al ambiente que ha remodelado la apariencia y realidad de nuestro planeta. La evolución biológica ha producido a los seres humanos, Homo sapiens, y, al hacerlo, se ha superado a sí misma por la cultura, la tecnología y la vida del espíritu.

La cuestión de qué es el ser humano ha sido investigada una y otra vez, sin disminución de interés, por filósofos, teólogos y otros sabios, a lo largo de la historia humana. Pero el resultado de todos estos esfuerzos fue, antes de 1859, fundamentalmente deficiente, puesto que una característica esencial de la naturaleza humana —su origen evolutivo a partir de antepasados no humanos, con todo lo que ello implica— no había sido aún descubierta. Simpson (1969) ha escrito que todos los intentos de discernir la naturaleza humana anteriores a 1859 «carecen de valor y sería mejor ignorarlos totalmente». Esto es una exageración, pero no cabe duda de que una comprensión apropiada de la naturaleza humana requiere el conocimiento de que el hombre desciende de antropoides y, a través de ellos, de organismos simples a través de miles de millones de años de cambio, gradual pero acumulativamente enorme. Es cierto que el descubrimiento del origen evolutivo de la humanidad no resulta suficiente para darnos a entender qué es el hombre, pero proporciona un punto de partida necesario para ello.

FIGURA 2.1 Chimpancé cascando frutos usando piedras como martillo y yunque. © Anup Shah/Age Fotostock

Los humanos somos anatómicamente diferentes de los simios, con postura bípeda y grandes cerebros. Pero, como ya hemos indicado, somos diferentes también, y de manera más notable, con respecto a nuestros comportamientos y a los productos de tales comportamientos. Con la aparición de la humanidad, la evolución biológica se ha trascendido a sí misma.

Los productos de la evolución cultural incluyen las instituciones sociales, políticas y legales; las tradiciones religiosas y éticas; el lenguaje, la literatura y el arte; la industria y las tecnologías; las carreteras y las ciudades; los automóviles, barcos y aviones; y los medios de comunicación electrónicos.

Semejanzas anatómicas entre humanos y chimpancés

La evolución biológica es un proceso de cambio gradual. Como consecuencia, las especies actuales difieren unas de otras y también de sus especies ancestrales; y las diferencias son mayores cuanto más remotas sean las relaciones de parentesco entre ellas. Como vimos en el capítulo anterior, entre las especies vivientes, nuestros parientes más cercanos son los grandes monos antropoides; como ellos, somos animales y somos primates, aun cuando el hombre sea un primate muy especial, radicalmente diferente de todos los demás.

En su clasificación de los seres vivos, Linnaeus (1759) situó al hombre, junto con los antropoides, en el orden de los Primates, reconociendo así sus semejanzas morfológicas. En su libro El lugar del hombre en la naturaleza (Evidence as to Man’s Place in Nature, 1863), T. H. Huxley concluyó, después de examinar toda la evidencia disponible, que «el hombre difiere del chimpancé y el orangután menos de lo que estos difieren de los restantes monos, y que la diferencia entre los cerebros del hombre y el chimpancé es casi insignificante cuando se compara con la que existe entre el cerebro del chimpancé y el de un lémur». Aun así, como se indicó en el capítulo anterior, el cerebro humano es mucho mayor y más complejo que el de los chimpancés o cualesquiera otros antropoides.

El cuerpo humano está construido con arreglo al mismo plan general que los cuerpos de otros animales, siendo más semejante al de los simios, los primates, los mamíferos y los vertebrados, por este orden descendente. La semejanza y correspondencia, hueso a hueso, entre los esqueletos de un simio y un ser humano son impresionantes. Algunos de los huesos son tan semejantes entre sí que resulta difícil identificar la especie de procedencia; por ejemplo, los huesos largos del brazo humano son muy difíciles de distinguir de los del chimpancé (Le Gros Clark, 1959). Lo mismo ocurre con respecto a varios órganos; en general, los humanos, los simios y los monos están caracterizados por tener ciertos rasgos en común que les distinguen de otros animales, como visión estereoscópica y policromática, inmovilidad de las orejas, reducción del olfato, pérdida de pelos táctiles, existencia de un ciclo menstrual y ausencia de un periodo estacional de cría, producción de una sola cría por parto como regla común, gran cuidado maternal y dominancia de los machos adultos sobre las hembras e individuos jóvenes.

Las semejanzas anatómicas entre el hombre y los animales están, no obstante, acompañadas de diferencias importantes. La postura normal de andar en el hombre es erecta. Los canguros, los osos y algunos roedores adoptan a veces esta posición, pero solo de manera transitoria; el hombre es el único animal que puede caminar y estar de pie cómodamente con el tronco erguido. Las aves son animales bípedos y también lo eran algunos dinosaurios, pero gran parte de la columna vertebral de estos organismos permanece horizontal.

El paso de la locomoción cuadrúpeda de nuestros antepasados remotos a la posición bípeda del hombre fue acompañado de numerosos cambios estructurales. La columna vertebral ha desarrollado configuración de S (una S poco curvada, casi vertical). Los huesos de la pelvis y la musculatura que la entronca con las piernas y con la espina dorsal han cambiado considerablemente de configuración y fortaleza, abombándose la pelvis con el fin de poder soportar el peso de las vísceras abdominales. La conversión de los miembros posteriores en órganos locomotores ha dado lugar a cambios en la estructura del pie: formación de la planta, reducción del tamaño de los dedos, el pulgar deja de estar opuesto a los otros dedos como lo está parcialmente en la mayoría de los monos y simios, los huesos tarsales y del talón se refuerzan y articulan con precisión.

Liberados de su uso como órganos locomotores, los miembros anteriores se acortan y sus músculos se hacen más débiles que los de las piernas; los brazos de los simios son más largos que sus piernas, mientras que en el hombre es al revés. Más importante aún es el hecho de que la posición erecta deja las manos libres para la manipulación de objetos y las capacitan para ejecutar gestos voluntarios complejos y trabajos precisos. La habilidad de fabricar y usar utensilios para toda clase de fines conduce a la invención y perfeccionamiento de las tecnologías y así las manos reemplazan a la mandíbula como órgano de trabajo y de defensa, lo cual lleva al cambio de la dentadura, que consiste en los humanos de dientes pequeños y bastante uniformes. La mandíbula se reduce considerablemente al convertirse, en exclusiva, en órgano masticador, lo que supone un cambio sustancial en la configuración de la cara.

Desde los australopitecinos, nuestros antepasados de hace tres o cuatro millones de años, hasta el hombre moderno, el tamaño del cerebro se triplica, dando al hombre el cerebro proporcionalmente mayor de todos los animales con respecto al cuerpo, con mucha diferencia sobre los demás. Algunos elefantes y ballenas tienen cerebros más grandes que el hombre, pero son relativamente pequeños comparados con el tamaño del cuerpo; un gorila macho adulto pesa dos veces y media más que un hombre, pero tiene un cerebro (500 cc) menor de la mitad del humano (entre 1.200 y 1.400 cc). Las diferencias son aún mayores con respecto a la superficie del cerebro, que es, funcionalmente, más importante que el volumen. Las convoluciones del cerebro humano alcanzan una superficie de 22.260 cc, mientras que en el gorila solo llegan a 5.500 cc (Ruffié, 1976, p. 267). El crecimiento del volumen del encéfalo en la evolución humana no ha sido uniforme, sino que ha afectado sobre todo al neocórtex de los lóbulos frontales, temporales y parietales, que son las zonas en las que residen los centros de asociación compleja. La superioridad del hombre con respecto a los demás animales se debe, sobre todo, al aumento considerable de sus capacidades intelectuales, provocadas fundamentalmente por el aumento del tamaño y complejidad del cerebro.

Simpson (1969) ha enumerado doce características anatómicas únicas de la especie humana; pero las tres primordiales son, sin duda, las mencionadas en los párrafos anteriores: posición erecta, habilidad manual y desarrollo del cerebro. Estas tres características son, además, interdependientes. Libres de su uso en la locomoción, las extremidades anteriores del hombre se especializaron en órganos para la manipulación precisa de objetos; pero el uso y fabricación de utensilios depende de mucho más que la simple destreza manual. El diseño y la construcción de utensilios dependen de la capacidad de verlos precisamente como tales, es decir, como instrumentos que sirven a una función determinada. Los seres humanos son capaces de descubrir la conexión existente entre los medios y los fines; entre los instrumentos y las funciones a que sirven; entre necesidades anticipadas y los objetos que podrían satisfacer tales necesidades. La capacidad de anticipar el futuro y descubrir la conexión entre medios y fines depende de la existencia de un cerebro grande y complejo; tal cerebro puede, pues, considerarse como la característica anatómica distintiva más fundamental de los humanos.

Los evolucionistas se plantean la cuestión de cuál fue el cambio evolutivo inicial, el bipedismo o el aumento de tamaño del cerebro, o si los dos cambios ocurrieron más o menos simultáneamente. Un punto de vista es que el desarrollo del cerebro proporcionó las condiciones que facilitaron el bipedismo: una vez que existió la capacidad para planear el futuro, tendrían ventaja selectiva los cambios que libraran las extremidades anteriores de la locomoción, convirtiéndolas en órganos de manipulación. La evidencia existente favorece, sin embargo, la explicación recíproca: el bipedismo apareció cuando nuestros antepasados cambiaron su hábitat selvático por un entorno más abierto; las extremidades anteriores quedaron así libres para la manipulación de objetos, lo cual favoreció el desarrollo del cerebro, a fin de hacer mejor uso de tal capacidad (Washburn y McCown, 1978; Cela Conde y Ayala, 2013).

No obstante ambas explicaciones deben considerarse como complementarias en vez de excluyentes (Ayala y Cela Conde, 2017). Es probable que, al menos durante algún tiempo, se diera una interacción cibernética positiva entre el desarrollo del bipedismo y el del cerebro. El bipedismo incipiente favoreció el desarrollo del cerebro, lo cual a su vez facilitó la evolución ulterior de las extremidades anteriores para manejar objetos, y esto produjo un mayor aumento del cerebro, y así sucesivamente. La evolución de un cerebro complejo hizo posible, además, otra capacidad esencial para el desarrollo de tecnologías avanzadas, es decir, la comunicación simbólica o lenguaje propiamente dicho.

Semejanzas bioquímicas y genéticas

Las semejanzas bioquímicas entre los humanos y los demás organismos son considerables. Todos los seres vivientes son extremadamente semejantes en composición química: aproximadamente, su peso consiste en un 70% de oxígeno, 18% de carbono, 10% de hidrógeno y cantidades más pequeñas de calcio, potasio, nitrógeno y otros elementos. Cambios anatómicos y fisiológicos que han tenido lugar en la evolución del linaje humano incluyen, como ya hemos notado, la reducción del tamaño de la mandíbula, dientes y muelas, y la reconfiguración consiguiente de la cara; la disminución del vello corporal, con cambios en la piel y en las glándulas superficiales; la infancia prolongada y la madurez sexual tardía que extienden el tiempo en que los niños son dependientes de sus padres, facilitando su educación; la modificación de la laringe, las cuerdas vocales y los músculos asociados que se implican en el lenguaje articulado; la ovulación oculta, sin rasgos exteriores notorios, y la receptividad sexual continua de la hembra.

Algunos cambios anatómicos y fisiológicos provocaron alteraciones en la conducta. Particularmente interesante es el caso de la ovulación oculta de la mujer, que condujo a la evolución de la familia nuclear. Esta requiere la presencia y participación del padre, y no solo de la madre, en la cría y educación de los hijos. En los primates no humanos la hembra «anuncia» su ovulación con una expansión de los órganos sexuales externos, que adquieren una coloración llamativa. Una vez que la hembra se ha apareado, el macho no tiene incentivo biológico para permanecer asociado a ella, pues la fertilización ya se ha producido. La selección natural favorece, por tanto, la presencia de machos que buscan otras hembras con las que aparearse, tener más hijos y aumentar así la transmisión de sus genes. Pero cuando la ovulación se hizo más sutil en los homininos, desapareciendo la expansión y coloración brillante de los órganos sexuales externos, el macho no disponía de la información necesaria acerca de si la hembra era fértil o no en el momento de aparearse. La selección natural favoreció así a genes que promovían el comportamiento de machos que permanecían asociados con la hembra no solo para poder aparearse de nuevo con ella, sino para evitar, además, que fuera montada por otros machos. Solo de esta manera se aseguraban de que los hijos de la hembra fuesen hijos suyos, portadores de sus genes. La otra cara de esta moneda es la posibilidad de que la mujer se aparee aun cuando no esté ovulando, al contrario de lo que ocurre en las hembras de otros primates, cuyos órganos sexuales externos se contraen haciendo imposible la penetración del macho.

De las bacterias a los hombres, todos los organismos poseen DNA como material hereditario y se sirven de los mismos mecanismos de transcripción y traducción para transformar la información contenida en el DNA en los procesos vitales. La universalidad del código genético —es decir, de la clave que gobierna la transformación de la información genética en la secuencia de aminoácidos en las proteínas— es evidencia incontrovertible de la unidad evolutiva de la vida. Muchos enzimas y sistemas de enzimas, tales como los implicados en el ciclo de Krebs de la respiración celular, son semejantes en las bacterias, los organismos unicelulares, las plantas y los animales (Ayala, 2015a).

Las semejanzas en composición bioquímica se hacen más y más claras a medida que se comparan organismos evolutivamente más cercanos. Consideremos, por ejemplo, las cadenas proteínicas alfa y beta que forman la hemoglobina A, que representa el 98% de la hemoglobina de un humano adulto. La cadena alfa se compone de 141 aminoácidos, la beta de 146; todos los aminoácidos de ambas cadenas son idénticos en el hombre y el chimpancé. Esto es aún más destacable si tenemos en cuenta que, dentro de la especie humana, se dan variantes de estas cadenas (como la responsable de la anemia falciforme en la cadena β) que difieren entre sí, al menos, en un aminoácido. El hombre y el gorila se distinguen en sus cadenas alfa y beta en un aminoácido en cada una. Entre el hombre y el macaco hay cinco aminoácidos de diferencia en la cadena alfa y diez en la beta. El hombre y el caballo difieren en 22 aminoácidos de la cadena alfa y en 30 de la beta (Ayala y Kiger, 1984).

Una situación semejante ocurre con respecto a otros enzimas y proteínas que juegan papeles críticos en la fisiología de los organismos. Por ejemplo, los 104 aminoácidos del citocromo c son idénticos en el hombre, el gorila, el chimpancé y el orangután; mientras que todos ellos difieren del macaco en solo uno de los 104 aminoácidos. Cuando se consideran todas sus proteínas, el hombre y el chimpancé difieren, de promedio, en uno de cada cien aminoácidos (King y Wilson, 1975; Bruce y Ayala, 1979; Ayala, 2015a).

La gran similitud bioquímica entre el hombre y los antropoides refleja su gran semejanza genética. Bruce y Ayala (1979) calcularon la distancia genética entre el hombre y los antropoides, basada en 23 genes estudiados por medio de las técnicas de electroforesis en gel en cada una de las especies. La distancia genética media entre el hombre y los tres grandes antropoides es 0,357. Esto quiere decir que, de promedio, el hombre y estos antropoides difieren, aproximadamente, en uno de cada tres genes (35,7 de cada 100), mientras que los otros dos tercios son idénticos. El significado de este resultado se destaca aún más cuando se tiene en cuenta que tal grado de diferencia genética es parecido al que se da entre especies del mismo género en otros grupos de organismos.

Los seres humanos tienen 23 pares de cromosomas, mientras que los simios tienen 24; pero los cromosomas de ambos grupos son muy semejantes entre sí, y no solo uno a uno, sino banda a banda, excepto en lo que respecta a algunas mutaciones cromosómicas, como la fusión de dos de los cromosomas de los simios en uno del hombre (Ruffié, 1976, p. 275; Dutrillaux, 1979; Yunis et al., 1980; Yunis y Prakash, 1982; Cela Conde y Ayala, 2001).

Cultura: herencia y evolución

Las diferencias bioquímicas y genéticas entre Homo sapiens y los antropoides son relativamente pequeñas. Las diferencias anatómicas son mayores pero, aun así, palidecen en comparación con las semejanzas. Lo limitado de las diferencias bioquímicas, genéticas y anatómicas es una realidad, pero ello no nos dice por qué los humanos se perciben a sí mismos como seres únicos entre todos los organismos. El hombre, «aun cuando es un animal, no es uno más; el hombre es único en un sentido peculiar y muy significativo» (Simpson, 1969). Las diferencias fundamentales entre los humanos y los antropoides se dan en el dominio del comportamiento individual y social. Las diferencias anatómicas, en particular el gran desarrollo cerebral, han hecho posible la «cultura», que provee modos de vida completamente nuevos, radicalmente diferentes de los del resto de los seres vivientes (Washburn y McCown, 1978).

El atributo más distintivo de la humanidad es, en efecto, la cultura (Boyd y Richerson, 1985, 2004; Ayala, 1982, 2015a). En el sentido del término aquí usado, la cultura abarca todas las actividades humanas que no son estrictamente biológicas y los resultados de tales actividades. La cultura abarca las estructuras sociales y políticas de los seres humanos, sus modos de vivir y actuar, las tradiciones éticas y religiosas, el lenguaje, la literatura, el arte, los conocimientos científicos, la tecnología y, en general, todas las creaciones de la mente humana. Aunque existen formas de organización social primitiva en ciertos grupos animales, como las abejas y las hormigas, nada semejante a la cultura humana se da fuera de nuestra especie.

Existen en la humanidad dos clases de herencia: la biológica y la cultural, que pueden ser también llamadas herencia orgánica y herencia superorgánica o herencia endosomática y herencia exosomática (Lotka, 1945; Medawar, 1959; Ayala, 1982). La herencia biológica es, en el hombre, semejante a la de los demás organismos dotados de reproducción sexual y está basada en la transmisión, de padres a hijos y por medio de las células sexuales, de la información genética codificada en el DNA. La herencia cultural, por el contrario, en el sentido aquí establecido, es exclusivamente humana y reside en la transmisión de información mediante un proceso de enseñanza y aprendizaje, que es, en principio, independiente de la herencia biológica. (Como hemos dicho, los chimpancés y, en menor grado, los gorilas exhiben en ocasiones comportamientos primitivos que pueden considerarse culturales. Pero su distancia de los comportamientos culturales humanos es tan enorme que para las consideraciones llevadas aquí a cabo pueden ignorarse. En cualquier caso, consideraremos más adelante la evolución cultural en los animales). La cultura no solo se transmite por la instrucción y la enseñanza, sino también por el ejemplo y la imitación, por medio de los libros, los periódicos y la radio, la televisión y el cine, a través de los objetos de arte y por cualesquiera otros medios de comunicación. La herencia cultural se adquiere de los padres, parientes y vecinos, y de la totalidad del entorno humano.

La herencia cultural se diferencia de la herencia biológica por tres características distintivas: por ser horizontal además de vertical, por transmitir los caracteres adquiridos y por ser acumulativa. La herencia biológica se transmite de padres a hijos; la herencia cultural es multidimensional, se adquiere y se transmite a través de todo el ámbito humano. La herencia cultural hace posible para los humanos lo que ningún otro animal puede llevar a cabo; esto es, la transmisión acumulativa de sus experiencias, de generación en generación. En la herencia biológica, nuevas mutaciones reemplazan a las anteriores, mientras que en la herencia cultural las nuevas experiencias, conocimientos y descubrimientos se añaden a los anteriores. Los animales son capaces de aprender por experiencia, pero no de transmitir sus experiencias o «descubrimientos», al menos no de manera significativa, a las generaciones futuras. Los animales tienen memoria individual, pero no «memoria» social; por el contrario, los seres humanos han creado la cultura, precisamente debido a su capacidad de transmitir sus experiencias acumulativamente, de una a otra generación. Ortega y Gasset consideraba que la diferencia más importante entre el hombre y los animales es el hecho de que los seres humanos poseen una «memoria» social, además de la memoria individual, que es un atributo común a todos los animales.

La herencia cultural hace posible la evolución cultural; esto es, la evolución del conocimiento, la ética, las estructuras sociales y todos los demás elementos que constituyen la cultura, haciendo posible un nuevo modo de adaptación exclusivo de los seres humanos: la adaptación por medio de la cultura. Los organismos, en general, se adaptan al ambiente por medio de la selección natural, cambiando su constitución genética a lo largo de las generaciones de acuerdo con las exigencias del ambiente; pero los humanos, y solo los seres humanos, pueden también adaptarse cambiando el ambiente, de acuerdo con las necesidades de sus genes. De hecho, durante los últimos milenios los seres humanos han adaptado los medios ambientales naturales a sus genes mucho más frecuente y efectivamente que sus genes a los ambientes (Ayala, 2015a).

A fin de extender su hábitat, o de sobrevivir en un ambiente cambiante, una especie debe adaptarse —por medio de la lenta acumulación de variantes genéticas favorecidas por la selección natural— a las nuevas condiciones climáticas, diferentes clases de alimento, diferentes competidores, etc. Como se mencionó en el capítulo 1, el descubrimiento del fuego y el uso del vestido y del cobijo permitieron a Homo sapiens extenderse desde las regiones tropicales y subtropicales del Viejo Mundo, en donde apareció, a toda la Tierra —excepto la Antártida— sin el desarrollo anatómico de un pelaje protector denso. Los seres humanos no han esperado a que surjan combinaciones genéticas que produzcan alas, sino que han conquistado el aire de manera más eficiente y versátil, construyendo máquinas voladoras. La humanidad viaja por los ríos y mares sin agallas ni aletas, sirviéndose de barcos. La exploración del espacio se lleva a cabo sin necesidad de que aparecieran mutaciones genéticas que permitieran a los hombres actuar en ausencia de la gravedad y respirar en ausencia de oxígeno ambiental: los astronautas transportan su propio oxígeno y usan trajes especiales para mantener la presión. Partiendo de un humilde origen africano, Homo sapiens se ha convertido en el mamífero más abundante de la Tierra. La aparición de la cultura, que es un modo superorgánico de adaptación, ha hecho de la humanidad la especie más próspera del planeta.

La adaptación humana por medio de la cultura ha prevalecido sobre la adaptación biológica, por tratarse, la primera, de un modo de adaptación más rápido y porque puede ser dirigida. Una nueva mutación genética favorable puede extenderse a toda la humanidad, pero solo al cabo de muchas generaciones. Por el contrario, un nuevo descubrimiento científico o técnico puede ser transmitido a toda la humanidad en menos de una generación. Aún más, allá donde surge una nueva necesidad, la cultura trata de satisfacerla, mientras que la adaptación biológica depende, por el contrario, de la ocurrencia accidental de una mutación favorable, o de una combinación de mutaciones, en el lugar y tiempo en que surge la necesidad.

Sin embargo, la evolución biológica y la evolución cultural están relacionadas mutuamente, como las dos vertientes de una cordillera, que pueden ser muy diferentes en topografía, e incluso en flora y fauna, pero que conducen a las mismas cimas y que no pueden existir la una sin la otra. La cultura solo puede aparecer si existe precisamente una base biológica adecuada y depende enteramente de la naturaleza y propiedades de tal base. Al mismo tiempo, la cultura extiende sobremanera el poder adaptativo de la naturaleza biológica y constituye, hoy en día, la fuente más importante de los cambios ambientales que propalan la evolución biológica de la humanidad. Es por ello que, aun cuando la evolución cultural predomina sobre la biológica, esta continúa aún en la especie humana y tal vez se haya acelerado en épocas recientes, precisamente debido a las nuevas condiciones ambientales creadas por la cultura (Ayala, 2015a).

La cultura tiene una dimensión individual y otra social. Por un lado, están las ideas, hábitos, actitudes, preferencias, valores y creencias de cada individuo. Por otro, los resultados públicos de la actividad mental humana; la tecnología y sus productos, como edificios, carreteras, automóviles y aviones; los conocimientos científicos y humanísticos; la literatura, la música y las artes plásticas; los códigos de leyes y las instituciones sociales y políticas; las normas morales y las tradiciones religiosas.

El evolucionista Richard Dawkins (1976) llama «memes» (como término paralelo a «genes») a los componentes culturales que existen en las mentes de los humanos de esa cultura en un sentido amplio. Al igual que los genes, arguye Dawkins, los memes también se heredan y evolucionan. El éxito de esa propuesta terminológica ha sido grande, y el concepto de «meme» puede desempeñar un papel heurístico en las discusiones sobre la cultura. Pero es preciso entender las diferencias radicales que existen entre los memes y los genes. Los primeros no son entidades discretas ni pueden transmitirse de manera fiel entre los individuos. Las ideas, los hábitos, las creencias y demás elementos «miméticos» no están estrictamente definidos en la mente de cada individuo ni se transmiten con precisión de uno a otro.

Según Dawkins, la cultura incluye solo los componentes mentales de los individuos y no sus productos públicos, y sostiene que estos no existen al margen de los primeros. Sin embargo, hace tiempo que el filósofo de la ciencia Karl Popper argumentó de forma convincente en sentido contrario. Según Popper, la realidad contiene tres componentes que se pueden llamar Mundo 1, Mundo 2 y Mundo 3. El Mundo 1 está formado por las realidades físicas, como son los continentes, las plantas, los planetas y las estrellas, y nuestro propio cuerpo y cerebro. El Mundo 2 lo forman las realidades mentales, tales como las ideas, hábitos y creencias anteriormente mencionados (los memes de Dawkins). El Mundo 3 coincide con los productos públicos de la mente y actividad humana, como las ideas expresadas en los escritos científicos o literarios, en la música y el arte, en la arquitectura y la ingeniería, etc. Para demostrar la independencia de los mundos 2 y 3, Popper recurrió a un experimento mental. Supongamos que la humanidad actual desaparece sin dejar descendientes; el Mundo 2 habría desaparecido con ella, pero no así el Mundo 3. Unos eventuales visitantes de otros planetas podrían descubrir las ideas expresadas en escritos o reflejadas en las obras de arte y la tecnología. Quizá no lo lograsen en la medida completa en que nosotros podemos entender esos códigos, pero qué duda cabe que ese Mundo 3 no es reducible al Mundo 2 (Popper, 1976; Popper y Eccles, 1977). Las ruinas de Teotihuacán, al norte de la Ciudad de México, contienen unos códigos, que no han sido nunca descifrados, correspondientes a la civilización responsable del levantamiento de la ciudad. Pues bien, aun en espera de un equivalente en Teotihuacán de la piedra de Rosetta, sabemos que allí figura un mensaje procedente de un pensamiento humano aunque los humanos que albergaron ese pensamiento ya no existan.

Los progresos culturales pueden considerarse beneficiosos en general, pero a veces pueden también incurrir en riesgos debido a su uso indebido. El mejor ejemplo lo tendríamos en el avance inmenso que logró Albert Einstein al sentar las bases de la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica. Esos descubrimientos hicieron posible, entre otras cosas, la energía atómica, y, con ella, el lanzamiento de las bombas que destruyeron las ciudades japonesas de Hiroshima y Nagasaki.

Parece claro que una cosa es alcanzar las nuevas invenciones que la cultura consigue y otra utilizar de una manera benéfica o maléfica los hallazgos. Los filósofos han discutido en detalle la idea de la neutralidad axiológica de la ciencia, que obligaría a separar por completo los logros culturales de su significado moral o político. Aunque no se haya alcanzado un consenso al respecto, el sentido común indica que, desde los primeros útiles de piedra hasta la electricidad, los insecticidas o la energía atómica, no hay «progresos absolutos» que estén libres de riesgo. Pero la naturaleza humana contiene también un aspecto que ya hemos indicado dentro de la cultura en sentido amplio: el de poder analizar comportamientos, proponer valores morales y códigos jurídicos y realizar juicios. Hablar de «progreso» cultural es difícil si no se tiene en cuenta ese conjunto de valores y normas (Ayala y Cela Conde, 2006).

Evolución cultural en animales no humanos

Los etólogos han identificado numerosos casos de variaciones adquiridas por aprendizaje social en el comportamiento de animales tan diversos como primates, pájaros, reptiles y peces. Por ejemplo, en algunas especies de pájaros cantores se dan «dialectos» regionales, variaciones de un lugar a otro en los cantos. Las crías trasplantadas de un lugar a otro (a una edad apropiada) aprenden el dialecto de los pájaros con los que viven en vez del canto característico de sus padres. Se trata, pues, de variaciones culturales transmitidas por imitación y aprendizaje (Feldman et al., 2017).

Entre los primates se conocen bastantes ejemplos de adaptación cultural, incluyendo algunos casos bien estudiados en babuinos y macacos. Por ejemplo, en la isla japonesa de Koshima una macaca juvenil descubrió que podía quitar el lodo de los boniatos plantados lavándolos en el agua del mar. Muy pronto, en solo una década, este hábito era imitado por otros miembros de la manada, aunque únicamente lo aprendieron aquellos macacos que habían llegado a ser adultos solo después de que tuvieron la primera oportunidad de contemplar el lavado de los boniatos.

Las adaptaciones culturales mejor conocidas en los animales son las de los chimpancés, debido a las tres décadas de observación del comportamiento de seis tribus diferentes localizadas en varias partes de África tropical llevadas a cabo por distintos grupos de investigadores. Andrew Whiten y colaboradores (Whiten et al., 1999; Feldman et al., 2017) han recogido las observaciones de los seis grupos de investigadores y las han catalogado en 38 comportamientos diferentes, una buena parte de los cuales son considerados hábitos adquiridos culturalmente: se dan en unas colonias de chimpancés pero no en otras (lo cual excluye su determinación genética) y varían algo entre las colonias. Por ejemplo, varias colonias de chimpancés utilizan ramitas de árbol para atrapar a las hormigas en sus hormigueros, pero no todas quitan las hojas de las ramas antes de usarlas. Los chimpancés de las montañas Mahale en Tanzania se despiojan entre sí adoptando primero una postura en la que los individuos pasan un brazo sobre la cabeza del otro hasta enlazar las manos y proceder entonces a quitarse los piojos de las axilas uno al otro. Este comportamiento es frecuente y lo practican todos los miembros de la colonia. A cien kilómetros de distancia, en la Reserva Gombe —que tiene vegetación y otras características ambientales semejantes a las de Mahale—, los chimpancés se despiojan a menudo entre sí pero sin adoptar nunca la postura de los de la colonia Mahale. En el monte Assirik de Senegal, los chimpancés quitan la corteza de las ramas que usan para extraer termitas, mientras que los chimpancés de Gome utilizan la corteza y desechan la rama. Unas colonias han aprendido a usar piedras para romper nueces o para machacar hojas o utilizan palos para defenderse y atacar; otras, no (Ayala y Cela Conde, 2006; véase Feldman et al., 2017).

No cabe duda de que algunos animales, de acuerdo con una definición amplia, manifiestan cultura y han adquirido adaptaciones a su entorno por aprendizaje o imitación. Pero, como sucede en el caso del lenguaje, tampoco cabe duda de la enorme diferencia existente entre las culturas humanas y la de los chimpancés en cuanto a su uso como adaptaciones al ambiente. No existen libros escritos por los animales ni hay rascacielos construidos por ellos. Preguntarse si los animales tienen cultura es como preguntarse si las gallinas pueden volar. Comparadas con un cóndor o un águila tal vez no, pero, aun así, las gallinas aletean y se suben a los árboles.

Lenguaje

La herencia cultural o superorgánica consiste en la transmisión acumulativa de los descubrimientos y conocimientos adquiridos por los seres humanos a lo largo de las generaciones. El mecanismo fundamental de transmisión es el lenguaje, tanto oral como escrito. (El lenguaje puede ser escrito no solo en el sentido obvio del término, sino también fotográfica, magnética o electrónicamente, registrando sonidos o escrituras, tal como se hace en el cine, en los discos y en la memoria de los ordenadores y otros medios de comunicación electrónicos). El lenguaje humano es un sistema de comunicación interpersonal basado en el uso de símbolos y, aunque los animales se comunican unos con otros, particularmente entre miembros de la misma especie, nada cercano en absoluto al lenguaje humano existe en los animales (Terrace et al., 1979; Ayala y Cela Conde, 2006, 2017).

La característica fundamental del lenguaje humano es la de usar símbolos como medio de comunicación. Un símbolo es un sonido, gesto o cosa cuyo significado no es evidente de por sí, sino que se debe a un convenio entre los que lo usan. Por el contrario, un signo es algo cuyo significado es aparente sin requerir un acuerdo social. Por ejemplo, el humo es un signo de fuego y llorar es un signo de dolor; pero la palabra «humo» es un símbolo del humo solo porque nos hemos puesto de acuerdo en ello, y la bandera roja y gualda es un símbolo de España precisamente por haber sido escogida con tal propósito.

Los animales, incluido el hombre, se comunican entre sí por medio de signos, pero solo el ser humano posee un lenguaje simbólico propiamente dicho. Los sonidos emitidos por los animales son signos que reflejan su estado físico o, con más frecuencia, emotivo; de hecho, son interjecciones. Los chimpancés, y tal vez otros animales, son capaces de aprender el significado de algunos símbolos y de usarlos para comunicarse con los hombres que se los han enseñado. Los esfuerzos para enseñar a los chimpancés a comunicarse por medio de palabras han fracasado, probablemente debido a su falta de capacidad para pronunciar palabras (Hayes y Hayes, 1954; Boyd y Richerson, 1985, 2004). Se ha tenido, no obstante, un éxito limitado en enseñarles a «hablar» por medio de gestos como los que usan los sordomudos (Gardner y Gardner, 1969) o por medio de figuras geométricas de distintos colores, utilizadas como representaciones de objetos diversos —«plátano», «manzana», «mesa»— y de conceptos tales como «sí», «no», «igual», «diferente» y otros. Con tales símbolos, un chimpancé no solo llega a entender ciertas ideas, sino que es capaz de usarlas y aun de construir frases sencillas (Premack, 1971); sin embargo, aun después de una larga y penosa enseñanza, su capacidad de usar símbolos es muy limitada y, en cualquier caso, los chimpancés y demás animales no crean símbolos ni los usan para comunicarse entre sí, al menos no en una medida importante (Premack y Woodruff, 1978; Savage-Rumbaugh, et al., 1978; Terrace et al., 1979; Ayala, 2015a, 2016; Losos y Lenski, 2016; Feldman et al., 2017).

El lenguaje simbólico y creador de los humanos es uno de sus atributos conductuales más distintivos. Se deriva, como muchos otros atributos culturales, de nuestra inteligencia eminente. Las ballenas se comunican por medio de sonidos transmitidos a través del mar, los primates lo hacen por medio de gestos, los pájaros cantando y las mariposas y hormigas a través de señales químicas. La eficacia de estas señales es en muchos casos extraordinaria si la medimos con la escala humana. Las tortugas de mar emiten señales químicas a través del agua que son percibidas por sus machos a muchos kilómetros de distancia. Por su parte, los afrodisiacos lanzados al aire por las mariposas africanas del género Papilio son recibidos por las antenas de machos situados a kilómetros de distancia, que siguen la dirección de las moléculas para encontrar a las hembras. Esas señales de comunicación entre individuos de la misma especie son a veces interceptadas por parásitos o depredadores. Un ejemplo curioso —pero no atípico— es el de la mariposa Pieris brassica y su parásito, la avispa minúscula Trichogramma brassicae. Los machos de la mariposa pasan a las hembras durante su apareo un antiafrodisiaco que las hace menos atractivas a otros machos. Pero no son solo estos los que perciben la señal, sino también ciertas pequeñas avispas que se suben a la mariposa fecundada y viajan con ella hasta donde pone sus huevos. Estos son parasitados entonces por las larvas de la avispa.

Los medios de comunicación animal no se reducen a las señales químicas. Un «lenguaje» simbólico bien conocido en los animales se da en las abejas y otros insectos sociales, como las termitas y hormigas. Los estudios de Von Frisch (1954, 1967) han mostrado que una abeja que ha descubierto una fuente importante de alimento es capaz de comunicar a sus compañeras de colmena la situación y la distancia aproximadas del alimento con respecto a la colmena. Al llegar a la colmena, la abeja «danza» sobre el panal, una danza rica en símbolos: su velocidad indica la distancia aproximada entre la colmena y el alimento; el ángulo de la danza respecto a la vertical refleja la dirección del alimento respecto a la posición del sol. La danza excita a las abejas próximas a la «abeja danzarina», las cuales comienzan a seguir sus movimientos y, finalmente, vuelan hacia el alimento de acuerdo con la información recibida. Se trata, sin embargo, de un «lenguaje» muy limitado, cuyas «reglas» no son establecidas por mutuo acuerdo entre las abejas ni son adquiridas por medio de instrucción, sino que están fijadas genéticamente.

Estas formas de comunicación animal pueden llamarse «lenguaje» porque sirven para el propósito adaptativo de comunicar información. Más aún, se trata con frecuencia —como en el caso de las abejas— de una comunicación simbólica como es la propia del lenguaje humano, pero la relación entre signos y significado está determinada por los genes. No se trata de un lenguaje creativo con la capacidad virtualmente infinita de expresión y comunicación que caracteriza al lenguaje humano, tanto hablado como escrito. Además, el aprendizaje, cuando existe, como en el caso de ciertos pinzones y otros pájaros cantores, está muy restringido con respecto a su contenido —solo se aprenden los cantos de otros pájaros— y con respecto a sus circunstancias —por ejemplo, los pinzones cebra solo pueden aprender los cantos entre los 30 y 90 días después de salir del huevo (Boyd y Richerson, 1985; Richerson y Boyd, 2005; Ayala y Cela Conde, 2006)—.

El lenguaje humano es único por su capacidad de nombrar las cosas, generalizar, expresar conceptos abstractos, construir argumentos y discutir ideas. El lenguaje es flexible: el hombre crea combinaciones de palabras nunca usadas anteriormente y que, no obstante, resultan inteligibles para quienes hablan el mismo idioma. El lenguaje no es solo un medio de comunicación con los demás, sino que nos sirve para pensar y descubrir nuevas ideas y tiene, además, la propiedad única e importante de referirse a cosas ausentes, pasadas, futuras y aun imaginarias. La referencia conceptual a sucesos futuros es esencial para ciertas actividades humanas y para la existencia del comportamiento ético (Dobzhansky, 1962; Joyce, 2006; Tomasello, 2016; Ayala y Cela Conde, 2006; Ayala, 2016).

El origen evolutivo del lenguaje ha sido frecuentemente sujeto de estudio y especulación (por ejemplo, Dobzhansky, 1962; Simpson, 1969; Losos y Lenski, 2016). Para evitar confusiones innecesarias, es preciso hacer una distinción, no siempre clara entre quienes han tratado la materia; a saber, la que existe entre el origen de la capacidad para el lenguaje y el de los diversos lenguajes. La capacidad para el lenguaje está genéticamente determinada y se da en todos los seres humanos normales. Los idiomas, es decir, las formas que el lenguaje puede tomar, no lo están, aun cuando ciertos lingüistas mantienen que algunas estructuras semánticas son comunes a todos los lenguajes y deben, por ello, estar determinadas por herencia (Chomsky, 1957, 1972; Lévi-Strauss, 1969). Sea cierto o no que todos los lenguajes humanos siguen ciertas reglas básicas, no cabe duda de que los lenguajes no están determinados por nuestra naturaleza. Referirse a la hembra humana por medio de la palabra «mujer», «femme», «woman», «Weib» o «imra», no depende de la constitución genética de los grupos de individuos que así lo hacen, sino del hecho de que nacieron en España, Francia, Inglaterra, Alemania o Egipto. Este sencillo ejemplo pone además en evidencia el carácter simbólico del lenguaje. Las palabras no se parecen necesariamente unas a otras y mucho menos aún al objeto que representan (Cela Conde y Ayala, 2013; Ayala, 2016).

La capacidad de lenguaje depende de la existencia de una anatomía adecuada para articular sonidos complejos. El chimpancé no puede aprender a hablar, no solo debido a la incapacidad de enunciar palabras; aun cuando su laringe es, al parecer, capaz de producir algunos de los sonidos apropiados, su cerebro carece de ciertos mecanismos necesarios para ello. La existencia de la capacidad anatómica para enunciar palabras no es suficiente, ni mucho menos, para poseer un lenguaje; un loro puede repetir las palabras que oye, pero no es capaz de hablar, en el sentido esencial de la comunicación de ideas. La capacidad de lenguaje depende de la existencia de un cerebro desarrollado y complejo, tal como solo existe en los humanos; es el cerebro el órgano crítico que hace posible nombrar, generalizar, abstraer y razonar.

El origen evolutivo de la capacidad de lenguaje está, así pues, asociado con el desarrollo del cerebro y con la evolución del bipedalismo y la destreza manual. Algunos autores han considerado la posibilidad de que la aparición del lenguaje hubiera promovido el desarrollo del cerebro (Simpson, 1969). La comunicación de ideas por medio del lenguaje es, como se ha dicho, una adaptación importante que hace posible la cultura. La aparición de un lenguaje incipiente impulsaría, según esta hipótesis, el desarrollo consiguiente del cerebro, puesto que esto haría posible un lenguaje más desarrollado. Este argumento es solo válido hasta cierto punto, pero es probable que el desarrollo del cerebro y de la capacidad de lenguaje estuvieran condicionados mutuamente, debido a una interacción cibernética positiva entre ambos, semejante a la interacción entre la destreza manual y el tamaño del cerebro (Ayala, 2015a, 2016).

Para que haya lenguaje simbólico, siquiera incipiente, tiene que existir un cerebro relativamente avanzado. La comunicación simbólica es adaptativa —facilitando, por ejemplo, ya en nuestros remotos antepasados, la cooperación en la caza de animales—, lo cual hace que un desarrollo ulterior del cerebro que facilite tal comunicación sea también adaptativo y promovido por la selección natural. Un cerebro más desarrollado hace posible un lenguaje más avanzado que promueve a su vez un mayor desarrollo del cerebro y así sucesivamente, hasta alcanzar una capacidad de lenguaje avanzada tal como existe en los humanos modernos. La habilidad manual, el desarrollo del lenguaje y del cerebro estuvieron cibernéticamente relacionados entre sí durante la evolución humana (Cela Conde y Ayala, 2007; Ayala y Cela Conde, 2006, 2017).

Por tanto, hasta cierto punto, resulta inadecuado preguntar cuándo apareció, en el linaje evolutivo que lleva a Homo sapiens, la capacidad para manifestar un lenguaje simbólico, puesto que se trata de un desarrollo progresivo que, probablemente, duró cientos de miles, o incluso uno o dos millones de años, sin que haya un momento preciso en que la capacidad de lenguaje surgiera. La aparición gradual de propiedades funcionales, lo mismo que de estructuras y organismos nuevos, es una característica de la evolución, que es un proceso más o menos continuo.

No es, pues, sorprendente que intentos diversos de descubrir el origen del lenguaje hayan resultado infructuosos. Algunos han querido ver en el desarrollo del niño un paralelo de la evolución humana; y, por ello, que el estudio de la génesis del lenguaje en el niño pudiera llevar a descubrir el origen evolutivo del lenguaje. Pero la ontogenia no es una «recapitulación de la filogenia», en contra de la conocida frase de Haeckel (Gould, 1977). Además, el niño aprende un idioma ya existente y no trata de crear un lenguaje nuevo. El estudio de los idiomas conocidos, tratando de seguir su evolución histórica hasta llegar a un lenguaje primitivo original, resulta igualmente infructuoso: los lenguajes postulados como ancestrales son ya avanzados y sofisticados, sin duda posteriores en muchos miles de años a los primeros lenguajes humanos y al origen de la capacidad para el lenguaje.

En los seres humanos, la capacidad de hablar está determinada por el hemisferio izquierdo del cerebro y en particular por el lóbulo temporal izquierdo (aunque se dan individuos en que las propiedades de los dos hemisferios cerebrales están invertidas con respecto a la mayoría; Sperry, 1968; Eccles, 1977; Popper y Eccles, 1977). Grosso modo, el desarrollo del lóbulo temporal izquierdo puede ser estudiado en cráneos fósiles, por medio de moldes de escayola de su interior. Todos los mamíferos tienen lóbulos temporales, unos mayores que otros, pero eso no significa que los que tienen lóbulos más reducidos hablen un poco y los que los tienen grandes hablen algo más; excepto en el caso del hombre, cualquiera que sea el tamaño del lóbulo no implica la capacidad de hablar. No parece probable que el estudio de la evolución del lóbulo parietal izquierdo en la filogenia humana lleve a descubrir cuándo apareció la capacidad de lenguaje o el primer idioma (Cela Conde y Ayala, 2007, 2013).

CAPÍTULO 3

GENES Y GENOMA HUMANO

Introducción

La publicación, en 1859, de El origen de las especies, de Charles Darwin, tuvo gran repercusión entre los científicos y aun en la sociedad de su tiempo, primero en Inglaterra, pero enseguida también en el resto de Europa y América. La obra se convirtió en tema de salón, objeto de vehementes discusiones. Científicos, políticos, clérigos y notables de todo tipo discutían el libro, defendiendo o negando las ideas de Darwin. Los ataques mencionaban frecuentemente el origen de los humanos «a partir del mono» como proposición ofensiva e inaceptable. Pero, subyacente a esta y otras críticas, residía una objeción más fundamental: la que se opone a la explicación del diseño del universo, en especial el diseño de los seres vivos, por medio de causas naturales. El argumento contra la evolución era que Dios, el gran diseñador de la concepción de santo Tomás de Aquino y William Paley, quedaba relegado en el mejor de los casos al papel de creador del mundo original y de sus leyes inmanentes, en vez de ser responsable de la configuración y operación de los organismos y del resto del universo.

El actor más visible en las controversias que siguieron inmediatamente a la publicación del libro de Darwin fue Thomas H. Huxley (1825-1895), conocido como el alano (bulldog) de Darwin. Huxley defendía la teoría de la evolución con discursos articulados y a veces mordaces en presentaciones públicas, y también con numerosos escritos tanto populares como científicos.

Un contemporáneo de Darwin que tuvo considerable influencia hacia finales del siglo XIX y principios del XX fue Herbert Spencer (1820-1903). Spencer era un filósofo más que un biólogo, pero se convirtió en uno de los defensores más radicales de las teorías evolutivas y popularizó varias expresiones, como «supervivencia del más apto» (survival of the fittest), que fue incorporada por Darwin mismo en ediciones posteriores de El origen de las especies. Spencer extendió la teoría darwiniana a especulaciones sociales y metafísicas. Sus ideas dañaron de forma considerable la comprensión adecuada y la aceptación de la teoría de la evolución por selección natural. Entre las ideas de Spencer, la más perniciosa fue la extrapolación de la noción de «lucha por la existencia» (struggle for existence) a las actividades económicas y sociales humanas, dando lugar a lo que se vino a conocer como darwinismo social.

Una dificultad seria con que se enfrentaba la teoría darwiniana era la carencia de una teoría de la herencia que pudiera dar cuenta de la reproducción, de generación en generación, de las variaciones sobre las que actúa la selección natural. Las teorías de la herencia preponderantes en el siglo XIX proponían que las características de los progenitores se mezclan en los hijos, como una pintura azul y una blanca se mezclan dando un color intermedio. Esta propuesta es falsa, pero además haría difícil la selección natural, puesto que las ventajas y desventajas que pudieran aparecer en una generación dada se promediarían cada generación, disminuyendo la eficacia de la selección natural. Como Darwin reconocía, si la herencia es «mezclada», no es fácil explicar el efecto de la selección natural cuando multiplica las variaciones favorables. Si aparece una variante ventajosa en un individuo dado, la ventaja se reduciría a la mitad en sus hijos, al mezclarse con la variante menos ventajosa del otro progenitor. Las nuevas variantes favorables se diluirían rápidamente de generación en generación. El eslabón que faltaba para completar la cadena del argumento darwiniano era la genética mendeliana.

Mendel

Durante la década de 1860, cuando el impacto de la teoría de Darwin comenzaba a sentirse en varios países, el monje agustino Gregor Mendel (1822-1884) llevaba a cabo experimentos con guisantes en el jardín de su monasterio en Brünn, Austria-Hungría (hoy Brno, República Checa), cuyos resultados publicó en 1866. Mendel, en un ejemplo magistral del método científico, analiza los resultados de sus experimentos y, basándose en ellos, formula los principios fundamentales de la teoría de la herencia todavía vigente. La teoría da cuenta de la herencia biológica a través de pares de factores (hoy día llamados «genes»), heredados uno de cada progenitor, que no se mezclan sino que se separan uno del otro (se «segregan») en la formación de las células sexuales o gametos. Si designamos un par de genes A y a (de manera que, por ejemplo, A determina que los ojos sean castaños y a que sean azules), los individuos pueden ser de tres clases: AA, Aa y aa. Los individuos AA producen solo gametos A; los aa producen solo gametos a; los Aa (híbridos o heterocigotos) producen gametos A y a, la mitad de cada clase.

El genio de Mendel es evidente en su reconocimiento de las condiciones requeridas para formular y poner a prueba una teoría de la herencia: los rasgos diferentes de una planta (como el color de la flor o la forma de la semilla) deben considerarse por separado, en vez de examinar la planta en su conjunto; los estados alternativos de los rasgos deben diferir de forma nítida (como el color blanco y púrpura de la flor, o la piel lisa y arrugada de los guisantes); y debe conocerse de forma precisa la historia ancestral de las plantas, para utilizar solo linajes de pura cepa en los experimentos sobre la herencia. Las inferencias de Mendel (sus «leyes») fueron formuladas en términos probabilísticos; en consecuencia, Mendel obtenía grandes muestras y sometía los resultados a un análisis estadístico.

FIGURA 3.1 Gregor Mendel, 1822-1884

Mendel estudió la transmisión de siete rasgos diferentes en el guisante de jardín, Pisum sativum, entre ellos el color de la semilla (amarillo contra verde), la configuración de la semilla (lisa contra arrugada) y la altura de la planta (alta contra enana). La primera serie de experimentos de Mendel fue con plantas que se diferencian en un solo rasgo. Las regularidades observadas le llevaron a formular ciertas generalizaciones con forma semejante a leyes: solo uno de los dos rasgos (el rasgo «dominante») aparece en la primera generación de descendientes; después de la autofertilización, tres cuartas partes de la progenie de segunda generación exhibe el rasgo dominante, y una cuarta parte, el otro rasgo («recesivo»); la segunda generación de plantas que muestran el rasgo recesivo conservan sus caracteres individuales en las siguientes generaciones, pero las plantas que exhiben el rasgo dominante son de dos clases: un tercio son de pura cepa, los otros dos tercios, híbridos. Mendel sometió a examen estas observaciones repitiendo sus experimentos para cada uno de los siete caracteres. La subsiguiente generalización fue resumida en un principio, más tarde llamado ley de segregación: las plantas híbridas (Aa, en el ejemplo) producen semillas que son una mitad híbrida (Aa), una cuarta parte conservan sus caracteres individuales para el rasgo dominante (AA), y una cuarta parte conservan sus caracteres individuales para el rasgo recesivo (aa).

El estudio de la progenie de cruces entre plantas que difieren en dos rasgos (por ejemplo, semillas lisas y amarillas en un progenitor, semillas arrugadas y verdes en el otro progenitor) le llevaron a formular una segunda generalización, más tarde llamada ley de segregación independiente:

Es el caso que en la progenie de los híbridos en que se combinan varios caracteres diferentes, [...] el comportamiento de cada par de caracteres es independiente e independiente de su asociación en las cepas progenitoras (Mendel, 1866).

Es decir, la configuración (lisas o arrugadas) de las semillas se transmite a la progenie independientemente de su color (amarillas o verdes). Corroboró este principio examinando progenies de plantas que diferían en tres y cuatro rasgos. Predijo de forma correcta y corroboró de manera experimental que en la progenie de plantas híbridas para n caracteres habría 3n diferentes clases de plantas. Más tarde se descubriría que la herencia independiente de los caracteres ocurre invariablemente solo si los caracteres están determinados por genes en cromosomas diferentes.

FIGURA 3.2 Los siete caracteres estudiados por Mendel en Pisum sativum. Mendel obtuvo plantas puras que diferían de forma muy clara en relación con cualquier otro carácter. Se puede observar en las siete características cuáles son las formas dominantes y cuáles las recesivas

La formulación y prueba experimental de los dos principios mencionados solo ocupan la primera mitad del artículo de Mendel. Hacia la mitad del artículo, Mendel avanza lo que apropiadamente llama una «hipótesis» o teoría para explicar sus resultados previos y las dos leyes. La segunda mitad del texto está dedicada a la derivación de predicciones a partir de la teoría y a la prueba experimental de tales predicciones.

La teoría de la herencia de Mendel contiene los siguientes elementos: (1) por cada carácter de cualquier planta, ya sea híbrida o no, hay un par de factores hereditarios («genes»); (2) estos dos factores se heredan uno de cada progenitor; (3) los dos factores de cada par se segregan durante la formación de las células sexuales, de modo que cada célula sexual recibe solo un factor; (4) cada célula sexual recibe uno u otro factor de un par con una probabilidad de un 50%; (5) los factores alternativos para diferentes caracteres se asocian al azar en la formación de las células sexuales.

La muy merecida eminencia de Mendel como uno de los más grandes científicos de todos los tiempos se basa sobre todo en la formulación de esta teoría de la herencia. Mendel también era consciente de la condición epistemológica de su teoría; es decir, que era una hipótesis que exigía corroboración experimental. Justo después de formular la teoría que he resumido en el párrafo anterior, Mendel escribió que «esta hipótesis bastaría para explicar los resultados observados en la progenie de los híbridos en distintas generaciones», es decir, la hipótesis concuerda con los experimentos anteriores. Pero eso no era suficiente, como él mismo reconoció, puesto que la teoría había sido concebida para ajustarse a los resultados. Se requerirían nuevas pruebas experimentales. Escribe: «Para someter estas proposiciones a una prueba experimental se concibieron los siguientes experimentos». Estos experimentos son dos series de experimentos ingeniosos, particularmente los llamados «retrocruces» que predicen, si su teoría es correcta, una distribución de los caracteres entre la progenie en proporciones radicalmente diferentes de las que había observado con anterioridad. La mitad de la progenie del cruce de una planta híbrida con una planta cuyo carácter difiere del de la planta híbrida exhibe el carácter de la planta híbrida, mientras que la otra mitad exhibe el carácter alternativo. (En términos de genes, el cruce de una planta Aa con una planta aa produce plantas Aa y plantas aa en proporciones iguales). Mendel llevó a cabo estos experimentos (retrocruces) y los resultados confirmaron los elementos clave de su teoría (Ayala y Kiger, 1984).

De Mendel al DNA

Mendel publicó sus resultados en 1866 en Verhandlungen des naturforschenden Vereins Brünn (Actas de la Sociedad de Historia Natural de Brünn). Pero los descubrimientos de Mendel no fueron conocidos por Darwin y, de hecho, no lo serían públicamente hasta 1900 cuando fueron redescubiertos, de forma independiente, por tres científicos que habían obtenido resultados semejantes y reconocieron la prioridad de Mendel: Hugo de Vries en Holanda, Carl Correns en Alemania y Erich von Tschermak en Austria. Entonces se hizo patente el significado de los principios de Mendel. El enigma de la herencia estaba abierto a la solución. Muchos biólogos se interesaron por la genética, el estudio de la herencia biológica. El primer paso fue demostrar que los principios de Mendel también se aplicaban a los animales. Este paso se llevó a cabo en los primeros años del siglo XX, principalmente por Lucien Cuénot en Francia, William Bateson en Inglaterra y Wiliam E. Castle en Estados Unidos. Muy pronto seguirían otros descubrimientos importantes. En 1903, Wilhelm L. Johannsen propuso la palabra «gen» para referirse a los elementos presentes en las células sexuales, los «factores» de Mendel, que determinan las diferentes características de los organismos. En 1906, Bateson acuñó el término «genética» para referirse a la ciencia que estudia los genes.

Los genes controlan el metabolismo celular especificando los enzimas y otras proteínas; los enzimas son los catalizadores que modulan toda la actividad química en los organismos. El médico inglés Archibald E. Garrod fue el primero en sugerir una conexión específica entre los genes y los enzimas al describir en 1902 la enfermedad conocida como alcaptonuria, que sigue una herencia mendeliana. Los ácidos nucleicos fueron descritos por primera vez por F. Miescher en 1874. En 1944, Oswald Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty obtuvieron resultados que sugerían que el DNA era el portador de la información genética. Obtuvieron DNA muy purificado de una cepa virulenta de neumococos (Diplococcus pneumoniae). Se incubaron y multiplicaron neumococos no virulentos en presencia de este DNA virulento purificado, y se recuperaron algunos neumococos virulentos. Había tenido lugar una transformación genética; los resultados sugerían que el DNA era un agente transformante (Avery et al., 1944).

En 1949, Alfred E. Mirsky y Hans Ris encontraron que todas las células somáticas de un organismo contienen, como norma, la misma cantidad de DNA, mientras que las células gaméticas contienen la mitad que las somáticas. Esto es lo que cabría esperar del material genético. En aquella época, muchos biólogos creían que las proteínas eran las sustancias que con más probabilidad codificaban la información hereditaria. Mirsky y Ris (1949) encontraron cantidades diferentes de ellas en distintas células de un organismo dado.

La prueba directa de que el DNA era el material hereditario la obtuvieron en 1952 Alfred D. Hershey y Martha Chase. Demostraron que cuando el virus bacteriófago T2 infecta a la bacteria Escherichia coli, solo el DNA del fago penetra en la bacteria y provoca su propia replicación. El revestimiento proteico que envuelve el DNA vírico ni entra en la bacteria ni participa en el proceso de replicación (Hershey y Chase, 1952).

James D. Watson y Francis H. C. Crick propusieron en 1953 el modelo de doble hélice del DNA. Este modelo era consistente con toda la información de que entonces se disponía sobre la composición y la estructura del DNA, y proporcionó una explicación plausible de las propiedades básicas del material hereditario: portador de información y replicación binaria. Watson y Crick señalaron que la doble hélice sugiere un mecanismo para la replicación precisa de los genes (Watson y Crick, 1953a, b). La secuencia a lo largo de una de las hebras especifica inequívocamente la secuencia a lo largo de la hebra complementaria, debido a la determinación estricta de los emparejamientos de bases entre las dos cadenas de DNA (A con T y C con G, véase más adelante). Como se confirmó posteriormente, si las dos hebras de la doble hélice de una molécula determinada de DNA se separaran por un proceso de desenrollamiento en presencia de una dotación de nucleótidos, cada hebra actuaría como molde para una hebra complementaria. Se formarían dos nuevas hélices, las cuales, debido a las reglas del emparejamiento de bases, serían idénticas entre sí y a la doble hélice progenitora.

La evolución biológica implica cambios de la constitución genética de las poblaciones. En la mayoría de organismos la información genética está codificada en el ácido desoxirribonucleico (DNA); en algunos virus está codificada en una especie química relacionada, el ácido ribonucleico (RNA).

El DNA y el RNA son moléculas largas (polímeros) compuestas por cuatro unidades distintas a las que se llama «nucleótidos». Cada nucleótido está formado por una base nitrogenada unida a un azúcar de cinco átomos de carbono (pentosa) y a un grupo fosfato. La pentosa es la desoxirribosa en el DNA y la ribosa en el RNA, y constituyen algo así como el «esqueleto» de los nucleótidos. Los grupos fosfato permiten la unión longitudinal de los nucleótidos para formar la cadena larga del ácido nucleico.

El DNA consiste en una doble hélice compuesta de dos cadenas de nucleótidos complementarias, así que además de los enlaces longitudinales constituidos por los grupos fosfato existen los enlaces transversales que mantienen las dos hélices juntas poniendo en contacto un nucleótido de cada una de ellas con el complementario de la otra. Las bases nitrogenadas son las encargadas de esos enlaces transversales. Las bases nitrogenadas de los nucleótidos son de dos tipos: purinas y pirimidinas. Las dos pirimidinas más frecuentes en el DNA son la citosina (C) y la timina (T); las dos purinas más frecuentes son la adenina (A) y la guanina (G). En el DNA los enlaces transversales son siempre entre una purina y una pirimidina (A con T y C con G, como se indicó antes. El RNA generalmente contiene uracilo [U] en lugar de timina, resultando en el enlace A con U, además de G con C). El esqueleto fosfato-ribosa está en la parte exterior del ácido nucleico y las bases nitrogenadas en el interior, de manera que las dos hebras del DNA se mantienen unidas por puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas. Cada hebra de la hélice es, pues, en ese sentido, la imagen especular de la otra hebra.

FIGURA 3.3 Modelo de DNA. La estructura del DNA es una doble hélice compuesta de dos cadenas de nucleótidos enroscadas entre sí, que son complementarias. Las cadenas consisten en cuatro nucleótidos, representados por A, C, G y T, las letras del lenguaje genético. La información genética está incluida en la secuencia de letras: 3.000 millones de ellas en cada genoma humano

En el caso de las cadenas de DNA bifilar, la información genética está contenida en la secuencia de nucleótidos de ambas cadenas complementarias. Esa secuencia puede ser muy larga, porque las bases nitrogenadas se hallan apiladas unas sobre otras sin que existan límites estereoquímicos acerca de cuántas bases pueden formar la secuencia de la doble hélice. Las bases pueden ser consideradas, metafóricamente hablando, como las letras de un alfabeto genético. Cada tres bases consecutivas constituyen un triplete, que cabe entender también a título de metáfora como una palabra. Una secuencia específica de letras del alfabeto castellano forma una palabra del idioma castellano; una secuencia de palabras transmite información semántica. De forma análoga, puede pensarse en las bases nitrogenadas como «letras», los tripletes como «palabras» y los genes como «frases» genéticas. La dotación genética de un organismo puede ser vista, así, como un «libro» formado por frases genéticas (Ayala, 1984).

Las cuatro bases, A, T, C, G, son las únicas que se encuentran generalmente en el DNA, aunque a veces aparecen otras bases con ligeras diferencias químicas en algunas bacterias y bacteriófagos, en especial. La virtual universalidad de las cuatro bases sugiere que la estructura actual del DNA puede haber evolucionado una sola vez. Eso significa que la evolución de los organismos se ha producido por formación de secuencias nuevas de las bases, y no por sustitución de bases por otras de distinta composición química, aunque en las formas primitivas de vida puede haber existido una mayor diversidad de bases en el DNA de entonces que las cuatro que existen en la actualidad.

FIGURA 3.4 Modelo de la duplicación del DNA. Las dos hebras complementarias se separan y cada una sirve de molde para la síntesis de su nueva hebra complementaria

La estricta correspondencia entre las bases nitrogenadas en diferentes cadenas tiene su correlato en la precisa replicación de los genes. Durante la replicación, las dos hebras de la doble hélice de DNA se separan por un proceso que implica el desenrollamiento del ácido nucleico. Cada hebra sirve como molde para la síntesis de una cadena complementaria. Se originan así dos dobles hélices, que son idénticas una con respecto a la otra y en relación con la doble cadena parental. Supongamos, por ejemplo, que una doble hélice comienza con la secuencia:

En el proceso de replicación, las dos cadenas se separan y cada una determina la secuencia de una cadena complementaria. Si representamos las bases nitrogenadas en las cadenas recién sintetizadas mediante letras en negrita, las dos nuevas dobles hélices resultantes serán idénticas entre sí e idénticas a la doble hélice parental:

En los seres humanos, como en otros animales y plantas, una fracción del DNA (menos del 10% en los humanos) codifica la síntesis de proteínas; son los llamados genes estructurales. El resto del DNA está implicado en tareas como regular la expresión del DNA, separar unos genes de otros y en otras diversas funciones. Sin embargo, parte del DNA parece no tener función ninguna, incluidos los residuos de genes que pudieron haber sido anteriormente funcionales y han dejado de serlo, o fragmentos de DNA insertados por plásmidos o virus y otros mecanismos que no cumplen tarea beneficiosa alguna en el organismo receptor.

En los genes estructurales, las unidades básicas de información no son las bases individuales sino, como hemos dicho, grupos discretos de tres bases consecutivas, llamados «tripletes» o «codones» (porque codifican aminoácidos, como veremos a continuación). Aunque existen 64 combinaciones posibles de cuatro bases tomadas de tres en tres, solo se dan 21 diferentes unidades de información genética: 61 tripletes codifican los 20 aminoácidos existentes, los otros tres tripletes son señales que indican el final de una secuencia. Un segmento codificante de DNA con una longitud de 900 nucleótidos tiene 300 tripletes, así que el número de «mensajes» potencialmente diferentes codificados por segmentos de esta longitud es 21300 = 10397, un número muy superior, por cierto, al de átomos en el universo. Podemos ver, así, que el número de diferentes mensajes genéticos susceptibles de ser codificados mediante las largas cadenas de DNA es en la práctica ilimitado. Debe advertirse que los tripletes de un gen que codifican aminoácidos no son siempre consecutivos todos ellos; los grupos de codones están a veces separados por grupos de nucleótidos insertos (llamados «intrones») que no codifican ningún aminoácido.

TABLA 3.1 Código genético mostrando los aminoácidos (o señales de paro, STOP) especificados para cada uno de los 64 tripletes de nucleótidos (codones) del RNA mensajero. Cada serie de tres letras consecutivas («codón») en el DNA determina un aminoácido en el enzima o proteína correspondiente. Todos los organismos utilizan las mismas veinte clases de aminoácidos. La ilustración muestra los codones de RNA para cada aminoácido. (El DNA codifica el RNA, el cual codifica los aminoácidos; el RNA utiliza U en vez de T, pero A, C y G, al igual que el DNA). Para cada aminoácido se muestran abajo las abreviaturas de dos o tres letras y la de una sola letra, en mayúscula

Primera letra

Segunda letra

Tercera letra

U

C

A

G

Fe

Ser

Tir

Cis

U

Fe

Ser

Tir

Cis

C

U

Leu

Ser

STOP

STOP

A

Leu

Ser

STOP

Trp

G

Leu

Pro

His

Arg

U

Leu

Pro

His

Arg

C

C

Leu

Pro

Gln

Arg

A

Leu

Pro

Gln

Arg

G

Ile

Tr

Asn

Ser

U

Ile

Tr

Asn

Ser

C

A

Ile

Tr

Lis

Arg

A

Met

Tr

Lis

Arg

G

Val

Ala

Asp

Gli

U

Val

Ala

Asp

Gli

C

G

Val

Ala

Glu

Gli

A

Val

Ala

Glu

Gli

G

Aminoácidos: ácido aspártico (Asp, D), ácido glutámico (Glu, E), alanina (Ala, A), arginina (Arg, R), asparagina (Asn, N), cisteína (Cis, C), fenilalanina (Fe, F), glicina (Gli, G), glutamina (Gln, Q), histidina (His, H), isoleucina (Ile, I), leucina (Leu, L), lisina (Lis, K), metionina (Met, M), prolina (Pro, P), serina (Ser, S), tirosina (Tir, T), treonina (Tr, T), triptófano (Trp, W) y valina (Val, V).

La información contenida en la secuencia nucleotídica de un gen estructural determina la síntesis de una determinada proteína a través de los procesos de «transcripción» y «traducción». La transcripción es un proceso por el que la información contenida en la secuencia de bases de una molécula de DNA se transforma en una molécula de RNA complementaria (llamada «RNA mensajero»). La traducción es el proceso por el que la información contenida en la molécula de RNA mensajero se convierte en la secuencia de aminoácidos de una determinada proteína. La correspondencia entre los tripletes de nucleótidos en el RNA mensajero y los aminoácidos en las proteínas la aporta el «código genético».

La transcripción de la secuencia de bases del DNA a una secuencia complementaria de RNA es esencialmente similar a la replicación del DNA, excepto por el detalle de que con la matriz de DNA se aparean ahora ribonucleótidos y que es la base uracilo (U) y no la timina (T) la que se aparea con la adenina (A). El proceso está mediado por un enzima: RNA polimerásico. A causa de la direccionalidad del DNA, en general solo se transcribe una de las hebras del DNA, si bien la hebra transcrita no necesita ser la misma para todos los genes.

El proceso de la traducción se efectúa en el citoplasma y está mediado por los ribosomas, ciertas moléculas de «RNA de transferencia» (tRNA) y diversos enzimas. El RNA mensajero (mRNA) sintetizado en el núcleo se desplaza al citoplasma, en donde se asocia a un grupo de ribosomas. Allí la secuencia de bases del mRNA es «leída» con ayuda de los tRNA específicos para cada tipo de aminoácido. De este modo se sitúan adecuadamente los aminoácidos correspondientes, se forman los enlaces peptídicos entre los aminoácidos adyacentes y se sintetiza un polipéptido (proteína).

Normalmente una sola cadena de mRNA es traducida repetidamente dando lugar a varias cadenas polipeptídicas gracias a la existencia de distintos ribosomas que actúan de modo simultáneo a lo largo del mRNA, en tramos separados por varios nucleótidos entre sí. Cada ribosoma que se une al mRNA sintetiza un polipéptido. La síntesis de un polipéptido termina cuando el ribosoma encuentra un codón «de terminación» o «de paro» en el mRNA. Hay tres codones de paro: UAA, UAG y UGA, ninguno de los cuales codifica aminoácido alguno.

Algunas proteínas, como la mioglobina, consisten en un solo polipéptido. Otras consisten en varios polipéptidos, como es el caso de la hemoglobina, que en su mayor parte en los adultos humanos tiene cuatro polipéptidos, dos de una clase (cadena α) y dos de otra (cadena β).

Proyecto Genoma Humano

El Proyecto del Genoma Humano de Estados Unidos se inició en 1990, financiado mediante dos agencias del Gobierno: los Institutos Nacionales de la Salud (NIH) y el Departamento de Energía (DOE). (Una empresa privada, Celera Genomics, empezó algo más tarde su propio «proyecto genoma humano» en Estados Unidos, pero colaboró con los organismos del Gobierno y llegó, de manera en parte independiente, a resultados semejantes). El objetivo era obtener la secuencia completa de un genoma humano en quince años a un coste cercano a los 3.000 millones de dólares, lo que suponía aproximadamente un dólar por letra de DNA, dado que el genoma humano tiene una longitud total de algo más de 3.000 millones de pares de nucleótidos.

El 26 de junio de 2000, el presidente Bill Clinton anunciaba frente a las cámaras de la televisión estadounidense y mundial que la primera versión del genoma humano había sido completada. Participaban en el anuncio el primer ministro británico Tony Blair, los científicos Francis Collins y Craig Venter, bajo cuya dirección se había llevado a cabo el proyecto, y otros científicos y políticos. El proyecto de descifrar el genoma humano había comenzado en 1990 con la intención de ser terminado quince años más tarde, como se ha mencionado. Avances tecnológicos más allá de los anticipados, subvenciones crecientes del Gobierno estadounidense e inversiones de empresas privadas, junto con la ingenuidad y el dedicado entusiasmo de científicos eminentes, habían acortado el plazo anticipado. La secuencia final fue anunciada en 2003, dos años antes de lo que se había vaticinado y a un coste menor de los 3.000 millones de dólares previstos.

Hacia finales de la década de 1980, cuando las posibilidades del proyecto se estaban explorando, científicos distinguidos lo apoyaban con una retórica rimbombante. El proyecto se elogiaba como el «Santo Grial» de la biología, que se uniría al mandato bíblico «conócete a ti mismo». El Nobel Walter Gilbert proclamó que de un disco de ordenador con la secuencia de DNA de un individuo se podrá decir: «Esto eres tú» (Nelkin y Lindee, 1995, p. 7). El también premio Nobel y primer director del proyecto James Watson afirmaba que «nuestro destino está en nuestros genes» (Jaroff, 1989, pp. 62-67). Daniel Koshland, en aquel tiempo director de la revista Science, proclamó que cuando debido a la secuencia «podamos predecir con precisión nuestro comportamiento futuro», seremos capaces de evitar el daño «causado por el comportamiento violento» (Koshland, 1992, p. 777).

Varias décadas han pasado desde las primeras propuestas del Proyecto Genoma Humano, y una quincena de años desde que se completó la secuencia. Es ahora evidente que aquellos grandiosos objetivos no se han llevado a cabo. Quiero referirme aquí a la cuestión que me planteó la Academia Nacional de Ciencias (NAS) de Estados Unidos en 1987. Los NIH y otras agencias del Gobierno buscaban el asesoramiento de la NAS acerca de si el proyecto debía emprenderse o no. La NAS consultó a cuatro científicos para preparar informes que evaluasen los méritos científicos de la secuenciación del genoma humano. En particular, a mí me pidieron que mirase mi propia bola de cristal e identificase los principales problemas que afrontaba la biología actual y si la secuencia del DNA humano era uno de ellos o no, o si haría avanzar de forma significativa dichos problemas. Los cuatro trabajos se publicaron conjuntamente en Issues in Science and Technology, la revista de política científica de la NAS; el mío se titulaba «Dos fronteras de la biología humana: lo que la secuencia no nos dirá» (Ayala, 1987).

Lo que escribí entonces se puede resumir metafóricamente como sigue. Supongamos que tenemos 500 volúmenes del tamaño de El Quijote, los cuales sumarán unos 3.000 millones de letras, tantas como los pares de nucleótidos de un genoma humano. Estos 500 libros están escritos usando un alfabeto que conocemos, pero en un lenguaje que no entendemos. Descifrar la secuencia de las letras en los 500 volúmenes de por sí no nos dará a conocer lo que los libros dicen. El proyecto descifrará la secuencia de los 3.000 millones de letras, pero no lo que es un ser humano. La secuencia del DNA nos brindará la oportunidad de examinar genes o grupos de genes particulares, partes pequeñas del texto, un párrafo aquí y otro allá, con el propósito de desentrañar su información genética. Descifrar el texto completo de los 500 volúmenes será tarea de muchos años.

Un gran éxito del Proyecto Genoma Humano, mucho mayor de lo que se anticipaba, fue el desarrollo de las técnicas de secuenciación masiva del DNA. En 2017 es posible obtener la secuencia completa de un genoma humano en una o dos semanas, al coste de menos de 10.000 dólares, comparados con los trece años y casi 3.000 millones de dólares que se llevó la primera secuencia. Cualquier persona que tenga interés en ello, y muchas personas lo tienen, puede obtener la secuencia de su DNA por un coste modesto.

Las nuevas técnicas han hecho posible obtener, también a un coste moderado, la secuencia del DNA de muchas otras especies, desde bacterias y parásitos unicelulares, a toda clase de plantas, hongos y animales, incluidos, claro está, muchos humanos. Las secuencias del DNA de organismos vivientes han hecho posible la reconstrucción de su «filogenia», su historia evolutiva. La paleontología, la biogeografía, la anatomía comparada, la embriología y otras disciplinas científicas proveen información sobre la filogenia de los organismos, pero la biología molecular aporta la evidencia más precisa y extensa. Secuenciando más y más genes, es posible reconstruir la filogenia de organismos vivientes particulares con tanta precisión como se desee.

Conocer la secuencia del DNA de muchas personas, como ahora se conoce, es muy útil como base de datos para biólogos y científicos de la salud. Pero tal conocimiento, por sí mismo, no contribuye a la solución de ningún problema biológico fundamental. La ciencia no hace grandes avances por inferencia inductiva, por acumulación de información descriptiva a partir de la cual emerge de alguna manera un descubrimiento importante. Por el contrario, los grandes avances de la ciencia son impelidos por hipótesis audaces, conjeturas temerarias sobre qué solución puede tener un problema particularmente significativo. A continuación ha de venir enseguida la comprobación crítica, pero solo las hipótesis pueden guiar observaciones y experimentos significativos porque son las que indican lo que vale la pena observar. La mecánica de Newton, la relatividad de Einstein, la herencia discreta de Mendel y la selección natural de Darwin, como muchos otros grandes descubrimientos científicos, se deben a proezas imaginativas sobre cómo funciona o se estructura el mundo natural. Proezas imaginativas (hipótesis) seguidas, claro está, de observaciones y experimentos que las confirman.

La secuencia completa del genoma humano ha de ser de utilidad para los biólogos y los científicos de la salud como base de datos para realizar experimentos. Pero no creo que contribuya a la solución de los principales problemas biológicos o médicos más de lo que una impresión de todas las carreteras de Estados Unidos y la anotación de todos los coches que circulan por ellas durante un año particular ayudarían a esclarecer las causas significativas de los accidentes de tráfico.

Consideraciones y reservas

¿Qué es lo que determina nuestra «humanidad»? Anatómicamente somos muy semejantes a los simios. Hueso por hueso y músculo por músculo, tenemos los mismos, evidencia de nuestra descendencia de antepasados comunes que ya tenían ese conjunto de huesos y músculos. Pero andamos erguidos, tenemos manos eficaces para escribir y manipular objetos, y un cerebro tres o cuatro veces mayor que el de los chimpancés. Para causar estas diferencias no se necesitan, parece, más genes, sino genes diferentes; y no muchos ni muy diferentes, puesto que solo implican el 1,5% de sus letras (nucleótidos del DNA). La sorpresa surge al comparar el número de genes humanos con el de otros organismos: una mosca, un gusano o una planta no parecen requerir muchos menos genes que una persona. Parece que producir un ser humano no requiere muchos más genes que producir un gusano. La opinión exaltada que tenemos de nosotros mismos había sido retada hace años, cuando se descubrió que el tamaño del genoma humano es igual al del genoma del ratón, que ambos tienen unos 3.200 millones de letras (nucleótidos). Después se descubrió que el genoma humano difiere del genoma del chimpancé solo en el 1,5% de los 3.200 millones de nucleótidos en que consiste cada uno.

Nuestra humanidad nos viene sobre todo de nuestro cerebro hipertrofiado, que nos dota de capacidades intelectuales muy superiores a las de otros animales. Es esa inteligencia exaltada la que da cuenta de los atributos distintivos de nuestra especie, lo que hemos llamado la «cultura» en sentido amplio: el arte y la literatura, la ciencia y la tecnología, las leyes y las instituciones políticas, la moralidad y la religión. Cómo pasamos de las diferencias entre los genes a las diferencias de cerebro, mano y postura —y, con estas, a las creaciones de la cultura humana— es algo a descubrir en el futuro. Tal vez nos lleve cinco décadas resolver estas cuestiones; pero, dada la marcha acelerada de la ciencia, tal vez dos décadas sean suficientes. Conocer la secuencia del genoma fue un primer paso importante.

Dos peligros a evitar, que llamaré «especificidad» y «geneticismo». Con especificidad me refiero a la tendencia de algunos científicos a identificar ciertos genes como el gen «para» la obesidad, o «para» la homosexualidad, o «para» la inteligencia. Es el caso que un gen defectuoso —defecto causado por el cambio de una o más de las letras— tiene ciertas consecuencias concretas fisiológicas o conductuales. Pero no se sigue de ello que tal gen sea el gen «para» la obesidad o el problema de que se trate. Si un transistor se estropea, mi radio portátil deja de transmitir las serenatas de Mozart que escucho con frecuencia durante mis viajes. Cuando reemplazo el transistor, vuelvo a disfrutar de la gloria de la música de Mozart. No se sigue de ello que se trate del transistor «para» Mozart, ni siquiera «para» la música; otros transistores son también necesarios. Y un ser humano es infinitamente más complejo que mi radio de baterías.

Con «geneticismo» me refiero a la tendencia de atribuir todo lo importante a los genes, olvidándonos del entorno, y concluir que las diferencias entre individuos se deben a diferencias genéticas. Supongamos, por ejemplo, que mi vanidad me inclina a tratar de ser clonado para que haya así otro Francisco J. Ayala en el mundo. Pero clonarme a mí es imposible, como veremos más adelante. Se podría clonar mi genoma, pero no hay razón para concluir que el individuo resultante fuera semejante a mí en temperamento, gustos, inteligencia, comportamiento y todos los demás atributos de lo que llamamos personalidad. Para que mi clon fuera como yo, tendría que experimentar exactamente idénticas circunstancias del entorno: desde el mismo seno de mi madre hasta mis hermanos y hermanas, las escuelas a las que fui, la España de Franco en la que pasé mi adolescencia y primera juventud, la emigración y carrera en Estados Unidos e incontables experiencias más. Con respecto a lo que más cuenta —temperamento, preferencias y personalidad—, el nuevo individuo se parecería tanto o más a otros individuos de su edad y cultura que a mí.

Parece ser que la mitad de los genes humanos tiene su contrapartida en el genoma de la mosca o del gusano. Esto es menos sorprendente de lo que pudiera parecer a primera vista. Las reacciones químicas o funciones vitales que ocurren en las células son fundamentalmente las mismas para todos los animales. Los que difieren son los procesos de diferenciación y organización de las células. Queda para el futuro descubrir qué células y cuántas se convierten en cerebro, o se necesitan para formar piernas y brazos, o para producir glóbulos rojos y tener circulación sanguínea. Discernir estas diferencias es una tarea ardua y costosa. Pero, una vez más, conocer la secuencia del genoma nos abre las puertas hacia estos descubrimientos.

Una conclusión a la que se ha llegado es que la diversidad humana es ilimitada: los dos genomas de un individuo difieren solo en el 0,1%, pero esto asciende a tres millones de letras en el DNA; además, esos dos genomas se recombinan a través de las generaciones, de manera que cada uno de los genomas que transmitimos a nuestros hijos es diferente de los demás genomas y de los genomas que recibimos de nuestros padres. Los genomas de los más de 7.000 millones de humanos son todos diferentes. Aun así, nuestra especie es claramente unitaria. Al comparar nuestro genoma con el de otros animales descubrimos sin ambages la unidad de nuestra especie. Desde los esquimales de Alaska hasta los aborígenes de Australia, pasando por Europa y Asia, somos todos de la misma naturaleza, mucho más semejantes unos a otros de lo que somos a los chimpancés, nuestros parientes animales más próximos.

Con la genómica, la biología ha entrado en el dominio de la «ciencia a gran escala» (big science), que hasta ahora era exclusiva de la física con sus grandes ciclotrones y reactores, o de la astronomía con observatorios y telescopios que cuestan miles de millones y son compartidos por varios países y por docenas de científicos. En la actualidad el genoma humano se descifra con reacciones químicas llevadas a cabo a escala industrial y usando cientos de ordenadores operando conjuntamente para dar coherencia a los resultados.

Otra innovación para la biología ha sido la cooperación entre países y entre los gobiernos y el sector privado. El Proyecto Genoma Humano fue consumado por los esfuerzos conjuntos de los Institutos Nacionales de la Salud (NIH) y el Departamento de Energía (DOE) de Estados Unidos y de la empresa privada (Celera Genomics), como ya se apuntó anteriormente. El genoma del arroz fue descifrado poco después por la compañía estadounidense Monsanto, que durante unos años no lo había hecho público aun cuando distribuía gratis datos solicitados por científicos.

Los beneficios de la genómica para la salud pública son incalculables. El genoma humano abre horizontes enormes y esperanzadores a la investigación y cura del cáncer, de las causas de la vejez y de numerosas enfermedades. También se han conseguido beneficios para la agricultura y la ganadería, y se pueden anticipar muchísimos más. A pesar de las sospechas del público, cabe poca duda de que las aplicaciones de la genómica hacen posible por primera vez eliminar la malnutrición y el hambre, que debilitan a más de mil millones de personas en el mundo. La FAO, en nombre de las Naciones Unidas, la Academia de Ciencias del Tercer Mundo y organizaciones e individuos de carácter intachable y bien informados han llegado a esa misma conclusión. Además, por medio de la genómica se puede conseguir una agricultura mucho menos perniciosa para el ambiente que la actual, con su abuso de pesticidas y fertilizantes sintéticos.

Las sospechas del público y los toques de alarma con respecto a la genómica no adolecen de razones. Se han llevado a cabo abusos y los posibles son muchos más y de grandes consecuencias. El descifrado del genoma humano y de otros organismos nos llega con una carga importante de responsabilidades morales y sociales. Los gobiernos necesitan regular el uso y aplicaciones de la genómica. Esto se puede llevar a cabo sin estrangular la posibilidad de sus aplicaciones beneficiosas. Soy optimista al respecto y anticipo que, a lo largo del siglo XXI, la genómica traerá beneficios a la humanidad que apenas podíamos vislumbrar hace unas décadas, y que los perjuicios serán pocos y rápidamente corregidos. Por el momento, lo apropiado es cautela pública y reglamentación gubernamental.

Uno de los beneficios más inmediatos de conocer el genoma es el tratamiento de enfermedades. El genoma humano hace posible identificar genes implicados en muchas enfermedades y nos da la pauta para diseñar medicamentos para tratarlas. Muchas enfermedades son el resultado de un gen defectuoso que es incapaz de producir la proteína apropiada o que produce una imperfecta. Aunque las causas sean complejas, proveer la proteína adecuada o corregir el gen defectuoso será con frecuencia la cura. Los métodos para llevar a cabo estas correcciones están avanzando a pasos agigantados, como veremos en el capítulo 7.

Una de las sorpresas de la secuenciación del genoma fue descubrir la fracción tan pequeña del genoma que está constituida por genes que codifican las proteínas. Otra, descubrir que el 50% del genoma lo forman segmentos repetidos muchísimas veces cada uno. El 43% del genoma está compuesto por cuatro tipos de segmentos —de unos cientos de letras cada uno— repetidos alrededor de un millón de veces; otro 5% son segmentos mucho más largos, repetidos cada uno miles de veces; y el 3%, segmentos muy cortos —de pocas letras cada uno— repetidos en copias numerosas.

¿Por qué tanta repetición? Ningún editor permitiría tal exuberancia en un libro, aun si proviniera del escritor más prolijo. Nos referimos a los segmentos repetidos —y a otros componentes que no son genes— como si fueran sobras (junk, en inglés). Pero las sobras no son siempre basura. Si son sobras de comida, las conservamos en la nevera para otro día; si son de muebles u otros objetos, las guardamos en el desván o trastero. Hay razones para creer que no todas las sobras del genoma son basura.

Más de la mitad de los segmentos repetidos son residuos arqueológicos que dejaron de incorporarse al genoma humano hace millones de años y están en camino, aunque lento, de desaparecer del genoma. No sabemos qué función pueden tener, si es que tienen alguna. Pero tal vez la hayan tenido en el pasado o se descubra alguna en el futuro. Por ahora, se portan como parásitos injertados en el genoma, que se reproducen con él y a su costa; de ahí que la selección natural parece que va eliminándolos.

Otros segmentos —como el millón de los llamados «Alu»— siguen apareciendo en nuevas copias injertadas en el genoma, a menudo cerca de los genes. Una hipótesis propone que los «Alu» comenzaron su existencia como parásitos del genoma en nuestros antepasados simios, pero nuestra especie los ha usurpado para su propio beneficio, para regular la respuesta del cuerpo a condiciones de gran estrés, como las altas temperaturas del desierto o los efectos tóxicos de abusar de las bebidas alcohólicas. Otra hipótesis propone que los «Alu» modulan ciertos receptores que las proteínas usan para reconocer las señales transmitidas por hormonas poderosas.

DNA chimpancé

La primera secuencia del DNA de un chimpancé se publicó en 2005 (Chimpanzee Sequencing Consortium, 2005; véase Caswell et al., 2008). En las regiones del genoma que comparten humanos y chimpancés, las dos especies son idénticas en un 98-99%. El 1% del total parece muy poco, pero supone una diferencia de 30 millones de letras de DNA de un total de 3.000 millones en cada genoma. El 29% de los enzimas y otras proteínas codificadas por los genes son idénticas en ambas especies. En cada una, del 71% de proteínas no idénticas, humanos y chimpancés difieren por término medio en tan solo dos aminoácidos. Si se tienen en cuenta los segmentos de DNA que se encuentran en una especie, pero no en la otra, los dos genomas son idénticos en cerca de un 96%, en lugar del 98-100% idénticos en las secuencias de DNA que comparten. Es decir, una gran cantidad de material genético (alrededor del 3%, o unos 90 millones de letras de DNA) se ha insertado o ha sido eliminado desde que humanos y chimpancés iniciaron sus rutas evolutivas diferentes, hace 6-7 millones de años. La mayor parte de este DNA no contiene genes que codifiquen proteínas.

La comparación de los dos genomas proporciona indicaciones de la tasa de evolución de genes concretos en las dos especies. Un hallazgo significativo es que los genes activos en el cerebro han cambiado más en el linaje humano que en el del chimpancé. También es significativo que los genes humanos que evolucionan más rápidamente son los que codifican «factores de transcripción», proteínas que controlan la expresión de otros genes. En total, se han identificado 85 genes que evolucionan más rápidamente en los humanos que en los chimpancés; entre ellos, genes implicados en la resistencia a la malaria y a la tuberculosis. La malaria es una enfermedad grave para los humanos, pero no para los chimpancés.

Los genes situados en el cromosoma Y, que se encuentran únicamente en el macho, han sido mucho mejor protegidos por la selección natural en el linaje humano que en el del chimpancé, en el que varios genes han incorporado mutaciones incapacitantes, que hacen que los genes no sean funcionales. Asimismo, varias regiones del genoma humano parecen contener genes beneficiosos que han evolucionado rápidamente en los últimos 250.000 años. Uno de ellos es el gen FOXP2, implicado en la evolución de la capacidad de hablar.

Futuras comparaciones de los genomas humano y chimpancé, así como la exploración de las funciones asociadas con genes importantes, harán progresar de manera considerable nuestra comprensión, en una o dos décadas, de qué es lo que nos hace específicamente humanos. Las diferencias empiezan temprano en el desarrollo, mucho antes del nacimiento. Los rasgos humanos más distintivos son los que se expresan en el cerebro, que explican la mente humana.

CAPÍTULO 4

VARIACIÓN GENÉTICA Y SELECCIÓN NATURAL

Introducción

Como se sugiere en el prólogo de este libro, el descubrimiento de la evolución del ser humano a partir de antepasados no humanos es quizá la contribución más importante de las ciencias naturales al conocimiento de la naturaleza humana. El ser humano sabe ahora que desciende de antepasados que no eran humanos y que su naturaleza biológica ha cambiado radicalmente desde que vivió Homo habilis, el primer antepasado que pertenece al género Homo, hace unos dos millones de años.

La naturaleza biológica de la humanidad no solo ha evolucionado, sino que continúa evolucionando todavía. La afirmación que se hace a veces de que la evolución de la humanidad se ha detenido carece de fundamento. Existe asimismo la posibilidad de que la humanidad dirija su propia evolución, de que dentro del proceso de cambio de la naturaleza humana se introduzcan proyectos y objetivos humanos. Los avances de las ciencias biomédicas, y en particular de la genética y la biología molecular, han facilitado la comprensión de las vías y medios para manipular de un modo rápido y eficiente la constitución genética de la humanidad, y han abierto la posibilidad de llevar a cabo tales manipulaciones.

La selección natural es el proceso de reproducción diferencial de variantes genéticas alternativas que da cuenta de la evolución de los organismos. Algunos biólogos, sociólogos y otros —notablemente entre ellos el genetista premio Nobel Hermann J. Muller, a quien nos referiremos de nuevo en el capítulo 6— han afirmado que la selección natural ya no ocurre en nuestra especie o, al menos, se ha reducido enormemente. Se afirma que los avances de la medicina, la higiene y la nutrición han eliminado en gran parte la muerte antes de la edad madura; es decir, la mayoría de personas viven más allá de la edad reproductiva, después de la cual la muerte ya no tiene consecuencias para la selección natural (Muller, 1950; Ayala, 1986; Plotz, 2005).

Que la humanidad continúa evolucionando biológicamente puede demostrarse porque persisten las condiciones necesarias y suficientes para la evolución biológica. Dichas condiciones son variabilidad genética y reproducción diferencial. Hay muchísima variación genética en los más de 7.000 millones de personas de la especie humana. Con la excepción de los gemelos idénticos, que se desarrollan a partir de un único óvulo fecundado, no es probable que haya dos personas que vivan en la actualidad, que hayan vivido en el pasado o que vayan a vivir en el futuro que sean idénticas desde el punto de vista genético. Gran parte de esta variación es relevante para la selección natural (Dobzhansky, 1962, 1970; Cela Conde y Ayala, 2013; Ayala, 2015a).

Selección natural

¿Se da selección natural en la humanidad moderna? La selección natural es simplemente el proceso de reproducción diferencial de variantes genéticas alternativas. Por lo tanto, se dará selección natural en la especie humana si los portadores de algunos genes tienen la probabilidad de dejar más descendientes que los portadores de genes alternativos. La selección natural consiste en dos componentes principales: mortalidad diferencial y fecundidad diferencial. Ambos procesos persisten en la humanidad moderna, aunque la intensidad de la selección debida a la mortalidad posnatal se haya atenuado algo.

La muerte puede tener lugar entre la concepción y el nacimiento (prenatal) o después del parto (posnatal). La muerte durante las primeras semanas del desarrollo embrionario puede pasar totalmente inadvertida. Pero se sabe que por lo menos el 20% de todas las concepciones humanas terminan en aborto espontáneo durante los dos primeros meses de embarazo (Ayala, 2007, 2015a). Estas muertes se deben con frecuencia a constituciones genéticas deletéreas, y por lo tanto tienen un efecto selectivo favorable en la población. La intensidad de esta forma de selección probablemente no ha cambiado de modo sustancial en la humanidad moderna, aunque se ha reducido algo con respecto a algunos genes, como los implicados en la incompatibilidad del grupo sanguíneo Rhesus, Rh. En recién nacidos o en fetos que son portadores de un alelo dominante R, se produce una enfermedad hemolítica provocada por la sangre de la madre si esta es homocigótica, rr, por un alelo Rhesus recesivo. Hacia mediados del siglo XX se descubrió un tratamiento médico que evita la reacción antagonista de la madre contra el hijo. En países avanzados, individuos rr con madre R sobreviven, los cuales hubieran muerto sin el tratamiento.

TABLA 4.1 Porcentaje de estadounidenses que nacieron entre 1840 y 1960 y sobrevivieron a los 15 y 45 años (Ayala, 1986)

Supervivencia a los 15 años (%)

Supervivencia a los 45 años (%)

Nacimiento

Hombres

Mujeres

Hombres

Mujeres

1840

1880

1920

1960

62,8

71,5

87,6

99,0

66,4

73,1

89,9

99,2

48,2

58,3

70,8

94,1

49,4

61,1

85,8

96,1

En los países técnicamente avanzados, la mortalidad posnatal se ha reducido considerablemente en épocas recientes. Por ejemplo, en Estados Unidos, de las personas nacidas en 1840 algo menos del 50% sobrevivían hasta los 45 años, el final de la edad de reproducción, mientras que de las personas nacidas en 1960, entre el 94% (hombres) y el 96% (mujeres) sobreviven hasta los 45 años (tabla 4.1). La esperanza de vida ha seguido avanzando a través de los años, de manera que para personas nacidas en 2006 la esperanza de vida en Estados Unidos era de 78 años al nacer y de 64 años para personas de 15 años; 49 años para personas de 30; 35 años para personas de 45; 22 años para personas de 60, 11,6 años para personas de 75 y 4,6 años para personas de 90 (tabla 4.2; véase también tabla 4.3). En algunas regiones del mundo, la mortalidad posnatal aún es muy alta, aunque en general se ha reducido en las últimas décadas y sigue haciéndolo. La mortalidad antes del final de la edad reproductora se halla asociada en gran parte a defectos genéticos, y así tiene un efecto selectivo favorable en las poblaciones humanas. Se conocen más de 2.000 variantes genéticas que causan enfermedades y malformaciones en los humanos; tales variantes se mantienen en frecuencias bajas debido a la selección natural. Consideraremos algunos ejemplos en los capítulos siguientes.

Podría parecer que la selección natural debida a la fecundidad diferencial se ha reducido considerablemente en los países industriales como consecuencia de la disminución en el número medio de hijos por familia que se ha dado en tiempos recientes, particularmente en países desarrollados. Sin embargo, ello no es así. La intensidad de la selección de fecundidad no depende del número medio de hijos por familia, sino de la varianza (en el sentido técnico usado en matemática estadística, que es una manera de estimar la variación) en el número de hijos por familia.

TABLA 4.2 Esperanza de años de vida en Estados Unidos para personas de cierta edad (National Vital Statistics Reports 58, 28 de junio de 2010)

Edad (años)

Esperanza de vida en años

Total

Hombres

Mujeres

0

15

30

45

60

75

90

77,7

63,4

49,2

35,2

22,4

11,6

4,6

75,1

60,9

46,9

33,1

20,7

10,4

4,1

80,2

65,9

51,3

37,0

23,8

12,3

4.8

TABLA 4.3 Porcentaje de personas de 65 años o más en distintos países (U. S. Census Bureau, International Population Reports, P95/09-1, 2009)

1980

2010

2040*

Estados Unidos

Uganda

Egipto

India

México

Brasil

China

Rusia

R.U.

Francia

Italia

Alemania

Japón

11,2

2,6

3,9

3,6

3,7

4,1

4,7

10,2

14,9

14,0

13,1

15,6

9,0

13,0

2,1

4,9

5,4

6,4

6,8

8,3

13,3

16,4

16,5

20,3

20,4

22,6

20,4

2,2

11,8

13,2

15,5

17,5

22,6

22,8

25,1

25,1

32,6

30,3

34,4

* Los datos para el año 2040 son proyecciones.

Es evidente por qué debe ser así. Si todas las personas en edad reproductiva se emparejaran y todas tuvieran exactamente el mismo número de hijos, no habría selección natural debida a la fecundidad, tanto si todas las parejas tuvieran muy pocos hijos, como si tuvieran muchos. Supóngase, en cambio, que el número medio de hijos por familia es bajo, pero que algunas familias no tienen ningún hijo, mientras que otras tienen muchos. En este caso, habrá una oportunidad considerable de selección: los genotipos de los padres que producen muchos hijos aumentarían en frecuencia a expensas de los que producen pocos o ninguno. Los estudios de poblaciones humanas han demostrado que la oportunidad de la selección natural suele aumentar a medida que se reduce el número medio de hijos. Un extenso estudio publicado en 1958 (tabla 4.4) demostraba que el índice de oportunidad para la selección debida a la fecundidad era cuatro veces mayor entre las mujeres de Estados Unidos nacidas en el siglo XX, con una media de menos de tres hijos por mujer, que entre las mujeres de Ghana o del Quebec rural, que por término medio tenían más de seis hijos. No hay pruebas de que la selección natural debida a la fecundidad haya disminuido en las poblaciones humanas modernas.

TABLA 4.4 Número medio de hijos por familia y oportunidad para la selección natural por fertilidad, If, en diversas poblaciones humanas

Población humana

Número medio de hijos

If

Zona rural de Quebec (Canadá)

Costa de Oro (África)

Nueva Gales del Sur

Estados Unidos, mujeres nacidas en 1839

Estados Unidos, mujeres nacidas en 1871-1875

Estados Unidos, mujeres nacidas en 1928

Estados Unidos, mujeres nacidas en 1909

Estados Unidos, indios navajos

9,9

6,5

6,2

5,5

3,5

2,8

2,1

2,1

0,20

0,23

0,42

0,23

0,71

0,45

0,88

1,57

If se calcula como la varianza dividida por el cuadrado del número medio de hijos. La oportunidad para la selección aumenta en general a medida que disminuye el número medio de hijos (Crow, 1958).

La selección natural puede reducirse en intensidad en el futuro, pero no desaparecerá completamente. Mientras haya variación genética y los portadores de determinados genotipos tengan más probabilidad de reproducirse que otros, la selección natural continuará. Los cambios culturales, como el desarrollo de la agricultura, la migración desde el campo a las ciudades, la contaminación ambiental y muchos otros, crean nuevas presiones de selección. Las tensiones de la vida en la ciudad son en parte responsables de la elevada incidencia de trastornos mentales en determinadas sociedades humanas. Lo que hay que tener presente es que los ambientes humanos están cambiando más rápido que nunca, debido precisamente a la tasa acelerada del cambio cultural; y los cambios ambientales crean nuevas presiones de selección natural, que fomentan la evolución biológica.

Variación hereditaria

La selección natural actúa favoreciendo a ciertas variantes genéticas a costa de otras. Es decir, para que haya selección natural tiene que haber variación entre los genotipos de diversos individuos. Considerando un gen por separado, se da variación genética cuando en la población se presentan dos o más alelos en ese gen. (Recuérdese que los alelos son las formas variantes de un gen determinado). ¿Cuánta variación genética existe en la población humana actual? Como sabemos, la respuesta es «muchísima»; pero la selección natural solo tendrá lugar si los alelos de un gen dado tienen efectos diferentes sobre la eficacia reproductiva, es decir, si los alelos alternativos afectan de manera diferencial a la probabilidad de supervivencia y reproducción.

Se estima que los dos genomas que heredamos de cada progenitor difieren en aproximadamente un nucleótido de cada mil. Como sabemos, el genoma humano, es decir, el DNA de un individuo, consta de algo más de 3.000 millones de pares de nucleótidos. Así, del orden de tres millones de nucleótidos son diferentes entre los dos genomas de cada individuo humano (uno heredado del padre y otro de la madre), lo que supone una gran cantidad de polimorfismo genético.

Además, el proceso de mutación introduce nueva variación en cada población de cualquier especie en cada generación. Se estima que la tasa de mutación en el genoma humano es de alrededor de 10-8, una mutación en un nucleótido por cada 100 millones de nucleótidos, o cerca de 30 mutaciones nuevas por genoma y por generación. Así, cada humano tiene unas 60 mutaciones nuevas (30 en cada uno de los dos genomas, heredados uno del padre y otro de la madre) que no estaban presentes en los progenitores. Si consideramos la población humana total, eso sube a 60 mutaciones por persona multiplicadas por más de 7.000 millones de personas, o más de 420.000 millones de nuevas mutaciones por generación, que se añaden a los millones de nucleótidos polimórficos preexistentes (diferentes entre el genoma heredado del padre y el de la madre). Claro está que muchas de estas mutaciones serán repetidas.

Son numerosísimas mutaciones, pero hemos de recordar que los polimorfismos que cuentan para la selección natural son los que afectan a la probabilidad de supervivencia y reproducción de sus portadores. Las mutaciones neutrales pueden aumentar o disminuir en frecuencia por azar, un proceso que los evolucionistas llaman «deriva genética», pero que no tiene consecuencias con respecto a la selección natural (Kimura y Ohta, 1971; Ohta y Gillespie, 1996).

Se dan muchos genes en nuestra especie, cuyas formas alternativas (alelos) pueden ser uno más beneficioso que el otro, al menos en ciertos ambientes, sin que se pueda decir que el alelo menos beneficioso cause enfermedad o defecto. Dos ejemplos fáciles de identificar son el gen que codifica la lactosa y el gen o genes que codifican la melanina. La lactosa permite digerir la leche y, por ello, el gen que codifica la lactosa es beneficioso en países que cultivan ganado de leche. La melanina protege del sol, que en países tropicales aumenta la incidencia del melanoma, cáncer de la piel. Pero el enfoque en el presente libro es la ingeniería genética, es decir, los métodos para remediar los genes que causan enfermedades y otros defectos. Así pues, es de estos genes de los que debemos ocuparnos.

Enfermedades hereditarias

En las poblaciones humanas se han identificado más de 2.000 enfermedades, malformaciones y otros defectos, cuya causa es genética. Los trastornos genéticos pueden ser, de acuerdo con la terminología de la genética, dominantes, recesivos, multifactoriales o cromosómicos. Los trastornos dominantes son causados por la presencia de una única copia del gen defectivo, heredado de solo uno de los progenitores, de manera que el trastorno se expresa en los individuos heterocigotos, es decir, las personas que poseen un gen (alelo) normal y uno defectivo. En los trastornos recesivos, el alelo defectuoso ha de estar presente en ambos genomas; es decir, se hereda de cada progenitor. (En el caso de genes en el cromosoma X, dado que los varones tenemos solo un cromosoma X, se expresan en ellos tanto las mutaciones recesivas como las dominantes). Los trastornos multifactoriales son causados por interacciones entre varios genes, a veces localizados en diferentes cromosomas. Y los trastornos cromosómicos se deben a la presencia o ausencia de un cromosoma entero o de un fragmento de cromosoma (Ayala y Kiger, 1984).

Ejemplos de trastornos dominantes son algunas formas de retinoblastoma y otros tipos de ceguera, el enanismo acondroplásico y el síndrome de Marfan (que se cree que afectó al presidente Lincoln de Estados Unidos). La acondroplasia es un tipo de enanismo causado por un gen dominante que hace que sus portadores tengan torso normal, pero brazos y piernas cortos y frente protuberante. Velázquez perpetuó en sus cuadros a varios acondroplásicos, como el bufón Sebastián de Morra y Mari Bárbola, que aparece en Las Meninas en la esquina inferior derecha, detrás del perro y junto a quien parece un niño, pero se trata también de un enano, aunque de tipo diferente (figuras 4.1 y 4.2). Ejemplos de trastornos recesivos son la fibrosis quística, la enfermedad de Tay-Sachs y la anemia falciforme (causada por un alelo que en condiciones heterocigóticas protege contra la malaria). Son ejemplos de enfermedades multifactoriales la espina bífida y el paladar hendido. Entre los trastornos cromosómicos más comunes está el síndrome de Down, causado por la presencia de un cromosoma 21 extra, y varios tipos de trastornos debidos a la ausencia de un cromosoma sexual o a la presencia de uno adicional, más allá de la condición normal de XX para las mujeres y de XY para los hombres. Son ejemplos el síndrome de Turner (XO) y el síndrome de Klinefelter (XXY).

FIGURA 4.1 El bufón Sebastián de Morra, pintado por Diego Velázquez

Se estima que la incidencia de trastornos genéticos con efectos físicos en la población humana actual es de no menos del 2,56%, y afecta a unos 180 millones de personas. La selección natural reduce la incidencia de los genes que causan enfermedad, de manera más efectiva en el caso de los trastornos dominantes (en los que todos los portadores del gen expresarán la enfermedad) que en los trastornos recesivos, que solo se expresan en los individuos homocigotos (es decir, con dos copias del gen defectivo, como ya se apuntó). Considérese, por ejemplo, la fenilcetonuria, conocida como PKU, una enfermedad hereditaria, debida a la incapacidad de metabolizar el aminoácido fenilalanina, que se manifiesta por una deficiencia intelectual grave y trastornos neurológicos. La fenilcetonuria es letal si no se trata. Tiene una incidencia de 1 de cada 10.000 recién nacidos, es decir, del 0,01% de la población humana. La frecuencia del alelo es de un 1%, de modo que en condición heterocigótica se halla presente en más de 70 millones de personas, pero solo el 0,01%, unas 700.000 personas, son homocigóticas y, por tanto, expresan la enfermedad y se hallan sujetas a la selección natural. La reducción de los trastornos genéticos a causa de la selección natural está compensada por su aumento debido a la incidencia de nuevas mutaciones.

La evolución biológica es dirigida por la selección natural, que no es un proceso benevolente que guíe a las especies hacia un éxito seguro. El resultado final puede ser la extinción. Más del 99,9% de todas las especies que existieron desde el origen de la vida sobre la Tierra se han extinguido. La selección natural no tiene ningún propósito; solo los humanos tienen propósitos y solo ellos pueden introducirlos en la evolución.

No ha habido ninguna especie antes de la humanidad que pudiera seleccionar su propio destino evolutivo; la especie humana puede hacerlo y, como veremos en capítulos posteriores, ya se dispone de técnicas potentes para el cambio genético directo. Puesto que tenemos consciencia de nosotros mismos, los humanos no podemos dejar de preguntarnos qué nos depara el futuro, y puesto que somos seres éticos, debemos elegir entre vías de acción alternativas, algunas de las cuales pueden parecer buenas, y otras malas. Los avances en conocimientos de genética, biología molecular, medicina y técnicas asociadas se usarán seguramente en el futuro de manera mucho más extensa y agresiva que ahora. Se ha sugerido que tales progresos podrían utilizarse para «mejorar» nuestra constitución genética, con el fin de producir seres humanos muy superiores a nosotros. Sin embargo, existen buenas razones por las que cualquier intento de mejorar la constitución genética de la humanidad, excepto en el sentido de curar enfermedades y defectos, puede no ser prudente (Dobzhansky, 1973).

FIGURA 4.2 Las Meninas de Diego Velázquez. En la esquina inferior derecha se puede ver a la acondroplásica Mari Bárbola

Hay quienes anticipan que el uso de la terapia genética, o eugenesia, aun cuando lo sea para corregir enfermedades y defectos, puede tener consecuencias perjudiciales para la humanidad a largo plazo. En condiciones naturales, es decir, sin la intervención de la medicina y de la cirugía genética, mutaciones dañinas son eliminadas de la población con mayor o menor rapidez dependiendo de la gravedad del daño que causan. En general, una mutación es eliminada más rápidamente cuanto más perjudicial sea su efecto en las personas que la poseen. Pero a causa de la intervención médica y de las terapias genéticas, ciertas mutaciones dañinas han dejado de ser eliminadas o, al menos, no son eliminadas con tanta rapidez y eficacia como en el pasado. En los capítulos que siguen discutiremos las consecuencias genéticas de la medicina moderna y los usos, actuales o previstos, de la terapia genética y otras formas de ingeniería genética.

CAPÍTULO 5

ENFERMEDADES GENÉTICAS Y MEDICINA MODERNA: ¿MEJORA DE LA HUMANIDAD O DETERIORO A LARGO PLAZO?

Introducción

«Eugenesia» es el término usado para referirse a la ciencia y las prácticas que tratan de mejorar la constitución genética de los seres humanos. Otros términos, con significados afines, son «terapia genética» y, con un sentido más amplio, «ingeniería genética». La eugenesia puede ser negativa o positiva. La eugenesia negativa, o terapia genética, se refiere a la corrección de defectos genéticos, o de sus consecuencias. La eugenesia positiva, o ingeniería genética, persigue reemplazar los genotipos de los individuos actuales con genotipos más favorables o más deseables o con los productos de tales genotipos.

La terapia genética puede ser, a su vez, de dos tipos: uno que trata de identificar en los individuos riesgos genéticos probables o posibles y aconsejarles de acuerdo con ello; y otro que persigue propiamente curar las enfermedades o defectos causados por genes anormales. Es simplemente la práctica médica, pero que se refiere a problemas de salud causados por genes particulares identificados como defectivos, lo cual permite típicamente usar terapias bien establecidas.

La eugenesia positiva o ingeniería genética, en principio, puede ser de dos tipos: «somática» o «germinal». La ingeniería genética somática actúa sobre las células u órganos del cuerpo; trata de modificar o neutralizar los genes defectivos directamente en las partes del cuerpo afectadas por ellos. La eugenesia «germinal» (reproductora) persigue la corrección de genes en las células reproductoras, es decir, en los espermatozoides y los óvulos, o la producción de individuos humanos con genotipos deseables, es decir, la clonación de individuos con atributos deseables, clonando sus genotipos. Las posibilidades de la ingeniería genética germinal son por el momento inaccesibles.

Es posible considerar, además, lo que se llama «clonación terapéutica», que es la clonación de células de un individuo no para producir otro individuo, sino para generar órganos, como un riñón, hígado o corazón, que se pudieran usar para trasplantarlos a la persona de la que proceden las células clonadas, o tal vez a otra; o, alternativamente, para producir neuronas o células neurales, también para trasplantarlas al donante, o tal vez a otra persona. Un riñón desarrollado a partir de células de un individuo dado sería aceptado por el sistema inmune de ese individuo, sin duda, mejor que uno proveniente de otro individuo, como es el caso de la práctica actual, incluso si el donante es un pariente del paciente. Lo mismo con respecto a células neurales. Pero es necesario añadir aquí dos consideraciones. La primera es que este tipo de clonaciones pertenecen a la eugenesia somática; es decir, serían casos de terapia genética, no de clonación de individuos, como ya se ha indicado. La segunda consideración es que la clonación terapéutica no es todavía técnicamente factible.

Eugenesia y futuro biológico

La humanidad continúa evolucionando, como hemos dicho en capítulos anteriores. ¿Hacia dónde se dirige la evolución humana? ¿Cómo será nuestro futuro biológico? Algunos genetistas y otros científicos, así como distintos autores de divulgación, han afirmado que el uso de la eugenesia, aun cuando lo sea para corregir enfermedades y defectos, puede tener consecuencias perjudiciales para la humanidad a largo plazo.

Como hemos expresado en capítulos anteriores, en las poblaciones humanas se han identificado más de 2.000 enfermedades, malformaciones y otros defectos, cuya causa es genética (Fontdevila y Moya, 1999; Mosterín, 2006). Consideremos la fenilcetonuria, mencionada en el capítulo 4, causada por un gen recesivo. En el caso de un niño nacido con PKU, la fenilalanina se acumula en el organismo y se hace tóxica para el cerebro, causando incapacidad mental y finalmente la muerte durante la infancia. Con una dieta apropiada, que requiere evitar en su alimento el aminoácido fenilalanina (uno de los 20 tipos de aminoácido que se dan en las proteínas), el niño puede llegar a ser adulto y llevar una vida prácticamente normal. Si el paciente tiene hijos, pasará sus genes PKU a ellos, que no padecerán la enfermedad si el otro progenitor no porta el gen PKU. En consecuencia, el gen aumentará en frecuencia de generación en generación. A cuantos más pacientes se cure, más habrá que curar en el futuro.

¿Con qué rapidez aumentará la frecuencia del gen? No necesitamos entrar aquí en los detalles de las ecuaciones que describen estos procesos. Baste decir que si se curase a todos los pacientes PKU en el mundo, la frecuencia del gen aumentaría con ello de 0,01 a 0,02 en cien generaciones y que el número de pacientes aumentaría de 1 en 10.000 a 4 en 10.000 personas. Naturalmente, no es posible en la actualidad sanar a todos los niños que nacen con fenilcetonuria; pero no cabe duda de que cuantos más pacientes se curen y tengan hijos, tantos más habrá que curar en el futuro. No hay que menospreciar las exigencias de curar al número creciente de pacientes, pero desde el punto de vista de la población humana el aumento no es drástico. Además, cabe pensar en el progreso de la medicina y de la ingeniería genética a través del tiempo. Cien generaciones requieren 3.000 años. Es fácil imaginar que, muchísimos años antes de llegar a la duplicación de la frecuencia del gen PKU, se habrán descubierto tecnologías que curarían la enfermedad a nivel genético y el alelo defectuoso podría tal vez ser así eliminado de la población.

Consideremos ahora otra dolencia genética cuya herencia es de tipo diferente a la anterior. El retinoblastoma causado por el gen RB1 es una enfermedad cancerosa de la retina causada por una mutación del gen. Pero se trata de una mutación dominante, es decir, que todos los portadores del gen mutado sufren la enfermedad. El gen RB1 reside en el cromosoma 13. (Los humanos tenemos 23 pares de cromosomas). El retinoblastoma debido a RB1 tiene manifestaciones un tanto variables. Típicamente, durante la infancia se produce un crecimiento tumoral que empieza primero en uno de los ojos, se extiende rápidamente al otro y, por fin, al cerebro, causando la muerte del individuo, por lo común antes de la pubertad. Si el retinoblastoma se diagnostica a tiempo, es posible salvar la vida del niño por medio de una operación quirúrgica, que amputa el ojo canceroso, o los dos ojos si es el caso, es decir, que la pérdida de uno o incluso de los dos ojos es en general inevitable. La cura es eficaz en el 95-98% de los casos. La persona curada puede llevar una vida más o menos normal, emparejarse y tener hijos, pero la mitad de estos nacerán con retinoblastoma y necesitarán del tratamiento quirúrgico a su vez.

Antes de que el progreso médico hiciera posible la cura, las mutaciones del retinoblastoma que aparecían en las poblaciones humanas eran eliminadas con la muerte de sus portadores en la misma generación. En el momento presente, las nuevas mutaciones que surgen en cada generación van sumándose a las que tuvieron lugar en generaciones anteriores y han sido transmitidas a los descendientes gracias a la cirugía que detuvo la enfermedad en los retinoblastómicos. Si todos los pacientes curados de retinoblastoma se emparejan y tienen hijos, el número de casos se incrementaría a través de las generaciones, aumentando cada generación por el número de nuevas mutaciones, que es aproximadamente el número de mutaciones que existen en la humanidad actual. Claro está que curar a todos los niños que nacen en el mundo con retinoblastoma no es posible, como en el caso de la fenilcetonuria, ni mucho menos en el momento actual.

Hay bastantes dolencias hereditarias cuya manifestación puede curarse hoy en día de manera parcial o total y el número de las que cuentan con tratamiento clínico aumenta con rapidez. El problema resulta aún más acuciante cuando se consideran los trastornos mentales. Se ha estimado que cerca del 1% de la población sufre de esquizofrenia o de lo que se llama enfermedad esquizoide; unas enfermedades que pueden estar determinadas por una sola o varias mutaciones genéticas. Hacia el 3% de la población humana sufre discapacidad intelectual (IQ menor de 70), condición determinada poligénicamente, es decir, mediante la interacción de múltiples genes. En conjunto, cerca de 300 millones de personas en el mundo sufren defectos o enfermedades mentales causados por su herencia biológica. Muchas de tales personas no podrían sobrevivir en las condiciones de una civilización primitiva, mientras que hoy en día lo hacen y se reproducen.

Un aumento, por pequeño que sea, de individuos con dolencias y defectos genéticos es intrínsecamente indeseable, tanto por el sufrimiento de sus portadores y parientes como por la carga social que supone. Pero la alternativa es peor: consiste en negar la cura a los ya nacidos y dejarles que sufran o mueran (Mosterín, 2001).

Consejo terapéutico y amniocentesis

Consideremos las posibilidades de la diagnosis y consejo terapéutico. Existen ahora en muchos países —y su número crece— clínicas genéticas y consultorios médicos cuyo propósito es descubrir la presencia de defectos genéticos crípticos en quienes van a ser progenitores, para aconsejarles respecto de la probabilidad de que tales defectos se manifiesten en sus hijos. Como defectos genéticos crípticos se incluye la presencia de un gen defectivo asociado con uno normal en el caso de los genes «recesivos» que, como ya hemos dicho, es lo que ocurre cuando el carácter solo se manifiesta si el gen defectivo se ha heredado tanto del padre como de la madre. Un individuo portador de un alelo de fenilcetonuria cuyo par es normal no padece la PKU, pero transmitirá ese alelo a la mitad de sus descendientes. Si su pareja es también portadora de un gen PKU, existe una probabilidad del 25% de que cada hijo que tengan sufra la PKU (la probabilidad de que el hijo haya heredado el alelo PKU de la madre es 0,50; que lo herede del padre es también 0,50; que lo herede de los dos es 0,50 × 0,50 = 0,25).

Las personas que acuden a tales clínicas y consultorios médicos tienen razones para sospechar que son portadores de algún defecto genético. Tal es el caso de personas con familiares en los que el defecto es manifiesto. Por ejemplo, es posible, con una probabilidad no trivial, que un hermano o un tío de una persona con PKU sea portador del gen defectivo. Pero hay otras razones para ir a un consultorio genético, como las madres de 35 años de edad o más, cuyas probabilidades de concebir hijos con defectos cromosómicos son altas. Por ejemplo, la probabilidad de que una mujer de menos de 30 años tenga un hijo con síndrome de Down es de menos de uno por mil. A partir de esa edad, la probabilidad aumenta rápidamente llegando a un uno por cien a los 40 años y a uno por cincuenta a los 45 (figura 5.1). El síndrome de Down se debe a la presencia de tres copias del cromosoma 21 en vez de las dos copias normales. El síndrome de Turner y el síndrome de Klinefelter son otros ejemplos de anomalías cromosómicas serias cuya incidencia aumenta muy deprisa con la edad de la madre.

FIGURA 5.1 Relación entre la edad de la madre, el número total de nacimientos y el número total de casos de mongolismo (síndrome de Down). La línea gruesa representa el número de nacimientos con síndrome de Down, la línea delgada la incidencia del síndrome de Down y la línea quebrada el número total de nacimientos. Aunque las madres de más de 35 años producen una fracción pequeña de todos los nacimientos, la mayoría de los casos de Down son atribuibles a ellas, debido a que la incidencia del síndrome aumenta considerablemente con la edad. Este es un ejemplo de cómo las costumbres sociales que afectan, por ejemplo, a la edad reproductora de las mujeres, tienen consecuencias importantes en la incidencia de defectos determinados genéticamente

En las clínicas con tecnología apropiada se puede analizar la constitución genética de los padres para comprobar si son o no portadores de genes o de cromosomas defectivos. Es posible calcular así la probabilidad de que un hijo vaya a sufrir la enfermedad, como en el ejemplo de PKU citado antes. Los futuros padres pueden decidir no tener hijos o arriesgarse a tener uno con anomalías genéticas. Pero es posible ir incluso más allá. Las técnicas como la amniocentesis (del griego amnion, membrana, y kentesis, perforación) permiten descubrir si el feto posee o no características genéticas indeseables. La amniocentesis se lleva a cabo insertando una aguja larga a través del abdomen de la madre encinta para obtener una muestra pequeña de fluido amniótico, que es el líquido en el que flota el feto y que contiene células fetales (figura 5.2). Otras técnicas para determinar las características genéticas del feto se han desarrollado recientemente (Palomatri et al., 2011; Norton, 2016). Si se determina que el feto posee una constitución genética indeseable, los padres pueden optar por el aborto. Es esta una decisión con implicaciones morales y religiosas y, en algunos países, incluso con repercusiones legales.

FIGURA 5.2 La amniocentesis se practica extrayendo 15-20 cc del fluido amniótico que rodea al feto. Las células presentes en el fluido pueden ser cultivadas en el laboratorio y sometidas a pruebas bioquímicas y análisis de los cromosomas. Docenas de condiciones fatales, como el mongolismo (síndrome de Down), pueden ser así identificadas. © 123RF

Investigar si los padres son portadores de un defecto genético o si el feto expresará tal defecto son prácticas deseables cuando hay razones para sospechar la presencia de un defecto genético en particular, como en los ejemplos ya citados. Varios centenares de anomalías genéticas podrían ser descubiertas analizando las células de los padres o por medio de la amniocentesis, pero los costes y el uso apropiado de recursos técnicos se justifican principalmente cuando hay alguna razón seria para ello, como la edad de la madre o la presencia del defecto genético en familiares cercanos de los que van a ser progenitores.

Ingeniería genética somática

Pero es posible ir más allá y proveer a individuos con defectos genéticos con las sustancias que les faltan o son defectuosas, usando de hecho genes para obtener los productos humanos que necesitan. Los diabéticos necesitan inyectarse la hormona insulina para poder digerir el azúcar que, sin ella, se acumula en el organismo con efectos debilitantes y hasta fatales. La insulina es una proteína sintetizada en el páncreas. La compañía farmacéutica Eli Lilly introdujo en el mercado Humulin, una insulina idéntica a la humana porque está sintetizada precisamente bajo el control del gen humano de la hormona. La producción de insulina humana fue el primer éxito farmacéutico a gran escala de la ingeniería genética, una tecnología emergente que llegó de la mano de los avances de la genética molecular: la venta anual de Humulin alcanza más de 3.000 millones de euros.

Los elementos esenciales del proceso de ingeniería genética llamado «DNA recombinante» pueden explicarse sin muchas complicaciones. El gen de la insulina extraído de un páncreas humano es introducido en un plásmido, que es una cadena circular de DNA. El plásmido que contiene el gen es introducido a su vez en bacterias inofensivas y fáciles de multiplicar en un laboratorio apropiado. Cuando las bacterias se multiplican, sintetizan las proteínas codificadas por sus propios genes, como es lógico, pero también la insulina codificada por el gen introducido que las bacterias tratan como si fuera uno de los suyos. La insulina extraída de grandes masas de estas bacterias es idéntica a la insulina humana y funciona de manera tan eficaz como la original.

A partir de 1982, los éxitos de la ingeniería genética en producir hormonas, proteínas y otros productos biológicos de beneficio farmacéutico han aumentado a gran velocidad (Gibson, 2015). Uno de los éxitos más inmediatos fue la producción de somatotropina, la hormona humana del crecimiento (hGH, human Growth Hormone). La hGH se produce en la glándula pituitaria del cerebro, de donde pasa a la circulación sanguínea con influencia en los tejidos y órganos del individuo. La deficiencia de hGH en los niños detiene su crecimiento y da como resultado el enanismo, pero además causa en los adultos una fatiga extrema, ansiedad, depresión y malestar general. Aproximadamente tres de cada diez mil adultos sufren deficiencias de hGH. El gen de la somatotropina fue integrado por primera vez en las bacterias en 1979 usando las técnicas de DNA recombinante. En 1985, la hGH proveniente de bacterias fue introducida en el mercado. Pero también apareció un uso no medicinal de la hGH: igual que en el caso de otros esteroides, la hormona aumenta la masa muscular. Su administración a los atletas ha llevado a dificultades con los comités olímpicos y deportivos y, en general, a su rechazo por gran parte del público.

La ingeniería genética ha producido durante las dos últimas décadas un gran número de hormonas, enzimas, factores antihemofílicos, anticuerpos monoclonales que evitan el rechazo de los trasplantes, interferones para controlar la leucemia, la hepatitis y la esclerosis múltiple, activadores plasminógenos para tratar los infartos y muchos otros fármacos de grandes beneficios para la humanidad.

La medicina utiliza medicamentos diversos para curar enfermedades: muchos de ellos derivados de las plantas o de animales; otros, sintetizados en el laboratorio mediante procesos químicos o usando genes humanos introducidos en bacterias. El paso siguiente, y un éxito más de la ingeniería genética, es introducir genes humanos normales en las células apropiadas donde los individuos normales sintetizan las sustancias de las que los enfermos carecen. Lo que se administra al enfermo no es ya la sustancia de la que carece, sino el DNA que permite al individuo sintetizar de manera continua en sus propias células las proteínas, enzimas y otros componentes necesarios, en vez de tener que ingerirlos o recibirlos mediante una inyección repetidamente.

La terapia genética o ingeniería genética se refiere así a las técnicas usadas para corregir defectos en el DNA de los humanos. La cirugía genética consiste, de manera precisa, en la manipulación directa del material hereditario (DNA) humano empleando las técnicas de DNA recombinante. El descubrimiento de las técnicas de DNA recombinante y sus primeras aplicaciones a bacterias datan de principios de la década de 1970. Su aplicación experimental a los seres humanos comenzó hacia finales de los años ochenta del siglo pasado. Hacia principios de la segunda década del siglo XXI, se han descubierto métodos precisos, como CRISPR-Cas9, que exploraremos en el capítulo 7, que hacen posible corregir de manera exacta genes deficientes.

A veces es posible curar al individuo o, al menos, mejorar su condición, aun en casos en los que la ingeniería genética solo puede llevarse a cabo hasta un punto limitado. Consideremos, por ejemplo, la mutación responsable de la anemia falciforme. La hemoglobina de las personas que sufren anemia falciforme es incapaz de transportar con eficacia el oxígeno desde los pulmones hasta el resto del cuerpo, donde sirve de comburente en las reacciones químicas que constituyen las funciones vitales. Las personas que sufren de anemia falciforme mueren, por lo general, antes de alcanzar la madurez. La enfermedad se debe a un defecto en la cadena β de la hemoglobina, una de las dos proteínas (α y β) que constituyen el 98% de la hemoglobina de los humanos adultos. Las cadenas α y β están determinadas cada una por un gen diferente. La cadena beta (β) consta de 146 aminoácidos consecutivos; el sexto aminoácido es el ácido glutámico en la hemoglobina normal y la valina en la hemoglobina falciforme. Si por mutación en el gen de la cadena β se cambia una letra de ese triplete en particular (un nucleótido de los 438 que codifican sus 146 aminoácidos), la hemoglobina final tendrá en ese lugar preciso el aminoácido valina en vez del ácido glutámico. Tal cambio de una sola letra en el DNA tiene consecuencias fatales (figura 5.3). Pero si fuera posible sustituir el nucleótido mutante por el normal, la hemoglobina y el individuo funcionarían de manera adecuada.

La cirugía genética tiene precisamente este objetivo: rectificar la información genética del individuo reemplazando el DNA defectuoso por DNA normal. La operación se puede llevar a cabo sustituyendo un nucleótido por otro, o el gen anormal completo por el normal. El procedimiento hoy en uso en el caso de la anemia falciforme consiste en insertar un gen adicional no mutante en el paciente, con el cual puede producir hemoglobina normal (aunque si el gen anormal no ha sido neutralizado, seguirá produciendo también la hemoglobina anémica). El primer paso consiste en incorporar el gen deseable en un plásmido, la cadena circular corta de DNA ya mencionada, que tiene la propiedad de introducirse en el DNA de otros organismos. El segundo paso consiste en la introducción del gen que codifica la hemoglobina β en el individuo enfermo; en la médula espinal, donde se encuentran las células madre que producen los glóbulos rojos, a través de la vida del individuo. El nuevo gen se expresa en el organismo (es decir, funciona como si fuera un gen preexistente).

FIGURA 5.3 Los siete primeros aminoácidos de la cadena beta de la hemoglobina humana. La cadena beta consiste en 146 aminoácidos. Los individuos normales tienen el ácido glutámico en la sexta posición, mientras que los anémicos falciformes tienen en este lugar la valina. El ácido glutámico está codificado por los codones GAA o GAG en el RNA mensajero. Una mutación que cambia el segundo nucleótico de A a U resulta en los codones GUA o GUG, que codifican la valina

La cirugía genética se aplica a las células y tejidos en los que se expresa el gen deficiente, con lo que el organismo puede llevar a cabo las funciones normales. Pero si (como hasta ahora es siempre el caso) no se corrige el gen en las células germinales —óvulos o espermatozoides—, el individuo transmitirá el gen anormal a sus descendientes.

En principio, la cirugía genética podría usarse para rectificar las células germinales, con lo que el individuo transmitiría a sus descendientes unos genes con funciones normales. Esto no es posible en el estado actual de la tecnología, pero es del todo imaginable que pueda ser posible en un futuro próximo. Las consecuencias para las generaciones futuras son muy diferentes en los dos casos. Si se cura solo al individuo, la incidencia de los defectos genéticos aumentará: las mutaciones de los individuos curados se suman a las nuevas mutaciones. Manipular la línea germinal humana plantea cuestiones legales y morales difíciles de resolver con las que habrá que enfrentarse cuando la cirugía genética germinal sea en la práctica posible. Por el contrario, la cirugía genética somática no tiene implicaciones legales o morales en principio diferentes de las que plantea la práctica de la medicina común. Se trata de curar por los distintos medios disponibles a quienes sufren enfermedades o defectos genéticos.

CAPÍTULO 6

PROMESAS FATUAS DE EUGENESIA Y CLONACIÓN: LOS PREMIOS NOBEL H. J. MULLER Y W. R. SHOCKLEY

Introducción

Sociólogos, políticos, médicos, genetistas y otros especialistas se han planteado a veces la posibilidad de mejorar la condición humana y han avanzado proyectos para conseguir un «mundo feliz», mejorando la condición humana, prolongando su longevidad y evitando las enfermedades, pero también, y más importante, consiguiendo el progreso de las cualidades intelectuales y morales de la humanidad futura. El gran científico Hermann J. Muller es sin duda el campeón más distinguido entre los proponentes de la mejora de la condición humana, precisamente manipulando la constitución genética de la humanidad. Vale la pena examinar el estado de la cuestión, esto es, hasta dónde llega el conocimiento técnico correspondiente, considerando también, aunque brevemente, las implicaciones éticas y sociales de tales propuestas.

Hermann J. Muller

Hermann J. Muller (1890-1967) estudió genética y obtuvo un doctorado en la Columbia University en Nueva York, bajo la dirección de Thomas Hunt Morgan (1866-1945), en el famoso «laboratorio de moscas» (fly room), publicando su tesis en 1916, en cuatro artículos sobre el mecanismo de entrecruzamiento (crossing over) genético o recombinación en la mosca del vinagre, Drosophila melanogaster (Muller, 1916, 1962). Morgan recibiría el premio Nobel en Fisiología o Medicina en 1933, por sus muchos descubrimientos que contribuyeron a establecer la teoría cromosómica de la herencia, el primer genetista en recibir el premio Nobel. Muller lo recibiría en 1946 por su descubrimiento en 1927 de los efectos mutagénicos de los rayos X, que no solo dañan tejidos y células, sino que, además, causan mutaciones permanentes en los genes, que en su mayoría son dañinas (Muller, 1927, 1928).

Socialista convencido, Muller emigró a la Unión Soviética en 1933 y fue nombrado «genetista principal» (senior geneticist) en el Instituto de Genética de Leningrado (hoy día, San Petersburgo, como se llamaba antes de que el nombre fuera cambiado, primero a Petrogrado de 1914 a 1924, y luego a Leningrado, de 1924 a 1991), donde permaneció hasta 1937, cuando su oposición pública a Lysenko y a su teoría de la herencia de los caracteres adquiridos provocó la ira de Stalin, poniendo su vida en peligro de encarcelación o incluso de muerte, en opinión de colaboradores y amigos. La excusa para salir de la Unión Soviética fue presentarse como voluntario para participar, junto con otros rusos, en la guerra civil española. Pero tan pronto como llegó a Barcelona, Muller salió para Edimburgo, en Escocia, en cuya universidad trabajó hasta 1940, pasando el resto de su vida científica como profesor en la Indiana University, en Estados Unidos, tras haber renunciado finalmente al marxismo.

A lo largo de su vida profesional, empezando ya con Salir de la noche: la visión del futuro de un biólogo (Out of the Night: a Biologist’s View of the Future, 1935), escrito durante su estancia en Rusia, expresó gran preocupación sobre el futuro biológico de la humanidad. En 1939, en asociación con el Séptimo Congreso Internacional de Genética, celebrado en Edimburgo, publicó el llamado Manifiesto de genetistas (The Geneticists’ Manifesto; Muller, 1939) escrito por Muller y apoyado por veinte eminentes genetistas, donde proclama que «cualquier madre, casada o no, o cualquier pareja, consideraría un honor» concebir hijos obtenidos por inseminación artificial, usando semen de hombres distinguidos:

Los objetivos genéticos más importantes, desde el punto de vista social, son el mejoramiento de aquellas características genéticas que afectan: a) la salud, b) la inteligencia, y c) aquellas cualidades de temperamento que favorecen los comportamientos sociales. La divulgación del conocimiento de los principios biológicos traerá consigo el reconocimiento de que se puede hacer mucho más que prevenir el deterioro genético; es posible además elevar el nivel de la población promedio a los más altos niveles como el de los mejores individuos en cuanto a la salud, la inteligencia y el temperamento. Tal es una hazaña que debería ser (solo tomando en cuenta consideraciones genéticas) físicamente posible en pocas generaciones. Entonces todos trataríamos de ser genios como un derecho de nacimiento.

Muller desarrolló las mismas ideas a través de los años en otras publicaciones, algunas de ellas muy extensas, como Nuestro lastre genético (Our Load of Mutations; Muller, 1950) y Guía de la evolución humana (The Guidance of Human Evolution; Muller, 1959).

Muller anticipa que la medicina y la terapia genética, si se siguieran practicando como se llevaban a cabo en su tiempo, conducirían a un futuro ruinoso, en el que nuestros descendientes dedicarán su vida a curarse de múltiples enfermedades y rectificar un organismo quebrado por la acumulación de taras hereditarias. Según Muller, el control de la enfermedad y los defectos debidos a nuestros genes es ficticio. Cuantas más dolencias genéticas se curen y más individuos con taras genéticas sobrevivan y procreen, tantos más habrá que curar y rectificar en el futuro. Según Muller, en un futuro no muy distante:

FIGURA 6.1 Hermann J. Muller, 1890-1967

... la organización biológica natural de nuestros descendientes se habrá desintegrado y será reemplazada por un total desorden [...]. Al final, será más fácil y razonable fabricar un hombre completo ex novo, a partir de materias primas adecuadamente elegidas, que tratar de remodelar una forma humana con las reliquias lastimosas de los supervivientes.

Eugenesia

¿Tiene razón Muller? En el capítulo 5 se mencionaron varias enfermedades, como el retinoblastoma RB1, que se pueden curar. La persona curada puede llevar una vida más o menos normal, emparejarse y tener hijos, pero como ya se indicó en capítulos anteriores, como el RBI es causado por un gen dominante, la mitad de los hijos nacerán con retinoblastoma RB1 y necesitarán, a su vez, tratamiento quirúrgico. Antes de que el progreso médico hiciera posible la cura, las mutaciones del retinoblastoma que aparecían cada generación en las poblaciones humanas eran eliminadas con la muerte de sus portadores. En el momento presente, las nuevas mutaciones que surgen en cada generación van sumándose a las que tuvieron lugar en generaciones anteriores y han sido transmitidas a los descendientes gracias a la cirugía que detuvo la enfermedad en los pacientes, haciendo posible que estos sobrevivieran y tuvieran hijos.

Como ya vimos, hay bastantes dolencias hereditarias cuya manifestación puede curarse hoy en día de manera parcial o total, y el número de las que cuentan con tratamiento clínico aumenta con rapidez. Pero es el caso que si las personas curadas tienen descendientes, mayor será el número de ellas que tendrán que ser objeto de tratamiento médico en sucesivas generaciones. El dilema es claro. Si es posible curar, las consideraciones morales implican la obligación de hacerlo. Como ha escrito el gran genetista evolucionista Theodosius Dobzhansky (1973):

Si permitimos que los débiles y deformes vivan y propaguen sus caracteres, nos enfrentamos con la perspectiva de un ocaso genético. Pero si los dejamos morir o sufrir cuando podemos salvarlos o ayudarlos, nos hallamos frente a la certidumbre de un ocaso moral.

Cuando se consideran todas las dolencias hereditarias en su conjunto, la proporción de recién nacidos que sufrirán durante su vida de algún defecto físico serio debido a su herencia biológica es aproximadamente el 2%, como se citó en el capítulo 5. Cerca de 100 millones de niños nacen en el mundo cada año; unos dos millones poseen dolencias serias transmitidas por vía genética. Si consideramos, además, los trastornos mentales como la esquizofrenia, otras enfermedades esquizoides y la discapacidad intelectual extrema (IQ menor de 70), el número de personas afectadas en el mundo actual por dolencias hereditarias se calcula en unos 300 millones. Muchas de esas personas no podrían sobrevivir en las condiciones de una civilización primitiva, pero hoy en día lo hacen y se reproducen.

FIGURA 6.2 Theodosius Dobzhansky, 1900-1975

Antecedentes históricos

Puede ya adscribirse cierta ansiedad sobre la posible decadencia de la humanidad, debido precisamente a los cuidados y remedios ofrecidos por la sociedad moderna, a Robert T. Malthus (1766-1834), quien anticipaba una futura crisis de la humanidad a causa de su crecimiento exponencial, a no ser que se restringiera la tasa de nacimientos, voluntariamente o por control de la natalidad por las autoridades o gobiernos. Más adelante fue un primo de Darwin, Francis Galton (1822-1911), quien acuñó el término «eugenesia» (de raíces griegas por «bien nacido»), autor de Genio hereditario (Hereditary Genius, 1869), donde arguye que las características tanto de los hombres geniales y ricos como las de los pobres y débiles se deben en buena parte a la herencia biológica.

En Estados Unidos, Charles B. Davenport fundaría en 1910, en Cold Spring Harbor, Long Island (Nueva York), la «Oficina de Registro Eugenético» (Eugenics Record Office), buscando y catalogando a albinos, epilépticos, enfermos mentales, criminales y otros individuos débiles, convirtiendo la eugenesia en un culto y promoviendo la esterilización de los débiles. Un caso notorio fue la propuesta de esterilización de Carrie Buck, llevado al Tribunal Supremo de Estados Unidos, conocido legalmente como Buck v. Bell. Carrie Buck, de 18 años de edad, había sido declarada «genéticamente imbécil», al igual que su madre. Para aprobar la esterilización se necesitaban tres generaciones de discapacitados mentales. El gobierno del estado de Virginia argüía que la hija de siete meses de Carrie era también «imbécil». El Tribunal Supremo, por un voto de 8 a 1, declaró estar de acuerdo. La decisión, escrita por Oliver Wendell Holmes en la segunda década del siglo XX, afirmaba que «tres generaciones de imbéciles son más que suficientes» (Cohen, 2016).

La situación que había cambiado para el segundo tercio del siglo XX era el avance de la medicina, que hacía posible curar a más y más enfermos, además del descubrimiento de que las causas eran frecuentemente genéticas, junto a la inseminación artificial y la fertilización in vitro, que hacían posible usar espermas de hombres bien dotados, incluso de genios, en la producción de huevos fecundados, y permitía, en la visión de Muller y otros, la mejora genética de la humanidad.

El plan que Muller propone para evitar el deterioro y emprender el camino opuesto hacia la mejora genética de la humanidad comienza por establecer bancos de semen donde se almacenaría el líquido seminal de hombres de gran mérito. Este semen, según Muller, podría ser utilizado por cualquier pareja que prefiriese tener un hijo engendrado por un hombre genial en vez del marido. Por medio de la inseminación artificial, millones de mujeres podrían ser fecundadas con el semen de unos pocos grandes hombres, y las características hereditarias de estos se multiplicarían así por toda la humanidad. En opinión de Muller, pocas mujeres rechazarían tener un hijo engendrado por hombres como Leonardo da Vinci, Newton, Beethoven, Einstein o Lincoln. (La lista inicial de Muller incluía a Marx y Lenin, pero más tarde, cuando sus convicciones políticas cambiaron, sus nombres desaparecieron de ella).

Muller sugiere ir aún más lejos. Una mujer produce durante su vida unos 500 óvulos, y la larga duración de su embarazo es el factor que limita el número de hijos que puede tener en su vida fértil. Según Muller, sería posible escoger mujeres de gran mérito, extraer sus óvulos y almacenarlos en condiciones fisiológicas apropiadas. En tal caso, un matrimonio podría elegir no solo al padre sino también a la madre genética de sus hijos. Los óvulos podrían ser fecundados in vitro e implantados en la madre futura, donde se desarrollarían de la manera tradicional. La fertilización in vitro es un procedimiento usado por miles de mujeres cada año pero, según Muller, cuando el progreso técnico lo permita, el huevo fecundado de manera artificial podría desarrollarse en el laboratorio en condiciones extrauterinas.

¿Es factible la propuesta de Muller?

La conservación de semen humano en condiciones fisiológicas apropiadas durante periodos más o menos largos puede llevarse a cabo sin mayores dificultades. De hecho, existen en Estados Unidos y en otros países bancos de semen en los que las personas interesadas pueden depositar su esperma para usarlo más adelante o hacerlo asequible a otras personas. Ni la inseminación artificial ni la fecundación in vitro presentan tampoco dificultades técnicas: miles de mujeres son fecundadas y muchas conciben por medio de la fertilización in vitro. Cientos de niños normales han sido concebidos con semen que se obtuvo de los bancos mencionados, en la mayor parte de los casos porque el marido era estéril y en los restantes porque se trataba de mujeres que no estaban casadas o no querían seguir el procedimiento común. En general, las razones dadas para la inseminación artificial en casos como los citados no tienen nada que ver con los objetivos de la eugenesia.

Por el momento, no existen técnicas para la extracción masiva de los óvulos de la mujer, aunque sí puede obtenerse un óvulo, cuando está maduro y presto para ser fertilizado. Es posible, de hecho, colectar varios óvulos maduros. Pero no se ha llevado a cabo el desarrollo completo de un embrión humano fuera del útero, tanto por dificultades técnicas como debido a implicaciones legales y éticas. Hay ejemplos confirmados de desarrollo embrionario parcial in vitro, según los cuales los embriones murieron espontáneamente o fueron destruidos a propósito después de una o dos semanas de desarrollo. En Estados Unidos y otros países occidentales, el desarrollo del embrión en el laboratorio más allá de la primera semana (o de la segunda, dependiendo del país) es ilegal.

Pero otras dificultades se añaden a las señaladas. Al margen de las cuestiones técnicas, un problema básico que surge respecto a la selección germinal como procedimiento de eugenesia es cómo determinar quiénes son los que poseen un genotipo ideal o cuáles son las características cuya expresión se desea aumentar en la población humana. A veces se menciona la inteligencia como una cualidad claramente deseable, con lo que sería posible estar de acuerdo. Pero la capacidad de creación artística y un sinfín de cualidades sociales y morales serían igual de importantes o más. Surge también el problema de la edad de los donantes. Por ejemplo, en los hombres, aquellos que son reconocidos como insignes, lo son cuando ya tienen edad avanzada, frecuentemente más allá de los 50 o los 60 años. Pero a medida que avanza la edad, la calidad biológica del semen se deteriora y las mutaciones se acumulan. La situación es semejante o peor en las mujeres, en las que el síndrome de Down aumenta con la edad, como vimos en el capítulo 5. De hecho, parece ser que muchos casos de aborto que ocurren espontáneamente se deben al deterioro biológico de los óvulos maternos.

Genotipo y fenotipo

Otro problema fundamental y decisivo se refiere a la primacía absoluta que están dando al componente genético del individuo quienes, como Muller, proponen las técnicas de mejora genética. La persona es el resultado de la interacción entre su constitución hereditaria y el ambiente en que vive: de esa interacción procede el conjunto de sus experiencias conscientes e inconscientes, desde su concepción hasta su muerte. El genotipo determina solo la norma o ámbito de reacción (range of reaction) del genotipo del individuo; en ambientes distintos, un mismo genotipo puede producir resultados muy diferentes. Esta idea, bien conocida por los genetistas, es al parecer olvidada por quienes proponen la selección germinal y la multiplicación del genotipo de hombres o mujeres eminentes.

Volveremos sobre esta cuestión fundamental en el capítulo final, donde trataremos sobre la clonación de seres humanos. Pero este es un momento adecuado para subrayar que la influencia del ambiente es más compleja e importante en los humanos que en ningún otro organismo. En el desarrollo de las personas influyen no solo el clima y el entorno físico, sino también, y de manera importante, el contexto familiar, escolar, social y político. Los genes de un gran bienhechor de la humanidad, de un gran gobernante, de un científico o un santo pueden dar lugar entre sus descendientes a criminales, tiranos o maleantes. Al tratar de multiplicar el genotipo de individuos como Einstein, Lincoln o Gandhi, podría ser que se obtuvieran otros como Stalin, Hitler o Bin Laden. Para que el genotipo de Einstein produzca otro Einstein sería necesario dotarle, ya desde la concepción y después a través de su desarrollo embrionario y toda su vida, del mismo ambiente, la misma educación, los mismos estímulos y las mismas experiencias que tuvo Einstein. Esto no solo es imposible sino incluso absurdo.

Pero un punto que merece la pena indicar ya es el comentario del gran genetista Theodosius Dobzhansky (1962) sobre la propuesta de Muller:

Concedamos que la humanidad se beneficiaría enormemente del nacimiento de más personas con la capacidad mental de Einstein, Pasteur, y aun Lenin, pero ¿desearíamos realmente vivir en un mundo con millones de Einsteins, Pasteurs y Lenines? El supuesto implícito en la propuesta de Muller es que existe, o puede existir, un genotipo humano ideal, que sería deseable otorgarlo a todas las personas, lo cual no solo no es atractivo, sino que es ciertamente erróneo —es la diversidad humana lo que sirvió de abono al esfuerzo creativo en el pasado y lo que seguirá siéndolo en el futuro (Dobzhansky, 1962, p. 330).

Banco de esperma de premios Nobel

El 29 de febrero de 1980, año bisiesto, Los Angeles Times titulaba un artículo «Donantes de un banco de esperma, todos premios Nobel: objetivo enriquecer la dotación genética humana» («Sperm Bank Donors All Nobel Winners: Plan Seeks to Enrich Human Gene Pool»; Plotz, 2005, p. 3). El artículo presentaba a Robert K. Graham, optometrista multimillonario de 72 años, entregado a conseguir esperma de premios Nobel y hacerlo accesible a mujeres inteligentes. El nombre del banco, situado en Escondido, California, era «Depósito para Selección Germinal» (The Repository for Germinal Choices). El propósito de Graham era salvar a la humanidad de una catástrofe genética. Según Graham, los programas sociales facilitaban la reproducción de incompetentes e imbéciles, lo cual podría llevar a la humanidad a un desastre genético y a un comunismo global (Plotz, 2005; Cohen, 2007).

Graham compartía y admiraba las ideas eugenésicas de Muller y le invitó a acudir a California, donde se reunieron el 5 de junio de 1963, en el hotel Sheraton de Pasadena, y acordaron establecer un banco de esperma, que eventualmente se llamaría «Depósito Hermann J. Muller para Selección Germinal». En 1965, después de varios desacuerdos, Muller pidió a Graham que desistiera de los planes sobre el banco. Muller murió dos años más tarde y Graham decidió en 1971 registrar legalmente el banco, pero no hizo nada más hasta finales de la década de 1970, cuando escribió cartas halagadoras a varios premios Nobel de ciencias, la mayoría de los cuales ignoraron tanto la carta como la petición de esperma. El banco se cerró en 1999 por falta de interés y financiación. Graham había muerto en 1997. David Plotz ha investigado la historia del banco en su libro La fábrica de genios (The Genius Factory, 2005). Según Plotz, solo tres (y, tal vez, solo dos) premios Nobel donaron esperma para el banco. El único identificado es el físico William B. Shockley (1910-1989), coinventor del transistor y entusiasta de la eugenesia incluyendo la clonación eventual de hombres y mujeres distinguidos y, por el momento, la fertilización artificial usando esperma de hombres distinguidos como los depositados en el banco. Pero en sus cerca de veinte años de existencia, el banco aceptó esperma de varios centenares de donantes, la mayoría de los cuales no eran ni siquiera personajes importantes, cuyos espermas fueron utilizados para fertilizar a muchas mujeres. Plotz estima que de esos espermas nacieron unos 215 niños, pero ninguno procedente de un premio Nobel.

FIGURA 6.3 Robert Graham, 1906-1997. © The Denver Post/Getty Images

CAPÍTULO 7

CAS9 Y OTRAS MARAVILLAS DE LA GENÉTICA MODERNA

Introducción

En 1902, dos investigadores —W. S. Sutton en Estados Unidos y Theodor Boveri en Alemania— propusieron de manera independiente que los genes, los factores hereditarios identificados en los experimentos de Mendel, estaban contenidos en los cromosomas. Su argumento se basaba en el comportamiento paralelo de los cromosomas y de los genes en la reproducción sexual, en la meiosis que daba lugar a los gametos y que llevaban a la fecundación. Si los genes estaban contenidos en los cromosomas podían explicarse los resultados de Mendel. Se da un paralelo entre la existencia de dos genes para cada carácter, uno recibido de cada progenitor, y la transmisión de cromosomas. Los dos genes de un carácter determinado segregan en la formación de los gametos porque cada uno de los dos cromosomas de cada par (llamados «cromosomas homólogos») van a diferentes gametos durante la meiosis. La segregación independiente observada para cada uno de los siete caracteres estudiados por Mendel se debe a que los genes para cada uno de los caracteres están en distintos pares de cromosomas, cada par de los cuales segregan independientemente de los demás pares de cromosomas.

Recombinación

En el caso de la reproducción sexual se da, sin embargo, recombinación entre genes de cromosomas homólogos porque estos intercambian ocasionalmente segmentos uno con el otro durante la meiosis, un proceso denominado recombinación o entrecruzamiento. Como consecuencia de la recombinación entre cromosomas, los genes de cromosomas homólogos se transmiten a la descendencia a veces en combinaciones diferentes (distinto orden o secuencia lineal) de las que se daban en los cromosomas parentales.

En la reproducción bacteriana se dan procesos que permiten transferir genes de una bacteria a otra, aun en casos en los que una no es descendiente de la otra, e incluso entre bacterias de especies diferentes, por medio de la adquisición o intercambio de virus o plásmidos. Los plásmidos son moléculas circulares de DNA que pueden ser de tamaños muy diversos, desde el tamaño de un virus típico hasta doscientas veces mayor, hasta casi un tercio del tamaño del cromosoma de una bacteria (Ayala y Kiger, 1984, p. 231). Los plásmidos fueron descubiertos en los años cincuenta. Consisten en segmentos de DNA extracromosomal que pueden transportar genes de resistencia a los antibióticos y otros fármacos, y que durante muchos años fueron los vectores experimentales de DNA, aunque también están envueltos en procesos naturales, transportando DNA de un organismo a otro.

En una infección viral, el DNA del virus o del plásmido puede insertarse en un cromosoma de su huésped eucarionte y permanecer allí indefinidamente. Cuando el DNA viral abandona su huésped, puede llevar consigo material del cromosoma huésped y transferirlo al cromosoma de otro huésped al invadirlo.

Enzimas de restricción y DNA recombinante

En la década de 1960, Hamilton O. Smith y Kent W. Wilcox (1970) aislaron en la Universidad Johns Hopkins un enzima que corta el DNA en lugares específicos, generando pequeños fragmentos. Llamaron al enzima «endonucleasa de restricción». En las décadas que han pasado desde entonces se han descrito más de cien endonucleasas de restricción que reconocen y cortan secuencias específicas de DNA de cualquier origen, tanto humano como bacteriano y de toda clase de organismos intermedios. Los trozos de DNA que resultan de los cortes de restricción varían de tamaño, y debido a que los extremos que se generan pueden reunirse o ligarse covalentemente utilizando otro enzima llamado ligasa, pueden reconstruirse moléculas de DNA en una gran variedad de formas diferentes, combinando segmentos diferentes de DNA cortados con el mismo enzima de restricción. Esta metodología se denomina recombinación in vitro de ácidos nucleicos.

La demostración de que las endonucleasas de restricción reconocen el DNA cromosomal de cualquier origen y lo cortan en sitios específicos fue llevada a cabo en 1974 por Stanley N. Cohen y Herbert W. Boyer. La implicación de este descubrimiento es el hecho de que existen sitios idénticos, generalmente secuencias de entre cuatro a seis pares de bases, en todos los DNA, desde los seres humanos hasta las bacterias y los plásmidos que se localizan dentro de ellas. Con un enzima particular se puede cortar DNA de distintos organismos y ligarlos entre sí, dado que tienen secuencias terminales complementarias. Esta característica del DNA y las propiedades de los enzimas de restricción permitieron llevar a cabo los primeros experimentos de hibridación de moléculas de DNA. Como los enzimas de restricción reconocen y cortan sitios específicos y sus extremos son complementarios, es posible unir fragmentos de DNA de origen diverso. Este descubrimiento es una de las piedras angulares de la ingeniería genética que abrió las puertas al desarrollo de técnicas moleculares de manipulación de DNA (Cohen et al., 1973; Chang y Cohen, 1974).

La posibilidad de manipular el DNA de organismos distintos y de producir combinaciones novedosas, que tal vez pudieran incluso llegar a ser organismos completamente nuevos, planteaba una serie de cuestiones no solo técnicas, sino que también conllevaba implicaciones sociales, éticas y religiosas. Estas preocupaciones dieron lugar a la organización de la llamada Asilomar Conference on Recombinant DNA (Conferencia de Asilmoar sobre el DNA recombinante), creada por el eminente bioquímico Paul Berg y que tuvo lugar en febrero de 1975 en el Centro Asilomar en la Península de Monterey, en California. En ella participaron 140 profesionales, biólogos principalmente, pero también especialistas en ética, abogados y médicos. Los principios establecidos en la Conferencia están recogidos en el artículo de Paul Berg, David Baltimore, Sydney Brenner, Richard O. Roblin III y Maxine F. Singer, «Summary Statement of the Asilomar Conference on Recombinant DNA Molecules» (Proceedings of the National Academy of Sciences, 72, 1981-1984, junio, 1975). Los principios establecidos durante la Conferencia fueron observados a partir de entonces por los científicos trabajando en DNA recombinante. Una consecuencia importante de la Conferencia fue el impacto que tuvo en el público en general, que adquirió así conciencia de los métodos y técnicas de manipulación del DNA que habían llegado al alcance de los científicos.

Ingeniería genética

La ingeniería genética, como se mencionó en el capítulo 5, es el conjunto de técnicas que permiten la recombinación del DNA en el laboratorio y su aplicación a los organismos. Se basa en la manipulación directa de segmentos de DNA, incluidos genes que codifican para determinadas proteínas y sus mecanismos de expresión. Esta manipulación y recombinación se pueden llevar a cabo debido a la universalidad del código genético, que permite utilizar a los enzimas de restricción para que corten una determinada secuencia de DNA de cualquier origen, formando sitios idénticos y complementarios. La finalidad de la ingeniería genética, como sabemos, es modificar genéticamente los organismos introduciendo, quitando o cambiando secuencias específicas de DNA. La técnica más utilizada es la del DNA recombinante, aunque ya se han desarrollado otras nuevas técnicas, como la de transferencia nuclear que dio lugar a la oveja Dolly, con resultados palpables y con implicaciones no solo económicas o sociales, sino también éticas. Más recientemente se han desarrollado otras técnicas de gran precisión, como la llamada CRISPR-Cas9 o simplemente Cas, que se describirá más adelante.

La manipulación de los segmentos del DNA que codifican una proteína deseada se lleva a cabo por medio de los enzimas de restricción que, como ya se apuntó, cortan una determinada secuencia de DNA de cualquier origen. La finalidad última es poder añadir funciones nuevas o diferentes a los organismos. La técnica del «DNA recombinante» comprende dos estadios, a saber, el cambio de la composición de nucleótidos del DNA de una o varias células, o incluso del organismo completo, y la selección de combinaciones de DNA de acuerdo con los propósitos que se persigan; por ejemplo, la introducción de genes que otorguen a las plantas resistencia a cierta plaga, o que aumenten la producción de trigo o de arroz.

Tecnología del DNA recombinante

La tecnología del DNA recombinante transformó la biología molecular: dejó de ser simplemente una ciencia fundamental y descriptiva y se convirtió en una tecnología aplicada. En un principio, esta nueva tecnología tenía objetivos meramente científicos. Paul Berg estaba tratando de encontrar un método para producir suficiente DNA del virus SV40 que causa cáncer. Se propuso introducir el DNA en una bacteria de tal manera que el DNA se duplicara automáticamente. Si este método resultaba satisfactorio, decía Berg, y el gen introducido podía expresarse en la bacteria, entonces nos encontraríamos con una fuente barata y eficaz de proteínas útiles que podrían ser cultivadas en grandes cantidades en cajas de Petri.

CAJA 7.1 La manera en que funcionan las endonucleasas de restricción y cómo se utilizan para producir quimeras de secuencias de DNA se puede ilustrar con el ejemplo de EcoRI, uno de los enzimas de restricción usados más frecuentemente. EcoRI reconoce la secuencia y la corta en los sitios indicados por los puntos. Así pues, una de las hebras tiene la secuencia final TTAA y tenderá a ligarse con una hebra que termine en la secuencia complementaria AATT, provenga o no del mismo organismo.

G•AATT•C

C•TTAA•G

Las endonucleasas de restricción son útiles para identificar o encontrar genes de ciertas enfermedades, hacer pruebas de paternidad, medicina legal y manipulación genética.

Como los enzimas de restricción cortan secuencias específicas de DNA en sitios precisos, se pueden formar moléculas híbridas o recombinantes que contienen los genes de interés y los del vehículo molecular o vector (generalmente un plásmido bacteriano o un virus). Esta molécula recombinante puede ser introducida en una bacteria por el proceso de transformación, y al dividirse producir copias o «clones» del segmento del cromosoma de interés. Esta metodología se denomina clonación molecular de DNA (véase figura 7.1).

FIGURA 7.1 Clonación molecular de DNA. Este esquema representa cómo se inserta un fragmento de DNA nuclear en un plásmido, un tipo de moléculas circulares de DNA de doble hebra, presentes en las bacterias, pero cuya replicación no sigue necesariamente el ciclo celular. Esto mismo sería aplicable al genoma circular de un virus. Su fácil aislamiento y manipulación ha convertido plásmidos y virus en herramientas de ingeniería genética

CRISPR-Cas

A principios de la década del 2000, se inventaron nuevos métodos para editar el DNA directamente en las células, como las llamadas zinc finger nucleases (ZFN, «nucleasas con dedo cinc»), proteínas sintéticas capaces de cortar el DNA en puntos específicos. En 2010, nucleasas sintéticas llamadas TALEN proveyeron un método, más fácil todavía, para cortar el DNA en lugares específicos. Tanto las nucleasas zinc finger como las TALEN requieren crear una proteína especial para la secuencia de DNA que se quiere cortar (Young, 2014), un proceso difícil que requiere más tiempo que una nueva técnica, con consecuencias potencialmente revolucionarias, llamada Cas (abreviación en inglés de CRISPR associated, donde CRISPR son las iniciales de Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, «Repeticiones Cortas Palíndromas Regularmente Intercaladas y Ligadas»). CRISPR se refiere a segmentos de DNA de bacterias que incluyen repeticiones de secuencias de pocos nucleótidos (entre 24 y 48 pares). Cada una de las repeticiones está seguida por segmentos cortos de spacer («espaciador») DNA. Un spacer es un segmento de DNA que no codifica aminoácidos.

Particularmente útil es CRISPR-Cas9, en el que Cas9 es un enzima especializado en cortar DNA, que permite cortar el DNA de animales y otros organismos, incluyendo a humanos, en lugares específicos, haciendo posible «editar» genes particulares, activándolos o neutralizándolos, según se desee. El sistema Cas9 fue elaborado por Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier de manera que pudiera ser programado para cortar cualquier secuencia de DNA en cualquier organismo (Jinek et al., 2012; Doudna y Charpentier, 2014). Este avance tecnológico dio lugar a numerosos casos de editar genomas con el nuevamente diseñado sistema CRISPR-Cas9 (Barrangou y Van Pijkeren, 2016; Parrington, 2016; Kozubek, 2016).

En el momento actual, los científicos expertos y moralistas consideran la aplicación a humanos de CRISPR-Cas9 y otros sistemas semejantes como métodos de laboratorio, todavía experimentales, pero con enormes posibilidades futuras de aplicarlos a seres vivientes, incluidas células somáticas humanas (Baltimore et al., 2015; Doudna y Charpentier, 2014; Hsu et al., 2014; Ledford, 2015; Morange, 2015; Slaymaker et al., 2016; Zimmerman, 2015; Lander, 2016). Las posibilidades anticipadas incluyen cortar con precisión y suprimir segmentos defectuosos de genes o insertar segmentos beneficiosos en su lugar o en añadidura (figura 7.2).

Un caso de aplicación humana llevado a cabo en China ha sido descrito en la revista Nature (vol. 540, p. 498, 22/29 de diciembre de 2016). El 28 de octubre de 2016, un paciente con cáncer de pulmón fue tratado con células editadas usando CRISPR-Cas9 en el West China Hospital en Chengdu. El procedimiento consistió en neutralizar un gen que normalmente controla el sistema inmune de la célula, con la esperanza de que las células editadas organizaran una respuesta inmune contra el cáncer. En el mismo comentario, la revista afirma que varios grupos de investigadores en China, Reino Unido y Suecia han anunciado su intención de mejorar la técnica CRISPR-Cas9 y usarla en embriones humanos (Abbott et al., 2016).

FIGURA 7.2 Esquema de una posible aplicación del sistema CRISPR

En Estados Unidos el primer uso consumado de CRISPR-Cas9 concierne al hongo comercial Agaricus bisporus, aceptado por el Gobierno. Específicamente, el Departamento de Agricultura USDA afirmó que no regulará el uso de CRISPR-Cas9 en este caso, en el cual la modificación genética evitará la «oxidación» y cambio de color del hongo, con consecuencias comerciales importantes (Waltz, 2016).

Algunos tratamientos experimentales de DNA recombinante ya se han llevado a cabo con éxito en genes causantes de enfermedades importantes como el síndrome de Parkinson, la leucemia linfática crónica, el mieloma múltiple y la hemofilia. Entre 2013 y 2014, compañías farmacéuticas americanas invirtieron más de 600 millones de dólares en terapias genéticas. Tales terapias, además de la gran inversión económica que requieren, conducen frecuentemente a consecuencias indeseadas. Los efectos negativos incluyen respuestas inmunes contra la inclusión de una entidad extraña, leucemia, tumores y otros problemas típicamente provocados por los virus o plásmidos vectores. Además, con frecuencia las correcciones de terapia genética son de poca duración y requieren tratamientos repetidos, lo cual aumenta los costes y conlleva otros inconvenientes. Una consideración adicional es que las enfermedades genéticas más comunes son multifactoriales, causadas por interacción entre varios genes y, por lo tanto, más allá de las posibilidades terapéuticas actuales de la eugenesia. Ejemplos de ello son la diabetes, alta presión sanguínea, artritis, alzhéimer y enfermedades cardiacas.

CAPÍTULO 8

¿CLONAR HUMANOS?

Introducción

Los biólogos emplean el término «clonación» con significados variables, aunque todos los usos implican la obtención de copias más o menos exactas de una entidad biológica. Tres usos comunes se refieren a la clonación de genes, la clonación de células y la clonación de individuos.

Clonar genes (o, de manera más general, clonar segmentos de DNA) es algo que se hace de manera rutinaria en muchos laboratorios de genética de todo el mundo. Una tecnología preferida y empleada extensamente es la PCR o «reacción en cadena de la polimerasa» (en inglés, Polymerase Chain Reaction), inventada en la década de 1990 por Kary Mullis, quien recibió el premio Nobel en reconocimiento. Con la técnica de la PCR es posible obtener millones de copias prácticamente idénticas de un gen o segmento de DNA en solo unas pocas horas. Esta enorme multiplicación de un segmento de DNA proporciona a los genetistas el material suficiente para investigar su secuencia de nucleótidos y otras propiedades. Las técnicas de clonación de genes y aun de genomas completos han avanzado muy rápido desde principios del siglo XXI. Los costes y el tiempo necesario para la clonación y secuenciación se han reducido enormemente.

Las tecnologías para clonar células en el laboratorio son incluso más antiguas, siendo practicadas desde mediados del siglo XX. Se utilizan para reproducir un tipo particular de célula, por ejemplo una célula dérmica o hepática, con el fin de investigar sus características, o para producir tejidos consistentes de un tipo particular de célula. La clonación celular es un proceso natural de dos maneras evidentes. Primero, en el caso de las bacterias y de otros microorganismos que se reproducen mediante clonación; es decir, la división de una célula individual en dos células que son más o menos idénticas entre sí y a la célula madre.

La clonación celular, o duplicación celular, tiene lugar asimismo en organismos pluricelulares como las plantas o los animales, cuando las células se multiplican mientras forman un tejido concreto, piel, músculo o glóbulos rojos de la sangre. Los organismos multicelulares empiezan como una sola célula (el huevo fecundado) que se duplica una y otra vez, aunque el proceso incluye diferenciación de los tipos celulares que constituyen los diferentes tejidos. Es decir, algunas células se duplican exactamente, o casi exactamente, como es el caso, por ejemplo, de las células dérmicas o los glóbulos rojos de la sangre, mientras que otras se diferencian durante su replicación. Así, las células madre embrionarias humanas se desarrollan en los más de 200 tipos de células que existen en los humanos.

La clonación de humanos puede referirse a «clonación terapéutica», en particular la clonación de células embrionarias con el propósito de obtener órganos para su trasplante, o el de obtener células neurales o de otros tipos con fines medicinales. Más típicamente, en lenguaje común la clonación de humanos se refiere a «clonación reproductiva», consistente en la transferencia a un óvulo del núcleo de una célula somática para obtener óvulos que pudieran desarrollarse en individuos adultos. (En inglés esta técnica se conoce como SCNT: Somatic Cell Nuclear Transfer, «Transferencia Nuclear de Células Somáticas».) La clonación reproductiva no se practica con humanos, pero sí con animales, como fue el caso de Dolly, el primer ejemplo de este tipo de clonación de un mamífero.

Una técnica de clonación más restringida desarrollada recientemente es la MRT (Mitochondrial Replacement Technique) o «Técnica de Reemplazamiento Mitocondrial», con la que se produce un embrión con genes de tres individuos. Se utiliza cuando la mujer que quiere ser madre lleva en el genoma de sus mitocondrias genes causantes de enfermedades serias. Las mitocondrias del embrión proceden todas de la madre. La técnica consiste en obtener un óvulo de una donante cuyo núcleo se destruye, pero no las mitocondrias. El núcleo se reemplaza con el genoma del núcleo de la mujer que quiere ser madre y el del padre. El embrión resultante tiene los genes nucleares del padre y de la madre, pero también los genes mitocondriales de la mujer donante.

Un resultado previsto de la investigación sobre clonación de células embrionarias es la clonación terapéutica, ya mencionada, que se refiere a la clonación de órganos y tejidos celulares. El «donante» óptimo para una persona que necesita un trasplante de riñón sería un riñón clonado a partir del genoma del paciente. Si las células de una persona se clonan de manera que se diferencien en un riñón, un hígado o algún otro órgano destinado a sustituir un órgano enfermo del donante, el proceso parecería aceptable social y moralmente, además de sus beneficios médicos.

En ocasiones se ha sugerido que la clonación de individuos humanos podría ser una manera de mejorar la dotación genética de la especie humana. Se trataría de clonar individuos de grandes logros (por ejemplo, en el deporte, la música, las artes, las ciencias, la literatura o la política) o de virtud reconocida. Aparentemente, dichas sugerencias no se han tomado nunca en serio (sin embargo, véase el capítulo 6, «Promesas fatuas de eugenesia y clonación»). Pero algunos individuos han expresado su deseo, por poco realista que sea, de ser clonados, y algunos médicos han difundido alguna vez que estaban dispuestos a llevar a cabo la clonación de los individuos que lo desearan. Los obstáculos e inconvenientes son muchos e insuperables, al menos en el estado actual de conocimientos y de tecnología relevante, como indicaremos más adelante, además de las objeciones éticas y sociales.

La clonación individual se produce naturalmente en el caso de gemelos idénticos, cuando dos individuos se desarrollan a partir de un único óvulo fecundado. Estos mellizos se denominan «idénticos» precisamente porque son genéticamente idénticos entre sí. El nacimiento de gemelos idénticos es un acontecimiento bastante raro en humanos, pero es frecuente en animales como los armadillos (cuyas camadas consisten en cuatrillizos genéticamente idénticos), algunos insectos y otros animales.

Genotipo y fenotipo

Hay una razón fundamental que hace imposible la clonación de un ser humano en sentido estricto. Se trata de la distinción del genotipo o genoma, la constitución genética del individuo, en contraste con su fenotipo, lo que el individuo es. El fenotipo de una persona incluye su morfología, fisiología, comportamiento, valores morales, preferencias estéticas, creencias religiosas y, en general, todos los rasgos tanto fisiológicos como conductuales de la persona, adquiridos por imitación, aprendizaje o de cualquier otra manera y que son parte de la evolución cultural. Está claro que el genotipo influye en lo que el individuo es, pero es algo igualmente claro que no lo determina en un sentido estricto. Las experiencias, conscientes o no, de un individuo humano a través de toda su vida influyen en lo que el individuo resulta ser.

Las influencias del entorno comienzan de manera importante en el seno de la madre y siguen durante la infancia, la adolescencia y la vida entera. Provienen de la familia, los amigos, la escuela, la vida social y política, las lecturas, los estudios, las vivencias estéticas y religiosas, y todo el resto de la experiencia personal. Los biólogos utilizan una abstracción para referirse a aquello que es potencialmente determinado por el genoma de un individuo llamándolo la norma de reacción de ese genoma particular (Ayala y Kiger, 1984). La «norma de reacción» se refiere a las posibilidades virtualmente infinitas de realización del genoma de cada individuo, de las que solo una mínima parte se actualizará de hecho; cuál será la realidad que se actualice, entre los millones de posibilidades, es algo que depende de todas las experiencias del individuo a través de su vida, como acabamos de indicar, experiencias que son únicas para cada individuo.

En consecuencia, incluso dos genomas idénticos, si fueran concebidos en senos de madres diferentes, no darían lugar en absoluto a individuos idénticos. El genotipo de una persona tiene un número ilimitado de experiencias posibles, de las cuales solo algunas serán experimentadas durante la vida de un individuo concreto. Necesariamente, las experiencias de la vida cambian siempre de una persona a otra, incluso en el caso de gemelos idénticos, pero las diferencias serían mucho mayores en el caso de clonar el genoma de un humano adulto. Las circunstancias dispares de la vida, experimentadas por el donante y las experimentadas una generación más tarde por el individuo clonado, en entornos drásticamente diferentes, tendrían como resultado individuos muy diferentes, aunque anatómicamente el individuo clonado se pareciera al donante cuando tenía la misma edad.

En la segunda mitad del siglo XX, a medida que se producían progresos espectaculares en genética, así como en la ingeniería genética, se plantearon algunas propuestas utópicas, al menos como ideas que había que explorar y considerar como posibilidades una vez que las tecnologías hubieran avanzado lo suficiente. Dichas propuestas sugerían que se clonaran personas de grandes logros intelectuales o artísticos, o de gran virtud. Si esto se conseguía en gran número, se aducía, la constitución genética de la humanidad mejoraría considerablemente (véase el capítulo 6).

Si esto se hiciera, que no se hará, los utópicos dispuestos a clonar individuos excelsos por su carácter, inteligencia y otras cualidades deseables, se llevarían una sorpresa. No hay razón alguna para esperar que los genomas de individuos con atributos excelentes vayan a producir a su vez individuos con unos atributos semejantes. Como se ha afirmado, el genoma determina solo la norma de reacción del individuo. En ambientes distintos, un mismo genoma dará lugar a individuos muy dispares. Es del todo imposible proveer al genotipo de una persona eminente con el mismo ambiente, en todos sus detalles, en el que vivió la persona eminente de la que proviene el genotipo: los mismos estímulos y experiencias que la persona tuvo, incluyendo de manera importante sus padres y otros individuos con los que interaccionó a través de toda su vida. Tal cosa es imposible; pero aun si fuera posible, los resultados variarían sin duda a causa de la presencia de fenómenos no lineales en la cadena compleja de interacciones que lleva desde los genes a la persona. George W. Beadle, eminente genetista y premio Nobel, escribió hace varias décadas:

Muy pocos de entre nosotros hubiéramos abogado por la multiplicación de los genes de Hitler. Sin embargo, ¿quién puede decir que, en un contexto cultural diferente, Hitler no podría haber sido uno de los mejores líderes de la humanidad, o que Einstein no podría haber sido un canalla político? (Ayala, 2015a, p. 380; véase Beadle, 1963).

Pretendiendo clonar al papa Francisco, podríamos obtener en cambio un Stalin o un Hitler. Clonar los genes que una persona recibió en el momento de la concepción de su padre y su madre podría producir una persona parecida en el aspecto físico, pero que con toda seguridad sería muy diferente con respecto a lo que más cuenta, lo que se incluye en términos tales como «personalidad», «carácter» o afines.

De nuevo, la constitución genética de una persona puede clonarse; el individuo, no. Un individuo es el resultado de las interacciones entre el genotipo de dicho individuo y el ambiente. La constitución genética de una persona está fijada en la concepción, formada por los dos conjuntos de genes recibidos, uno del padre y el otro de la madre. El ambiente incluye todas las experiencias a las que dicho genotipo ha estado expuesto desde la concepción hasta la muerte, desde el seno de la madre y a través de toda su vida. Como escribió Oliver Sacks, eminente neurobiólogo y autor, poco antes de su anticipada muerte el 30 de agosto de 2015:

Cuando las personas mueren no pueden ser reemplazadas [...] porque es el destino [...] destino genético y neural [...] de toda persona ser un individuo único y descubrir su propio futuro, vivir su propia vida, morir su propia muerte (Sacks, 2015; Ayala, 2016).

Clonación de animales

En 1997, la oveja Dolly fue reconocida por la prensa y el público como el primer caso con éxito de clonación artificial de un animal, un organismo multicelular. En realidad, Dolly era el primer mamífero clonado artificialmente utilizando una célula adulta como origen del genotipo; cincuenta años antes ya se habían obtenido ranas y otros anfibios mediante clonación artificial.

La clonación de un animal, como en el caso de Dolly, se realiza como sigue. En primer lugar, se extrae o se neutraliza la información genética de los óvulos de una hembra. Se toman células somáticas (es decir, corporales) del individuo seleccionado para ser clonado, y el núcleo de una célula (donde se halla almacenada la información genética) se trasplanta a uno de los óvulos neutralizados. Después se estimulan los óvulos así «fecundados» para que inicien su desarrollo embrionario. De tal manera es posible obtener numerosos individuos que son genéticamente idénticos al donante; es decir, individuos que desde un punto de vista genético son gemelos idénticos del donante y entre sí.

Un individuo humano está constituido por alrededor de un billón de células, y un fragmento de piel puede tener millones de células. En teoría, se podría extraer material genético de cientos o miles de células de un pequeño fragmento de piel e implantarlo en cada uno de cientos o miles de óvulos genéticamente neutralizados, con lo que se obtendrían una multitud de individuos tan parecidos entre sí y con el donante desde el punto de vista genético como lo son dos gemelos idénticos. Ninguna persona en su sano juicio propondría proceder de la manera descrita con humanos, pero el procedimiento podría llevarse a cabo, pongamos por caso, con una vaca que produjera grandes cantidades de leche, con lo que se obtendría un rebaño económicamente valioso. De hecho, la clonación de algunos animales domésticos, como vacas, ovejas y cerdos, se ha llevado a cabo repetidas veces por razones comerciales. (No hace falta traer a colación que muchas plantas comerciales, incluyendo por ejemplo las vides, se producen usando esquejes derivados de una planta original y que por lo tanto son genéticamente clones unas de otras).

¿Puede clonarse un individuo humano? La respuesta correcta es «no», como ya hemos indicado. Lo que se clona, en cualquier caso, son los genes, no el individuo; el genotipo, no el fenotipo. Pero los obstáculos técnicos serían inmensos incluso para la clonación de un genotipo humano.

Ian Wilmut, el científico británico que dirigió el proyecto de clonación de Dolly, consiguió el éxito solo después de 270 ensayos. La tasa de éxito para la clonación de mamíferos ha aumentado notablemente con los años, sin llegar nunca al 100%. Después de varios años de esfuerzos, Wilmut escribió que:

Nuestras tasas de supervivencia son todavía muy bajas [menos del 4%], y la mayoría de fracasos en el embarazo tienen lugar justo antes del término [el final del embarazo], lo que para los humanos sería devastador y cruel (Ayala, 2016, pp. 353-354; véase Jabr, 2013; Highfield, 2007; Shields et al., 1999).

Los animales clonados hasta el presente incluyen ratones, ratas, cabras, ovejas, vacas, cerdos, caballos y otros mamíferos. En todos los casos parece que la gran mayoría de embarazos terminan en abortos espontáneos. Además, tal como señalaba Wilmut, frecuentemente la muerte del feto tiene lugar poco antes del término, lo que tendría consecuencias emocionales desoladoras y para la salud en el caso de humanos.

En los mamíferos en general, el número limitado de nacimientos por clonación no terminan en su mayoría desarrollándose en individuos sanos. Hasta la fecha, parece que en la inmensa mayoría de los casos, quizá en todos, los animales producidos mediante clonación padecen graves impedimentos en la salud; entre otros, obesidad flagrante, muerte temprana, extremidades deformes y sistemas inmunes y órganos disfuncionales, entre ellos el hígado y los riñones. Incluso Dolly tuvo que ser sacrificada a los pocos años porque su salud empeoraba rápidamente. Tal como expresó Wilmut en 2001:

Los que sobreviven suelen presentar insuficiencia respiratoria y problemas circulatorios. Incluso supervivientes aparentemente sanos pueden padecer disfunción inmune, o malformaciones renales o cerebrales (Highfield, 2007; Jabr, 2013; Caplan y Arp, 2013; Levick, 2013).

No obstante, parece que la deterioración de animales clonados no es tan extrema como Wilmut indicaba y que, en cualquier caso, la clonación de animales de ganado, particularmente ovejas, ha mejorado en años recientes (Sinclair, 2016; Lewis, 2016).

Las causas de estas deficiencias no se conocen bien. En 2002 se demostró que de los 10.000 genes analizados en la placenta y el hígado de ratones obtenidos mediante clonación, 400 genes funcionaban mal. La baja tasa de éxitos en la clonación puede mejorar en el futuro. La clonación humana se enfrentará todavía a objeciones éticas por parte de muchas personas, así como a la oposición de diferentes religiones. Además, resta un asunto que se ha repetido a lo largo de este capítulo: es posible clonar los genes de una persona, pero el individuo no puede clonarse. El carácter, la personalidad y los rasgos, diferentes de los anatómicos y fisiológicos que constituyen el individuo, no son determinados solo por el genotipo.

Merece repetirse una vez más: el genotipo contribuye al fenotipo, pero en los humanos, más que en ningún otro organismo, no lo determina de manera estricta. El fenotipo es el resultado de complejas redes de interacciones entre diferentes genes, y entre los genes y el ambiente. Todas las experiencias de la vida de un ser humano, conscientes o no, influyen sobre lo que acaba siendo la persona.

Las experiencias de comportamiento son evidentemente distintas, lo que no constituye ninguna sorpresa, incluso entre los gemelos que han sido adoptados y han crecido en familias diferentes, más de lo que son entre los gemelos idénticos criados por sus padres biológicos. Pero la diversidad de las experiencias sería mucho más grande e impredecible en el caso de «gemelos» criados en generaciones diferentes. El genoma de una persona, si esta se clonara, podría considerarse como el de un gemelo genéticamente idéntico, pero las circunstancias dispares de la vida experimentadas muchos años más tarde tendrían sin duda como resultado un individuo muy diferente.

Genotipos en ambientes diferentes

En la figura 8.1 se muestra una ilustración de los efectos del entorno sobre el genotipo y de las interacciones entre genotipo y entorno (Claussen et al., 1940). En el experimento se usan tres plantas de cincoenrama, Potentilla glandulosa, nativas de California. Una de las plantas fue recolectada en un jardín experimental en la costa, a 30 metros sobre el nivel del mar (Stanford); la segunda, a unos 1.400 metros (Mather), y la tercera en la zona alpina de Sierra Nevada a unos 3.050 metros (Timberline). En cada uno de los diversos experimentos (repetidos muchas veces) se obtuvieron tres esquejes de cada planta, que se plantaron en tres jardines experimentales —los mismos en los que se recogieron las plantas— a alturas diferentes. El origen a partir de una sola planta aseguraba que los tres esquejes que se habían plantado a alturas diferentes contaban con el mismo genoma, es decir, que todas ellas eran clones genéticos (P. glandulosa, como tantas otras plantas, puede reproducirse mediante esquejes genéticamente idénticos).

FIGURA 8.1 Efectos de la interacción entre el genotipo y el entorno sobre el fenotipo de la cincoenrama, Potentilla glandulosa. Se plantaron esquejes de plantas recogidas a alturas diferentes en tres jardines experimentales. Las plantas de la misma fila son genéticamente idénticas porque han crecido a partir de los esquejes de una sola planta; las plantas de la misma columna son genéticamente diferentes pero se desarrollaron en el mismo jardín experimental

Si comparamos las plantas de cualquiera de las filas, comprobaremos cómo un genotipo determinado da lugar a diferentes fenotipos en entornos distintos. Las plantas genéticamente idénticas (como, por ejemplo, las que observamos en la última fila) pueden prosperar o, al contrario, perecer, dependiendo de las condiciones del entorno. Las plantas de diferentes alturas son genéticamente distintas, por lo que al comparar las plantas de cualquier columna comprobamos también que, en un entorno determinado, los diferentes genotipos dan lugar a diferentes fenotipos. Una apreciación importante derivada de dicho experimento es que no existe ningún genotipo que se desarrolle mejor que los demás en los tres entornos.

FIGURA 8.2 Resultados de un experimento con dos linajes de ratas: uno escogido por su habilidad (hábiles) y el otro por su torpeza (torpes). Tras muchas generaciones de selección, cuando las ratas inteligentes se crían en el mismo entorno en que tenía lugar la selección (ambiente normal) cometen alrededor de 45 errores menos que las ratas torpes en el laberinto que se utiliza para las pruebas. Sin embargo, cuando las ratas se crían en un entorno de privación (restringido), tanto las hábiles como las torpes cometieron aproximadamente el mismo número de errores. Cuando se crían en un entorno de abundancia (estimulante), ambas cepas actúan mejor y de forma muy similar

De forma parecida, la interacción entre el genotipo y el entorno es importante, o incluso más aún, en el caso de los animales. En un experimento, se seleccionaron dos linajes de ratas durante varias generaciones en función de su habilidad en conseguir salir de un laberinto: un linaje por su facilidad y el otro por su torpeza (figura 8.2). En el primer linaje, la selección se llevó a cabo utilizando cada generación a las ratas más hábiles, es decir, que cometían menos errores en salir del laberinto, para que produjeran la siguiente generación; y en el segundo linaje, reproduciendo a las ratas más torpes de cada generación. Tras muchas generaciones de selección, las ratas hábiles solo cometían aproximadamente 120 errores al atravesar el laberinto, mientras que las torpes hacían un promedio de 165 errores, lo que representa un 40% de diferencia. Sin embargo, las diferencias entre los linajes desaparecieron cuando las ratas de ambos grupos se criaron en un entorno desfavorable, de gran privación, en el que en los dos linajes las ratas cometieron un promedio de 170 errores. Las diferencias se disiparon también virtualmente cuando las ratas se criaron con una gran abundancia de alimento y otras condiciones favorables. En este entorno óptimo, las ratas torpes disminuyeron su promedio de errores de 165 a 120.

Al igual que con las cincoenramas, observamos, en primer lugar, que un genotipo determinado se traduce en diferentes fenotipos en entornos distintos (las distintas condiciones de alimentación); en segundo lugar, vemos que las diferencias del fenotipo entre dos genotipos varían de un entorno a otro y que el mejor genotipo en un entorno puede dejar de serlo en otro (Cooper y Zubek, 1958).

Clonación humana

Las propuestas utópicas de mejorar la constitución genética de la raza humana clonando individuos con logros artísticos o intelectuales o con grandes méritos son totalmente erróneas. Tal y como se ha expuesto anteriormente, resulta evidente la imposibilidad de clonar a un ser humano. Como ya citamos, el premio Nobel George W. Beadle declaró hace muchos años que, con la multiplicación de personas con un carácter o inteligencia extraordinarios, se podría llegar a obtener individuos indeseables. No existe ninguna razón que nos haga pensar que la clonación de los genomas de individuos con excelentes atributos pueda producir individuos dotados con una inteligencia superior o con valores morales extraordinarios. Genomas idénticos producen, en diferentes entornos, individuos con características intelectuales y morales diferentes. Los entornos no pueden reproducirse, especialmente si los separan varias décadas, lo que ocurriría en el caso de que se quisiera clonar el genotipo de personas escogidas por grandes logros durante su vida.

¿Existen circunstancias que justifiquen la clonación de un individuo por su propia voluntad? Podríamos pensar en una pareja que no puede tener hijos, en un hombre o una mujer que no quieren contraer matrimonio, en una pareja de mujeres homosexuales que desea tener un hijo con el genotipo de una de ellas, o en otros casos especiales (Kitcher, 1996). En primer lugar, hay que hacer notar una vez más que la técnica de la clonación todavía no ha progresado lo suficiente para permitir producir a un ser humano sano por clonación. En segundo lugar, y lo más definitivo, es que el individuo clonado sería una persona muy diferente a la del genotipo clonado. Pero hay, además, razones sociales y éticas en contra de la clonación de humanos.

Los valores morales, sociales y religiosos desempeñan un papel importante a la hora de decidir si debe permitirse la clonación de un individuo. La mayoría de personas no aprueban la clonación humana y, de hecho, muchos países la han prohibido. En 2004, esta cuestión surgió en diversos países, cuyas asambleas legislativas se plantearon la posibilidad de prohibir o permitir la investigación de embriones (citoblastos) después de muy pocos días de multiplicación celular. El 12 de marzo de 2004, el Parlamento de Canadá aprobó una legislación que permitía la investigación de embriones de muy pocas células en condiciones específicas, pero que prohibía la clonación de individuos humanos, así como la venta de semen y el pago a donantes de óvulos y a madres de alquiler. El 9 de julio de 2004, el Parlamento de Francia aprobó una nueva ley de bioética que permitía la investigación de citoblastos, pero la clonación humana se consideraba como un «crimen contra la especie humana», por lo que los experimentos de clonación reproductiva se penalizarían con veinte años de prisión. El 23 de julio de 2004, el gabinete del Consejo de Política Científica y Tecnológica de Japón votó la aprobación de recomendaciones políticas que permitieran la clonación limitada de embriones humanos para la investigación científica, pero no aprobó la clonación de individuos.

El 14 de enero de 2001, el Gobierno británico modificó la Ley de Fertilización Humana y Embriología de 1990 y permitió la investigación embrionaria de citoblastos y la clonación terapéutica (véase más adelante). La Ley de Fertilización Humana y Embriología de 2008 prohibió categóricamente la clonación reproductiva, pero permitió la investigación experimental de citoblastos para tratar la diabetes, la enfermedad de Parkinson y la de Alzheimer (United Kingdom Statute Law Database, 2001; Writer, 2008). El 3 de febrero de 2014, la Cámara de los Comunes votó la legalización de un método de tratamiento génico conocido como transferencia mitocondrial o fecundación in vitro de tres progenitores (mencionada anteriormente y ver más adelante), en el que las mitocondrias del embrión derivan de una mujer donante (Callaway, 2015).

En Estados Unidos no existen en la actualidad leyes que prohíban explícitamente la clonación. Hay trece estados que prohíben la clonación reproductiva (Arkansas, California, Connecticut, Iowa, Indiana, Massachusetts, Maryland, Míchigan, Dakota del Norte, Nueva Jersey, Rhode Island, Dakota del Sur y Virginia) y tres que prohíben el uso de fondos públicos para la investigación de la clonación reproductiva (Arizona, Maryland y Misuri) (NCSL, 2008).

Clonación terapéutica

La clonación de células embrionarias (stem cells o citoblastos) podría tener aplicaciones sanitarias importantes en el trasplante de órganos y en el tratamiento de la médula espinal y de otras células o tejidos dañados. Además de la «transferencia nuclear de células somáticas» (SCNT), el método para la clonación de individuos que se ha comentado con anterioridad, disponemos de otra técnica: células madre pluripotentes inducidas (iPSC por sus siglas en inglés), aunque la SCNT es mucho más eficaz y más económica. El objetivo de esta técnica (iPSC) es obtener citoblastos pluripotentes que puedan diferenciarse en cualquiera de las tres capas germinales características de los humanos y otros animales: el endodermo (pulmones y recubrimiento interno del estómago y del tubo digestivo), el ectodermo (sistemas nerviosos y tejidos epidérmicos) y el mesodermo (músculos, sangre, huesos y tejidos urogenitales). Los citoblastos en general, aun aquellos con posibilidades más limitadas que los citoblastos pluripotentes, pueden emplearse con fines terapéuticos específicos (Kfoury, 2007).

El tratamiento con células madre consiste en la clonación de células embrionarias pluripotentes o citoblastos que pudieran utilizarse en la medicina regenerativa para curar o evitar varios tipos de enfermedades y para el trasplante de órganos. Actualmente, el trasplante de médula ósea es un tipo de tratamiento con células madre ya usado de manera frecuente en Estados Unidos y otros países. Glóbulos rojos con genoma corregido se utilizan en el tratamiento de la anemia falciforme, una enfermedad mortal si no se trata, causada por un gen que alcanza frecuencias altas, de hasta el 25% o aún más en algunas regiones de los trópicos africanos, en donde la malaria está extendida debido a que los individuos heterocigotos para el gen que causa la anemia falciforme están protegidos contra la infección por Plasmodium falciparum, el agente de la malaria maligna y la mayor causa de mortalidad en esas regiones.

Una de las aplicaciones más prometedoras de la clonación terapéutica es la obtención de órganos para el trasplante utilizando citoblastos que contengan el genoma del receptor del órgano. Se podrían así superar dos obstáculos importantes: por una parte, la posibilidad de rechazo del sistema inmunitario (puesto que el órgano trasplantado tendría el mismo genotipo que el recipiente del trasplante) y, por otra, la disponibilidad de órganos para ser trasplantados. Otra aplicación regenerativa médica con la que se podría contar es la multiplicación terapéutica de neuronas. Hay miles de personas en todo el mundo paralizadas de cuello para abajo y confinadas de por vida a una silla de ruedas como consecuencia de una lesión en la médula espinal, frecuentemente causada por un accidente de tráfico o una caída, que interrumpe la transmisión de actividad nerviosa del cerebro al resto del cuerpo y viceversa. Una pequeña multiplicación de neuronas que pudieran insertarse para curar la lesión medular tendría una gran trascendencia para las personas con estas deficiencias y, con ello, para la sociedad.

Hoy en día, la única modificación del embrión con tratamiento génico que puede realizarse es la transferencia mitocondrial (MRT, ya citada), legalizada el 3 de febrero de 2014 en el Reino Unido por la Cámara de los Comunes (Callaway, 2015) y aprobada por el Gobierno británico en 2015 (Zhang et al., 2016). Las mutaciones del DNA mitocondrial, que afectan a aproximadamente 1 de cada 6.500 personas, representan una diversidad de trastornos graves y, a menudo, mortales, como la amaurosis, la debilidad muscular y la insuficiencia cardiaca (Gemmel y Wolff, 2015). Con la MRT, el embrión tiene DNA nuclear de los progenitores, así como DNA mitocondrial (DNAmt) de una donante con DNAmt sano. En septiembre de 2016, doctores en México, donde la tecnología no está explícitamente regulada, anunciaron que una paciente había dado a luz un niño siguiendo la tecnología del MRT (Zhang et al., 2016; Science, 2017; Grant, 2017).

Sin embargo, la MRT sigue siendo un desafío técnico, con una tasa de éxito reducida y con posibles consecuencias malignas, difíciles de determinar en el presente. Una de las preocupaciones es que la transferencia de DNA mitocondrial no tendrá siempre un éxito del 100%, por lo que el DNAmt mutante que causa la enfermedad permanecería en el embrión en desarrollo y podría ocasionar futuras enfermedades a causa de la heteroplasmia (Reinhardt et al., 2015; Morrow et al., 2015), aunque algunos autores creen que esto es poco probable (Eyre-Walker, 2017). Otro aspecto relevante es que las enfermedades de DNAmt suelen ser de aparición tardía. Se desconoce, además, la posibilidad de que los beneficios de la MRT, tal como se puede realizar actualmente, persistan al cabo de los años en personas desarrolladas a partir de la MRT, descendientes de la persona en que la MRT se llevó a cabo (Hamilton, 2015; Cohen et al., 2015; Cohen y Adashi, 2016).

EPÍLOGO

El tema central de este libro es ratificar que la humanidad actual sigue evolucionando y que seguirá haciéndolo en el futuro. Esto es así porque la selección natural sigue ocurriendo; la variación genética se da en poblaciones humanas y ciertos genes son favorecidos con respecto a otros alternativos en los ambientes actuales, tan heterogéneos de una región a otra (ambientes que, además, siguen cambiando a través del tiempo). Se cuenta, también, con la medicina moderna, que nos sirve para curar enfermedades y remediar daños, incluyendo de manera importante la posibilidad, todavía relativamente incipiente, pero que está avanzando a grandes pasos, de modificar los genes mismos, que determinan la constitución de las personas. La clonación de seres humanos es, por el contrario, un camino cerrado en el presente y lo seguirá siendo en el futuro.

Pero quiero terminar el libro volviendo a la afirmación futurística optimista formulada al final del prólogo. La humanidad ha experimentado tres grandes revoluciones industriales que han determinado lo que es la sociedad humana actual: el vapor, la electricidad y el ordenador. Hemos entrado ya en la cuarta revolución industrial, que determinará la vida humana en el futuro, a saber: la ingeniería genética, que nos dará a entender cada vez mejor lo que somos y que determinará cómo será la vida futura de nuestra especie, al menos durante muchos años, tal vez siglos.

La biología se enfrenta en el siglo XXI a tres grandes desafíos: la descodificación ontogenética, el enigma cerebro-mente y la transformación de simio a humano. Nos podemos referir a estas tres cuestiones como la transformación huevo-adulto, la transformación cerebro-mente y la transformación simio-humano.

La transformación huevo-adulto es semejante, y semejantemente misteriosa, en humanos y en otros mamíferos. Las instrucciones que guían el proceso ontogenético, o transformación huevo-adulto, están enraizadas en el material genético. Durante los últimos cien años se han hecho descubrimientos importantes sobre los mecanismos de control genético en mamíferos. La velocidad vertiginosa con la que está avanzando la biología molecular ha llevado al descubrimiento de diversos prototipos de sistemas de control genético, pero queda mucho por descubrir. Además, descifrar los mecanismos de control de genes individuales, y aun de grupos de ellos, supone solo el primer paso hacia la resolución del misterio de la descodificación ontogenética.

El segundo paso es el enigma de la diferenciación. Un ser humano se compone de un billón de células de trescientas clases diferentes, todas ellas derivadas por división secuencial del huevo fecundado, una sola célula de 0,1 milímetros de diámetro. Las primeras divisiones celulares configuran una masa esférica de células amorfas. Divisiones sucesivas dan lugar a pliegues y arrugas en la masa de células y, más tarde, a la variedad de tejidos, órganos y miembros característicos de cada ser humano. El conjunto de los genes se duplican con cada división celular, de manera que dos genomas completos están presentes en cada célula. Sin embargo, distintos grupos de genes son activos en células diferentes. Esto es necesario para que las células se diferencien: las células de los nervios, las de los músculos y las de la piel son muy diferentes en tamaño, configuración y función. La actividad diferencial de los genes debe continuar después de la diferenciación celular, debido a que células diferentes llevan a cabo funciones diferentes, controladas por los genes. La información que determina la diferenciación de células, tejidos y órganos deriva en última instancia de los genes. Durante la última década se han descubierto los procesos epigenéticos que dan cuenta de la diferenciación celular, pero queda todavía mucho por descubrir.

La transformación cerebro-mente es un enigma sin resolver. El cerebro es el órgano humano más complejo y distintivo. Se compone de 30.000 millones de células nerviosas o neuronas, cada una conectada a muchas otras a través de dos clases de extensiones celulares conocidas como el axón y las dendritas. Desde el punto de vista evolutivo, el cerebro animal es una poderosa adaptación biológica que permite que un organismo obtenga y procese información sobre las condiciones medioambientales y adapte su comportamiento a ellas. Esta capacidad ha sido llevada al límite en los humanos, en los que la extravagante hipertrofia del cerebro hace posible el pensamiento abstracto, el lenguaje y la tecnología. Por estos medios la humanidad ha entrado en un nuevo modo de adaptación mucho más potente que el meramente biológico: la adaptación por medio de la cultura, asunto desarrollado en el capítulo 2.

No hay suficientes bits de información en la secuencia completa del DNA de un genoma humano para especificar los miles de millones de conexiones existentes entre los 30.000 millones de neuronas del cerebro humano. En consecuencia, las instrucciones genéticas deben organizarse en circuitos de control que operan a distintos niveles jerárquicos, de modo que una instrucción a un nivel es transportada a través de muchos canales a niveles inferiores en la jerarquía de los circuitos de control.

La neurobiología es una apasionante disciplina biológica que ha dado grandes pasos en las dos últimas décadas. Gracias al compromiso cada vez mayor de recursos financieros y humanos en este campo, se ha alcanzado un índice de descubrimientos sin precedentes. Se ha aprendido mucho acerca de cómo la luz, el sonido, la temperatura, la resistencia y las impresiones químicas recibidas en nuestros órganos sensoriales activan la liberación de transmisores químicos y variedades eléctricas potenciales que llevan las señales a través de los nervios hasta el cerebro y otras partes del cuerpo. También se ha aprendido mucho sobre la manera en que los canales neuronales para la transmisión de información se refuerzan por su uso o son reemplazados cuando se han dañado.

A pesar de todo este progreso, la neurobiología sigue siendo una disciplina muy joven. Las cuestiones más importantes siguen cubiertas de misterio. No sabemos cómo se transforman los fenómenos físicos de las neuronas en experiencias mentales (los sentimientos y las sensaciones, llamadas qualia por los filósofos, que aportan los elementos de la conciencia). Tampoco sabemos cómo, a partir de toda la diversidad de esas experiencias, surge la mente, esa realidad con propiedades unitarias como el libre albedrío y la conciencia de sí mismo, que persisten a lo largo de la vida de un individuo.

La transformación simio-humano se refiere al misterio de cómo una estirpe simiesca concreta se convirtió en una estirpe hominina, de la que emergieron, después de solo unos pocos millones de años, humanos capaces de pensar y amar, que han desarrollado sociedades complejas y que defienden valores éticos, estéticos y religiosos.

¿Cómo son de semejantes humanos y simios y cómo son de diferentes? No se necesita reflexionar mucho para advertir la singularidad distintiva de los humanos. Somos morfológicamente diferentes de los demás animales, incluidos los chimpancés, los más semejantes a nosotros. Las diferencias más importantes incluyen el cerebro, mucho mayor en los humanos que en los demás primates, y la postura bípeda. Andamos a dos patas, mientras que los chimpancés andan a cuatro patas, apoyándose en los nudillos de los miembros delanteros cuando andan por el suelo, en vez de trepar o saltar de una rama de árbol a otra.

Más significativas todavía que las diferencias anatómicas son los comportamientos distintivos, tanto individuales como sociales. Los humanos tenemos instituciones sociales y políticas complejas, códigos legales, ciencia, literatura, arte, ética y religión. Construimos edificios, carreteras y ciudades, viajamos en automóvil, barco y avión, y nos comunicamos usando un lenguaje complejo hablando por medio de teléfonos y ordenadores. Somos una especie más entre los varios millones de especies animales que existen y han existido en el pasado, pero somos una especie muy especial por razones obvias que son, además, biológicamente muy relevantes.

Los conocimientos sobre las relaciones evolutivas se adquieren por tres vías: 1) comparando primates vivos, incluidos los humanos, unos con otros; 2) mediante el descubrimiento y la investigación de restos fósiles de primates que vivieron en el pasado; y 3) comparando sus respectivos DNA, proteínas y otras moléculas.

El DNA de los seres humanos está empaquetado en dos conjuntos de 23 cromosomas, una dotación heredada de cada progenitor. El número total de letras de DNA (los cuatro nucleótidos representados por A, C, G y T) en cada conjunto de cromosomas es de unos 3.000 millones. El Proyecto del Genoma Humano ha descifrado la secuencia de los 3.000 millones de letras en un genoma humano. Se estima que la Biblia contiene tres millones de letras. Escribir la secuencia del DNA de un genoma humano requeriría mil volúmenes del tamaño de la Biblia. Desde luego, la secuencia del genoma humano no está impresa en libros, sino almacenada en forma electrónica en ordenadores de los que los investigadores pueden recuperar fragmentos de información. Pero si se quisiera una impresión de dicha secuencia, se necesitarían dos mil volúmenes para un solo individuo, mil para cada uno de los dos conjuntos de genes. El número de letras diferentes entre los dos conjuntos de un individuo es de unos tres millones, o uno de cada mil.

Conocer la secuencia del DNA humano es un primer paso, pero no más que esto, hacia la comprensión de la constitución genética de un ser humano. Piense el lector en los mil volúmenes del tamaño de la Biblia. Ahora conocemos la secuencia ordenada de los 3.000 millones de letras, pero dicha secuencia no proporciona un conocimiento de los seres humanos, de la misma manera que no comprenderíamos el contenido de mil volúmenes del tamaño de una Biblia escritos en un idioma extraterrestre, del que solo conociéramos el alfabeto, aunque llegáramos a descifrar su secuencia de letras.

Será, sin duda, la cuarta revolución industrial en la que estamos actualmente envueltos, la ingeniería genética, la que nos proporcionará en los próximos años, o en las próximas décadas, las respuestas a los tres enigmas planteados: la descodificación ontogenética, el enigma cerebro-mente y la transformación de simio a humano. Será esa cuarta revolución industrial la que nos pondrá en camino para satisfacer el consejo «conócete a ti mismo».

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