El principio de Krogh

El principio de Krogh establece que "para un número tan grande de problemas, habrá algún animal idóneo, o unos pocos, en los que se pueda estudiar de la manera más conveniente". Este concepto es fundamental para aquellas disciplinas de la biología que se basan en el método comparativo , como la neuroetología , la fisiología comparada y, más recientemente, la genómica funcional .

El principio de Krogh recibe su nombre del fisiólogo danés August Krogh , ganador del Premio Nobel de Fisiología por sus contribuciones a la comprensión de la anatomía y la fisiología del sistema capilar , quien lo describió en The American Journal of Physiology en 1929. Sin embargo, el principio fue dilucidado por primera vez casi 60 años antes, y prácticamente con las mismas palabras que Krogh, en 1865 por Claude Bernard , el instigador francés de la medicina experimental, en la página 27 de su "Introduction à l'étude de la médecine expérimentale":

En la investigación científica, los pocos procedimientos son de mayor importancia. Le choix heureux d'un animal , d'un instrument construit d'une suree façon, l'emploi d'un réactif au lieu d'un otro, souvent suficiente para resolver las preguntas generales de los mayores. ("En la investigación científica, los procesos más pequeños son de la mayor importancia. La afortunada elección de un animal , de un instrumento construido de una manera particular, el uso de un reactivo en lugar de otro, a menudo basta para resolver cuestiones generales del más alto orden.")

Krogh escribió lo siguiente en su tratado de 1929 sobre el "estado" vigente de la fisiología en aquel entonces (énfasis añadido):

Quiero enfatizar que la vía por la cual podemos esforzarnos por alcanzar el ideal es mediante el estudio de las funciones vitales en todos sus aspectos a través de la miríada de organismos . Es posible que descubramos, es más, pronto descubriremos los mecanismos esenciales de la función renal de los mamíferos , pero el problema general de la excreción solo se puede resolver cuando se estudien los órganos excretores dondequiera que los encontremos y en todas sus modificaciones esenciales. Dichos estudios, además, sin duda ampliarán y profundizarán nuestra comprensión de los problemas del riñón humano y resultarán valiosos también desde el punto de vista utilitario más estricto. Para tal cantidad de problemas, habrá algún animal de elección, o unos pocos animales, en los que se pueda estudiar de manera más conveniente . Hace muchos años, cuando mi profesor, Christian Bohr , se interesó por el mecanismo respiratorio del pulmón e ideó el método para estudiar el intercambio a través de cada pulmón por separado, descubrió que cierto tipo de tortuga poseía una tráquea que se dividía en los bronquios principales en la parte superior del cuello, y solíamos decir, en broma en el laboratorio, que este animal había sido creado expresamente para los fines de la fisiología respiratoria . No me cabe duda de que existen muchos animales que han sido "creados" de forma similar con fines fisiológicos especiales , pero me temo que la mayoría de ellos son desconocidos para los hombres para quienes fueron "creados", y debemos recurrir a los zoólogos para encontrarlos y estudiarlos.

El "principio de Krogh" no se utilizó como término formal hasta 1975, cuando el bioquímico Hans Adolf Krebs (quien describió inicialmente el ciclo del ácido cítrico ) se refirió a él por primera vez.

Más recientemente, en la reunión de la Sociedad Internacional de Neuroetología celebrada en Nyborg , Dinamarca , en 2004, el principio de Krogh fue citado como un principio central por el grupo en su 7.º Congreso. El principio de Krogh también ha captado la atención en el campo de la genómica funcional , donde existe una creciente presión y un mayor interés por ampliar la investigación genómica a una mayor variedad de organismos, más allá del ámbito tradicional de este campo.

Un concepto central del principio de Krogh es la adaptación evolutiva. La teoría evolutiva sostiene que los organismos están adaptados a nichos particulares , algunos de los cuales están altamente especializados para resolver problemas biológicos específicos. Los biólogos suelen aprovechar estas adaptaciones de diversas maneras:

• Metodología : (p. ej., polimerasa Taq y PCR ): La necesidad de manipular sistemas biológicos en el laboratorio ha impulsado el uso de la especialización de organismos. Un ejemplo del principio de Krogh se presenta en la ampliamente utilizada Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR), un método que se basa en la exposición rápida del ADN a altas temperaturas para la amplificación de secuencias de interés específicas. La enzima ADN polimerasa de muchos organismos se desnaturaliza a altas temperaturas; sin embargo, para resolver este problema, Chien y sus colegas recurrieron a Thermus aquaticus , una cepa de bacteria nativa de fuentes hidrotermales . Thermus aquaticus posee una polimerasa termoestable a las temperaturas necesarias para la PCR. La polimerasa Taq modificada bioquímicamente, como se la suele llamar, se utiliza ahora de forma rutinaria en aplicaciones de PCR.
• Superación de limitaciones técnicas : (p. ej., neuronas grandes en moluscos ): Dos estudios galardonados con el Premio Nobel se vieron facilitados por el uso de ideas centrales del principio de Krogh para superar las limitaciones técnicas en la fisiología del sistema nervioso . La base iónica del potencial de acción fue dilucidada en el axón gigante del calamar en 1958 por Hodgkin y Huxley , desarrolladores del dispositivo original de fijación de voltaje y co-receptores del Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1963. La fijación de voltaje es ahora una pieza central de la tecnología en la neurofisiología moderna , pero solo fue posible desarrollarla utilizando el amplio diámetro del axón gigante del calamar. Otro molusco marino, el opistobranquio Aplysia, posee un número relativamente pequeño de células nerviosas grandes que se identifican y mapean fácilmente de un individuo a otro. Aplysia fue seleccionada por estas razones para el estudio de las bases celulares y moleculares del aprendizaje y la memoria, lo que llevó a que Eric Kandel recibiera el Premio Nobel en 2000.

• Comprender sistemas más complejos/sutiles (por ejemplo, la lechuza común y la localización del sonido ): Más allá de superar las limitaciones técnicas, el principio de Krogh tiene implicaciones particularmente importantes a la luz de la evolución convergente y la homología . Ya sea por la historia evolutiva o por las limitaciones particulares de un nicho determinado, no existen soluciones infinitas para todos los problemas biológicos. En cambio, los organismos utilizan algoritmos neuronales, comportamientos o incluso estructuras similares para realizar tareas similares. Si el objetivo es comprender cómo el sistema nervioso podría localizar objetos mediante el sonido, se puede adoptar el enfoque de utilizar un "especialista" auditivo como la lechuza común estudiada por Mark Konishi , Eric Knudsen y sus colegas. Depredador nocturno por naturaleza, la lechuza común depende en gran medida del uso de información precisa sobre el tiempo de llegada del sonido a sus oídos. La información obtenida mediante este enfoque ha contribuido enormemente a nuestra comprensión de cómo el cerebro mapea el espacio sensorial y cómo los sistemas nerviosos codifican la información temporal.

• Agosto Krogh
• Fisiología comparada
• Fisiología evolutiva
• Longitud de Krogh
• Neuroetología

• Bennett AF (2003). Evolución experimental y el principio de Krogh: generación de novedad biológica para análisis funcionales y genéticos. Physiological and Biochemical Zoology 76:1-11. PDF archivado el 29 de agosto de 2008 en Wayback Machine.
• Burggren WW (1999/2000). Fisiología del desarrollo, modelos animales y el principio de August Krogh. Zoología 102:148-156.
• Chien A, Edgar DB, Trela ​​JM (1976). "Polimerasa de ácido desoxirribonucleico del termófilo extremo Thermus aquaticus". J. Bacteriol. 174: 1550-1557
• Crawford, DL (2001). "La genómica funcional no tiene por qué limitarse a unos pocos organismos selectos". Genome Biology 2(1):interactions1001.1-1001.2.
• Krebs HA (1975). El principio de August Krogh: "Para muchos problemas existe un animal en el que se puede estudiar de la manera más conveniente". Journal of Experimental Zoology 194:221-226.
• Krogh A (1929). El progreso de la fisiología. American Journal of Physiology 90:243-251.
• "El principio de Krogh para una nueva era." (2003) [Editorial] Nature Genetics 34(4) pp.  345–346.
• Miller G. (2004) Neurociencia del comportamiento sin límites. Science 306(5695):432-434.