Una regla de tres en biología

escrito el 13 de junio de 2008
para Animales III (Biología del desarrollo)

Supongo que en algún momento de mi tierna infancia, probablemente durante el segundo embarazo de mi madre, pregunté suficientes veces “¿de dónde vienen los bebés?” como para que me regalaran un libro de lo más bonito (hasta con ilustraciones plegables) que explicaba la formación de un niño desde la fertilización hasta el parto. Por supuesto que se trataba de un trabajo de divulgación para preguntones de mi edad, pero a mí me pareció el último tratado de embriología con descubrimientos tan fascinantes como que los pollos, lagartijas, ranas y humanos se parecen mucho en algún punto de su desarrollo.

Es la segunda vez que recuerdo ese episodio, la primera fue una década después de que ocurrió, cuando leí Dientes de gallina y dedos de caballo y Los monstruos útiles (1) de Stephen Jay Gould, seguidos de otros ensayos donde escuché inauguralmente de la ontogenia y la filogenia. Ahí comencé a imaginar (muy torpemente) la importancia del desarrollo para la biología, particularmente para la evolución. Luego vino ese relativamente largo período en la carrera de todo protobiólogo en el que oímos hablar con cierto grado de solemnidad del ecto, meso y endodermo y aprendemos (cual hecho en vez de concepto aseveraría Wood) que en los deuterostomados el blastoporo degenera en el ano, sin tener una idea concisa de la base conceptual y biológica de todos esos términos, excepto tal vez aquel recuerdo de las muy generales lecciones de la preparatoria.

Hasta ahora me he limitado, no sin goce, a relatar anécdotas personales que vagamente se relacionan con el tema central de este ensayo: la gastrulación. Para el que no esté familiarizado con el término o sufra las bromas de la memoria, la gastrulación es el proceso en el cuál un cúmulo de células se convierte formalmente en un embrión, de modo que se forman las capas (endodermo, ectodermo y mesodermo) y el plan corporal del organismo maduro se establece, esto implica movimientos celulares “masivos” y una enorme cantidad de actividad molecular: se ha establecido una forma muy compleja a partir de una simple. Para Scott F. Gilbert, autor de uno de los libros de cabecera del área, la gastrulación es el punto en el cual prácticamente todos los principios del desarrollo son puestos a prueba, de modo que estudiarla es subrayar y aprender la esencia de la biología del desarrollo. No por nada en un artículo de la CBE –Life Science Education- donde William Wood, Scott Gilbert y Jeff Hardin responden a la pregunta ¿Cuáles son los conceptos clave en la biología del desarrollo? (2), queda claro que la gastrulación es un tema central, que si bien pude abordarse desde diferentes puntos de vista o hacer hincapié en otros, es imprescindible al enseñar biología del desarrollo.

Para el primer autor resulta fácil comprender que los estudiantes nos sintamos abrumados por los interminables tipos y variantes de los controles reguladores del desarrollo. Por eso, aunque considera que durante las clases deben citarse tanto conceptos como hechos, considera que el concepto de control combinatorio ayuda a dejar en claro que la regulación se da por una serie de, valga la redundancia, combinaciones de reguladores transcripcionales, postrascripcionales, componentes de las rutas de señalización, elementos del citoesqueleto y otras proteínas y ARNs sintetizados previamente. Hardin por el contrario considera que de nada sirve entender toda la morfología y señalización molecular si no se entiende la gastrulación como un proceso. Habla pues de la importancia de los modelos en 3D para que el estudiante entienda los tan célebres movimientos morfogenéticos y de cómo es necesario volverlos modelos de 4D, donde la cuarta dimensión es el tiempo (término que está implícito en la palabra processus por cierto), para que verdaderamente cobren sentido biológico al hablar de desarrollo. Dejo a Gilbert para el final porque ya he resumido su ensayo: todo lo que necesitas saber de la biología del desarrollo está en la gastrulación.

Como científica, o cuando menos como pretenciosa, recurro a la experimentación y a la experiencia propia para probar estas palabras. Decidí consultar el plan de la materia (plan 1997) que por alguna razón se llama Animales III, donde en la carrera de Biología de la Facultad de Ciencias de la UNAM se ve biología del desarrollo. El tema II. Mecanismos de Interacción y comunicación celular durante la morfogénesis, sobresale solemnemente porque incluye lecciones como adhesión celular, hormonas e información posicional y demás información básica para explicar la gastrulación, que, según el mismo plan de estudios, debe darse ¡antes! Quedé fascinada, pocas veces la teoría encaja tan bien con la práctica como en este caso: la dificultad de la enseñanza concepto/hecho que menciona Wood está ahí y me temo surge por el artificio que es dividir una materia, particularmente esta, en temas y subtemas (3). La realidad empírica a la que fui expuesta cuando cursé Animales III fue que los veintidós principios de la biología del desarrollo de los que habla Gilbert realmente ocurren y deben ser enseñados en la gastrulación (sugiero arduamente al lector que los consulte alguna vez), de modo que aunque mis profesores (afortunadamente) no dieron el tema II acorde a la estructura del curso todo su contenido quedó claro, haciendo una mezcla justa, método muy parecido a la conclusión de Wood.

Con este divertido y obvio descubrimiento podría sugerir más de un cambio al famoso programa de la materia, pero en realidad tengo una, llamémosla crítica, más elemental al plan de estudios y a la enseñanza en general de la biología del desarrollo. El artículo de Hardin del que tanto he hablado se titula La dimensión perdida en la enseñanza de la biología del desarrollo (4), y se trata, según sus palabras, de la cuarta dimensión: el tiempo. Bajo este esquema sugiero yo una quinta dimensión, aquella que en realidad es el motivo último por el cual los biólogos estudiamos el desarrollo de los seres vivos, llamémosla la dimensión olvidada: la evolución.

Históricamente la biología del desarrollo ha sido uno de las vertientes con las que se ha sustentado y construido la teoría evolutiva. Si bien la famosa frase “La ontogenia recapitula la filogenia” que Ernst Haeckel postuló en 1866 como la teoría de la recapitulación ha sido desmentida y aclarada por la biología moderna (tirando de igual manera mis pininos de interpretación del libro de ilustraciones plegables) es innegable que la embriología fue y continúa siendo una de las fuentes no sólo de evidencia de que la evolución ocurre, sino que ha generado experimentos y descubrimientos acerca del cómo.



El primer ejemplo de esto que se me ocurre es sin duda “la utilidad de los monstros” y el cómo las desviaciones inducidas y controladas de la normalidad pueden dejar al desnudo las leyes del orden. Ya que estamos con Gould, pues esa cita es de Los monstruos útiles, vuelvo a sus dientes de gallina, lo que en realidad es darle demasiado crédito a él, ya que el experimento que me interesa mencionar fue aquel que hicieron Kollar y Fisher en 1980. Tomaron epitelio de lo que formaría la mandíbula (ectodermo farigeo) en un embrión de pollo de 5 días y lo combinaron con el mesénquima molar de embriones de ratón de 16‐18 días, los tejidos se adherieron uno al otro y fueron cultivados en la cámara interna de un ojo de ratón (sí, ahí, y con buenos motivos). Después de algo de tiempo y “desarrollo normal” el resultado de esta extraña quimera es el famoso diente de gallina (aunque per se no es un espectáculo, no resisto la tentación de mostrar una imagen: Figura 1). Lo que sucede es que el epitelio es un inductor necesario para que el mesénquima forme dentina ¿Pero, porqué las aves no tienen dientes? El epitelio de pollo sigue teniendo la capacidad de producir esmalte e inducir al mesénquima a formar dentina, pero es el mesénquima de pollo el que ha perdido la capacidad de formarla, de modo que ésta no se produce y el epitelio no puede continuar su desarrollo hacia dientes. Así, en palabras de Gould, "un diente de gallina es la estructura potencial codificada en el epitelio de pollo durante sesenta millones de años, pero no expresada por la ausencia de la dentina necesaria para inducirla". Este maravilloso ejemplo ha sido abordado en repetidas ocasiones (por Wang, Chen, Arechagay y sus respectivos colaboradores) y ya se conoce más a fondo la mecánica molecular detrás del fenómeno. Pero mi conclusión favorita es que la historia evolutiva de los organismos persiste (hasta cierto punto cuando menos) en forma latente, esto abre a los biólogos todo un campo de estudio dentro de la embriología y permite a la evolución del grupo contar como legado con un acervo genético con enorme potencial de cambio. Entender esta quinta dimensión de la biología del desarrollo, un tiempo que trasciende al individuo y al ADN traducido en proteínas, es un reto para la enseñanza y compresión que va mucho más allá de la presentación de la gastrulación y anatomía comparada en los diversos grupos de animales. Cuando menos desde el punto de vista de la biología como ciencia y al igual que la biodiversidad, la biología del desarrollo debe entenderse a la luz de la evolución.

De nuevo he dejado de lado a la gastrulación y más pareciera que estoy hablando de la importancia en general de la biología del desarrollo. Pues bien, para colmar aún más el atrevimiento me tomo la licencia de volver a mis anécdotas infantiles. El título del artículo del que he hablado de Gilbert está basado en un bestseller del 88 de Robert Fulghum cuyo título Todo lo que realmente necesito saber lo aprendí en el jardín de niños (5), me trajo un remoto recuerdo de la primaria. Durante una clase de matemáticas, alguien hizo la obligada pregunta “¿para qué me va a servir eso?” a lo cual nuestra guía contestó con un pragmatismo espectacular: mucho de lo que les enseño lo aprenderán porque tienen que aprenderlo, pero la regla de tres les prometo que la van a usar todo el tiempo”. Y aunque su discurso no era el más inspirador para conocer por el mero deseo de saber era rotundamente cierto: a la fecha me sorprendo de la interminable utilidad de la regla de tres. Conocer, si no en intimidad cuando menos de una manera aceptable, el proceso de gastrulación es saber hacer una regla de tres en biología. Releyendo Dientes de gallina y dedos de caballo reconozco prácticamente toda la lista de 22 puntos de Gilbert. Como muestra y para no ir más lejos el punto uno: “el destino de una célula está dado porqué tanto escucha a su madre vs que tanto escucha a sus vecinos” y el punto dos: “no tienes que estar completamente diferenciado para influir en tus vecinos” (6) se ejemplifican perfectamente en nuestro amigo diente quién a pesar de contar con la información genética para producir dentina, no cuentan con el vecino correcto que lo induzca, proceso que, como hemos dicho, sucede en células no completamente indiferenciadas del ectodermo faríngeo y el mesénquima molar.

De igual manera otros ejemplos de los que leí antes de conocer realmente algo de gastrulación, como el de los dedos de caballo, la fíbula de las aves, las moscas de la fruta y sus mutantes homeóticos u otros que cualquier estudiante de biología se topa durante sus estudios, como los IRES (internal ribosome entry site, por sus siglas en inglés), los deuterostomados, el blastoporo y el celoma, son infinitamente más comprensibles, sorprendentes y valiosos biológicamente hablando si uno entiende la gastrulación no sólo como una regla de tres, sino como el proceso de cinco dimensiones que es.

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1 Hen's Teeth and Horse's Toes y Helpful Monsters en el título original en ingles.
2 Los tres artículos se encuentran disponibles en: http://www.lifescied.org/cgi/content/full/7/1/10, http://www.lifescied.org/cgi/content/full/7/1/12, y http://www.lifescied.org/cgi/content/full/7/1/13, respectivamente.
3 El programa de la materia completo, por si la curiosidad es tal, se encuentra disponible en https://estudiante.fciencias.unam.mx/areas/licenciatura/asignaturas/1600.pdf
4 The Missing Dimension in Developmental Biology Education
5 All I Really Need to Know I Learned in Kindergarten
6 Del texto original y completo en inglés: 1. One’s fate is determined by how much one listens to mother versus how much one listens to neighbors (Bard, 1997). Thus, as philosopher W.V.O. Quine said, “To be is to be a value of a variable.” A cell is given pluripotency. Its interactions and heritage determine its destiny. 2. You don’t have to be fully differentiated to influence your neighbors. You can make a difference while you are still young. The optic cup cells influence the outer ectoderm to become lens before the optic cup tissue is retina. The myotome cells of the somite tell the dorsalmost layer of the sclerotome to become tendon cells
before the myotome cells differentiate into muscle. The embryo is created by “immature” cells.