Cromosomas sexuales, insectos y una científica poco conocida

La genetista Nettie Stevens describió, de forma simultánea e independiente al famoso investigador Edmund B. Wilson, que el sexo está determinado por una configuración particular de cromosomas. Sin embargo, por muchos años, el descubrimiento solo fue atribuido a Wilson.

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Los cromosomas sexuales, aquellos que determinan el sexo de los óvulos fecundados de la mayoría de los mamíferos, aves y muchos insectos, son bastante conocidos. Sin embargo, es raro escuchar a alguien que sepa acerca de quiénes descubrieron este mecanismo. Incluso, si existe alguna idea sobre el tema, la misma está erróneamente asociada o bien a una sola persona, Edmund B. Wilson, un prestigioso genetista norteamericano, o a otro famoso del área, Thomas Hunt Morgan. ¿Dónde radica el error? Suelen pasar por alto a una persona: Nettie Maria Stevens, una genetista estadounidense que, siendo mujer, fue un claro ejemplo del efecto Matilda. Término acuñado en 1993 por la historiadora de la ciencia Margaret W. Rossiter para hacer referencia al olvido consciente y sistemático que han sufrido las aportaciones de las mujeres científicas. He aquí un poco de esa historia.

Diferencias y cromosomas

La determinación del sexo da como resultado el desarrollo de individuos con características que les permiten ser identificados como machos, hembras o, en algunos casos, hermafroditas. En ciertas especies, las diferencias en las características sexuales pueden ser muy pequeñas. En cambio, en otras, las diferencias fenotípicas entre los sexos pueden ser muy significativas e incluir diversos aspectos como el tamaño, comportamiento, coloración, plumaje distintivo -en el caso de las aves-, entre otras, lo que se conoce como dimorfismo sexual.

Dimorfismo sexual
Dimorfismo sexual en una pareja de patos mandarines (Aix galericulata). Macho (izquierda) y hembra (derecha). Créditos: Francis C. Franklin, wikimedia commons

La comprensión de cómo ocurre la determinación sexual tuvo lugar a principios del siglo XX gracias al descubrimiento de los cromosomas sexuales; un tipo de cromosomas que participa en este proceso. Hoy se sabe que muchos de los animales tienen cromosomas sexuales dimórficos, es decir, con dos formas distintas que se pueden distinguir citológicamente al observarlos al microscopio. Los seres humanos y la mayoría de los otros mamíferos tienen dos cromosomas sexuales, denominados X e Y. En el caso de las hembras, éstas tienen dos cromosomas X en sus células somáticas (en todas aquellas células del cuerpo exceptuando los gametos), mientras que los machos tienen un cromosoma X y uno Y. En el caso de las aves y algunos insectos, los cromosomas sexuales se denominan de otra forma.

Los animales con dos cromosomas sexuales diferentes son del sexo heterogamético y, por lo tanto, pueden producir dos tipos de gametos. Por el contrario, los miembros del sexo homogamético solo pueden producir un tipo de gameto. En el caso de los seres humanos y los mamíferos, las hembras son homogaméticas y los machos heterogaméticos. Todos los óvulos, contienen solo un cromosoma X, mientras que los espermatozoides pueden contener un cromosoma X o uno Y. Esta disposición significa que es el macho el que determina el sexo de la descendencia cuando se produce la fecundación, en función si el espermatozoide aporta un cromosoma X o Y.

Pero la historia para llegar a todos los conocimientos mencionados en los párrafos anteriores es larga, compleja y ha involucrado a muchas personas. Nettie Maria Stevens fue una de ellas.

De los ciliados a los cromosomas

Nettie nació en 1861 en el estado de Vermont, Estados Unidos. En el siglo XIX, en este país en particular, una mujer tenía nuevas oportunidades para dedicarse a la ciencia, aunque no era ni habitual ni fácil. Su sistema de educación pública permitía a las niñas asistir a la escuela primaria brindando por mucho tiempo mejores oportunidades que sus contrapartes europeas. Además, en esta misma época el programa educativo para mujeres jóvenes se había expandido para incluir la educación superior, culminando con el establecimiento de universidades para mujeres.

Nettie Stevens aprovechó estas oportunidades. Asistió a una escuela pública y posteriormente a la Academia Westford. Luego cursó en la Escuela Normal del Estado en Westfield, Massachusetts, completando en dos años un curso de cuatro y graduándose primera en su clase en el año 1883.  Nettie se vio obligada a trabajar para ganarse la vida como maestra de escuela y bibliotecaria, y no pudo continuar con sus estudios a pesar de querer dedicarse a la investigación. En los años siguientes se dedicó a ahorrar para poder cumplir con su meta.

Stevens pudo volver a estudiar recién en 1896 cuando, con 35 años, se matriculó en la Universidad de Stanford, donde obtuvo sus títulos de pregrado y posgrado, en 1899 y 1900, respectivamente. Continuó sus estudios y en 1903 concluyó un doctorado del Bryn Mawr College, una universidad privada femenina situada en Pensilvania donde también se encontraban trabajando dos de los grandes biólogos de la época, Edmund B. Wilson y Thomas H. Morgan. Este último la incorporó a su equipo de investigación y dirigió personalmente su trabajo. Años más tarde sería galardonado con un premio Nobel por la demostración de que los cromosomas son portadores de los genes, lo que se conoce como la teoría cromosómica de Sutton y Boveri. Sus estudios de doctorado incluyeron una estadía de un año en la Estación Zoológica de Nápoles, Italia, y en el Instituto Zoológico de la Universidad de Würzburg, Alemania, que fueron fundamentales para su carrera. Una vez obtenido el doctorado permaneció en la universidad como investigadora hasta su muerte, en 1912, como consecuencia de un cáncer de mama.

El primer campo de investigación de Stevens fue la morfología y taxonomía de los protozoos ciliados. Luego se dedicó a la citología y al proceso regenerativo. Sus investigaciones sobre la regeneración la llevaron a un estudio de diferenciación en embriones y luego al estudio de los cromosomas. Con una gran precisión y cautela en sus trabajos, según varios de los investigadores que trabajaron a su lado, en muchas oportunidades el foco de su carrera estuvo puesto en conseguir dinero para mantenerse o financiar sus investigaciones.

Nettie Stevens en el laboratorio
Nettie M. Stevens trabajando en Stazione Zoologica, Nápoles, Italia en 1909. Fuente: Ogilvie, M. B & Choquette, C. J. 1981. Nettie Maria Stevens (1861-1912): Her Life and Contributions to Cytogenetics. Proceedings of the American Philosophical Societ

Ideas aristotélicas y conceptos mendelianos

La importancia de la contribución científica realizada por Stevens, descubrir que existían cromosomas particulares que determinaban el sexo, solo puede entenderse dentro del contexto general de la historia de la genética, por lo que me remontaré en el tiempo.

En referencia a la determinación sexual, en el 335 a.E.C., el filósofo y polímata griego Aristóteles, propuso que el calor de la pareja masculina durante el coito determinaba el sexo. Si el calor del macho podía superar la frialdad de la hembra, entonces se formaría un hijo varón. Por el contrario, si la frialdad de la mujer era demasiado fuerte (o el calor del hombre demasiado débil), se formaría una niña. Esta hipótesis siguió siendo popular hasta 1900, junto a otra que se acuñó por esa época que hacía referencia a que el sexo se determinaba internamente, específicamente a través de componentes del ovocito. Una tercera hipótesis, no muy aceptada y surgida también a fines del siglo XIX, hacía referencia a la presencia de factores hereditarios que influían en su determinación.

Si bien para la mayoría de los animales el sexo se determina cromosómicamente, algo de cierto había en la propuesta de Aristóteles… Para el caso de algunos reptiles, la temperatura del nido determina el sexo del embrión.

El descubrimiento de los cromosomas sexuales a principios del siglo XX permitió explicar cómo ocurría la determinación sexual y refutar las dos primeras hipótesis. Lograr el mismo implicó un largo camino, sobre todo en el entendimiento de cuestiones hereditarias.

Es aquí donde aparece “el monje de los guisantes”, Gregor Mendel, quien, en 1865 sienta las bases de la genética con su publicación de estudios sobre cómo se heredan los caracteres. Sin embargo, su trabajo no fue comprendido por los científicos de la época y permaneció casi desconocido. Recién en 1900, 16 años después de su muerte, su trabajo fue “redescubierto”, simultánea e independientemente por tres destacados botánicos que estaban trabajando en la herencia de los caracteres en Holanda, Alemania y Austria. Ellos comprobaron que las llamadas “leyes de Mendel” representaban los indicios en el descubrimiento de las unidades de la herencia biológica: los genes. En 1902 se demostró que los principios mendelianos también eran aplicables a animales haciendo casi evidente la “universalidad” de los mismos.

¿Qué se sabía sobre los cromosomas en aquel entonces?

Durante el período de activa investigación de Nettie Stevens, la relación entre los cromosomas y la herencia se estaba explorando. Aunque se había descrito y explicado el comportamiento de los cromosomas, las especulaciones sobre su relación con la herencia mendeliana no habían sido confirmadas con un ejemplo real. No se había logrado rastrear ningún rasgo desde los cromosomas parentales hasta los de la descendencia, ni se había vinculado un cromosoma específico con una característica específica. Los indicios de que la herencia del sexo podría estar relacionada a un cromosoma morfológicamente distinto sugirieron la posibilidad de conectar un rasgo tan particular a un cromosoma específico. Si se demostraba que el sexo se heredaba de manera mendeliana, se demostraría una base cromosómica para la herencia.

En 1891, el citólogo alemán Hermann Henking, trabajando con testículos de una chinche del género Pyrrhocoris, había descripto un cuerpo de cromatina en la espermatogénesis (mecanismo encargado de la producción de espermatozoides) del insecto que permanecía inerte durante la segunda división meiótica y pasaba solo a una de las dos espermátidas resultantes. Hizo referencia al mismo como un “elemento cromatínico peculiar”, “X” o un “nucleolo” atípico. ¡Había descubierto el cromosoma X! Entre 1901 y 1902, Clarence E. McClung propuso que el comportamiento de “este cuerpo” estaba relacionado con la herencia del sexo sugiriendo, además, un nuevo nombre para el mismo: “Cromosoma accesorio”.

Los insectos y el trabajo de Stevens 

Aunque se desconoce el momento exacto en que Stevens se interesó por el problema de los cromosomas y la determinación del sexo, la pregunta quedó plasmada en 1903, cuando solicitó por primera vez una beca para estudiar el tema. Allí mencionó que estaba especialmente interesada en el lado histológico de los problemas de la herencia relacionados con las leyes de Mendel.

En su primer trabajo, Stevens decidió investigar la posible función del cromosoma accesorio como determinante del sexo. Para ello seleccionó cinco especies de varios grupos de insectos, cuya génesis de espermatozoides no se había estudiado previamente. Describió la espermatogénesis de cada una en detalle, especialmente en cuanto al cromosoma accesorio y su relación con la determinación del sexo. Su gran hallazgo tuvo lugar al trabajar con ejemplares machos del escarabajo Tenebrio molitor, cuya larva constituye el famoso gusano de la harina común. En sus testículos observó dos tipos diferentes de espermatocitos en relación con el contenido de cromatina. Mientras que los pronúcleos del óvulo siempre contenían diez cromosomas grandes, en el caso de los espermatocitos había dos posibilidades: podían tener diez cromosomas grandes o nueve grandes más uno pequeño, que hoy conocemos como cromosoma “Y”.

Escarabajo Tenebrio molitor. Fuente: Wikimedia Commons.

Dado que las células somáticas “no reducidas” de la hembra de Tenebrio, es decir, aquellas que no habían experimentado meiosis, contenían veinte cromosomas grandes mientras que las del macho poseían diecinueve grandes y uno pequeño, Stevens concluyó que esta situación representaba un caso claro de determinación del sexo, no por un cromosoma “accesorio” sino por una diferencia definida en el tamaño de los miembros de un par particular de cromosomas.  Postulando que los espermatozoides que contienen el cromosoma pequeño determinan el sexo masculino y aquellos que contienen diez cromosomas de igual tamaño, el sexo femenino, sugirió que el sexo puede, en algunos casos, estar determinado por una diferencia en la cantidad o calidad de la cromatina. Confirmaba así lo propuesto por McClung. Dichas investigaciones fueron publicadas en 1905 en un artículo de 75 páginas donde anunciaba su hallazgo: una combinación particular de los cromosomas era responsable de la determinación del sexo de un individuo.

Stevens trabajo de 1905
Nettie Maria Stevens – Estudios en espermatogénesis con especial referencia al “Cromosoma accesorio”, Parte I, Carnegie Institution de Washington, sept. 1905, Lámina VI. Un fragmento del trabajo “en todas las mitosis de espermatogonias en metafase en las que fue posible contar con precisión los cromosomas se encontraron 20 cromosomas, 19 de tamaño grande aproximadamente iguales, y uno esférico pequeño (Fig. 169 y 170, elemento “s”). Fuente: wikipedia.

Este descubrimiento, también anunciado de forma independiente ese mismo año por el biólogo y genetista Edmund Wilson, no solo puso fin al debate de larga data sobre si el sexo era una cuestión de herencia o influencia ambiental embrionaria, sino que también fue el primer vínculo firme entre una característica hereditaria y un cromosoma particular. Wilson, que investigaba el tema al mismo tiempo que ella, reconoció de palabra y por escrito la primacía de Stevens en el descubrimiento, pero la comunidad científica se lo atribuyó a él.

Cita de Stevens
E. Wilson citando el descubrimiento de Stevens en su trabajo.

Después de haber propuesto originalmente su teoría de la herencia cromosómica del sexo, Stevens buscó la confirmación investigando la gametogénesis de especies adicionales, descubriendo también cromosomas supernumerarios en ciertos insectos y el estado apareado de los cromosomas en moscas y mosquitos.

Aunque sus logros no fueron desconocidos, no pudo alcanzar un nivel de éxito profesional acorde a ellos. Permaneció en un peldaño bajo de la escala académica en el Bryn Mawr College, y sus logros teóricos, incluso con respecto a los estudios cromosómicos y la determinación del sexo, generalmente se valoran de manera subordinada a los de Wilson. Un poco de justicia tuvo lugar en 1994 cuando se la incluyó en la National Women’s Hall of Fame una institución estadounidense situada en Nueva York, lugar donde se realizó la primera Convención sobre los Derechos de la Mujer en 1848. Su meta es honrar a perpetuidad a las mujeres ciudadanas de los Estados Unidos cuyas contribuciones a las artes, deportes, negocios, educación, gobierno, humanidades, filantropía y ciencias, han sido de gran valor para el desarrollo de su país.

Bibliografía y fuentes consultadas:

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"Cromosomas sexuales, insectos y una científica poco conocida." Acerca Ciencia [Online]. Available: https://www.acercaciencia.com/2021/07/21/cromosomas-sexuales-insectos-y-una-cientifica-poco-conocida/. [Accessed: 21 julio, 2021]

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