sábado, 11 de enero de 2014

Capítulo XVIII: El verdadero poder de la evolución.



Capítulo XVIII: El verdadero poder de la evolución.



 Muy buenas tardes, mañanas, noches o lo que proceda, gentiles lectores. Parece ser que de nuevo nos encontramos aquí, prestos a seguir viaje en busca del origen de nuestra existencia. En el capítulo anterior nos hallábamos en la Tierra primitiva de hace unos 4.000-3.800 millones de años asistiendo a un hecho formidable: la aparición de una molécula orgánica con la asombrosa capacidad de replicarse a sí misma, pero no perfectamente, sino cometiendo pequeños errores de modo que solo las mejores versiones se seleccionasen, con lo cual poco a poco se pudiera ir perfeccionando y volviendo más compleja. Desde entonces hasta ahora ha llovido mucho; fíjense lo que tenemos en nuestros días: plantas, peces, bacterias, jirafas, cocodrilos... incluso seres humanos. Y todo ello sin contar la increíble biodiversidad que nos ha precedido y que ahora se encuentra extinta. ¿Como es posible llegar a tanto con unos comienzos tan humildes? La respuesta está en la evolución, y sobre los problemas que nos plantean los motores que parece haber detrás de ella versa este capítulo. Así pues... ¡Adelante con ello!

 Como todo el mundo sabrá o debería de saber, fue Charles Darwin quien puso, en 1959, la primera piedra para explicar la evolución de la vida: la Teoría de la Selección Natural. Su formulación es simple y elegante: "dada una cierta variabilidad en una población, solo los individuos mejor adaptados podrán sobrevivir y transmitir sus características a sus descendientes, mientras que los que no lo estén tendrán más posibilidades de morir y a la larga sus rasgos desaparecerán". En realidad, esto más que una teoría es un hecho, pues han podido observarse varios ejemplos de ello. 

 Quizá el caso más paradigmático sea el de la polilla Biston Betulalia. Este animal evolucionó para camuflarse miméticamente al posarse sobre el tronco de los abedules, que tienen un tono más bien claro. Sin embargo, con la llegada de la revolución industrial las chimeneas de las fábricas comenzaron a vomitar humo y los troncos de los abedules empezaron a teñirse del negro del hollín. En este contexto, una cierta mutación en los genes volvía a algunas polillas de color negro, fenómeno conocido como melanismo (exceso de melanina o de pigmento en la piel), lo cual usualmente resultaba perjudicial, más no con los troncos de los árboles oscurecidos por la contaminación. De este modo las polillas negras proliferaron y sustituyeron rápidamente a las blancas, que pronto se encontraron en minoría. Posteriormente, cuando dejó de quemarse carbón para generar energía, el humo dejó de inundar los bosques y la corteza de los abedules volvió a recuperar su blanquecino color natural. Por supuesto las polillas blancas volvieron al poder y relegaron a las negras a al estatus marginal que habían tenido al principio. 


Aquí pueden ver a los dos tipos de polillas Biston Betulalia. Lo cierto es que una da notoriamente más el cante que la otra, algo que ocurría justo al revés hace décadas con la corteza del abedul oscurecida por los humos de la revolución industrial. 

 Todo un caso de selección natural observado en vivo y en directo. Pero no el único ni el más espectacular. Si realmente quieren sobrecogerse asistan al caso del "Monstruo del Dr. Spiegelman".

 En 1961 el Dr. Sol Spiegelman aisló un virus que era capaz de usar solo ARN para funcionar, lo que hoy llamamos un "virus ARN". Sin embargo en 1965 (como anunciaba dos capítulos atrás) Spiegelman logró una proeza sin precedentes: aislar en un tubo de ensayo un ARN capaz de hacer copias de si mismo (eso sí, hizo trampa y lo ayudó añadiéndole la enzima ARN-polimerasa, pero para el caso es lo mismo). 

 Bien, así las cosas tenemos un ARN autoreplicante encerrado en un tubo de ensayo rico en nutrientes... ¿Que ocurrió? Pues exactamente lo que ustedes deben de estar pensando: evolucionó. El ARN original había sido obtenido a partir de un virus ARN, así que poseía alrededor de 4500 nucleótidos en los cuales se contenía la información necesaria para invadir una bacteria y obligarla a fabricar más virus ARN, cosa por cierto nada sencilla. Pero dentro del tubo de ensayo las cosas son distintas, allí no hay bacterias que infectar, sino tan solo nutrientes que asimilar para hacer copias. En tales circunstancias el ARN que más rápido coma nutrientes y más rápido se reproduzca será desde luego el más exitoso. ¿Y que hacer para conseguirlo? Pues soltar lastre. Cuanto más corta sea una cadena de ARN menos nutrientes necesitará para copiarse y más rápido lo hará. De este modo las moléculas de ARN más avispadas empezaron a quitarse de en medio los nucleótidos con información inútil ("como romper una pared bacteriana", "como manipular el material genético de una bacteria", etc...) y solo se quedaron con los fundamentales: aquellos que permitían asimilar nutrientes y reproducirse. De este modo, en el lapso de solo 74 generaciones dentro del tubo de ensayo, se pasó de los ARN iniciales, con sus 4.500 nucleótidos, a sus lejanos descendientes, que contaban tan solo con... ¡218 nucleótidos! El mínimo necesario para comer y reproducirse y ni uno más. Había evolucionado una nueva forma de vida, la más minimalista de cuantas se conocen, el monstruo del Dr. Spiegelman. 

Sol Spiegelman y su inquietante experimento.



 Visto esto, no nos queda ni una duda del poder de la Teoría de la Selección Natural, que actualmente se ha desarrollado e implementado con el desarrollo de la genética de poblaciones, adquiriendo el nombre de "Teoría Sintética moderna" con los siguientes dos enunciados como paradigma central:


1. - La Evolución es un proceso gradual de sustitución de genes en el seno de una población. La fuente de variabilidad de estos genes serían las mutaciones puntuales o micromutaciones. 

2.- El material genético es sólo la materia prima. Lo que dirige el proceso evolutivo es la Selección Natural.

 Pero... ¿es todo esto en realidad tan bonito? Lo cierto es que no, o de lo contrario no tendría tema para seguir escribiendo. Veamos que terribles manchas de tinta nos caen encima del prístino papel con los sencillos y elegantes enunciados que acabamos de ver.

 El primer gran manchurrón es la ausencia de eslabones perdidos en el registro fósil. Según la Teoría de la Selección Natural, la vida debería de evolucionar gradualmente con un montón de formas intermedias entre una especie y otra. Pero esto no es lo que se observa. Como veremos en capítulos posteriores, lo normal en el registro fósil es que las especies aparezcan repentinamente, en ocasiones para dar lugar a otras especies sin que se nos muestren las necesarias fases de transición, y en otras para permanecer inmutables durante millones de años, algunas de hecho hasta la actualidad como es el caso de las medusas. La Teoría de la Selección Natural clásica simplemente no puede explicar esto. ¿Que detiene la selección natural? ¿Que hace que avance a golpes? Ello hizo rascarse la cabeza a los científicos en busca de un modo de solucionar este problema.

 Algunos de ellos recurrieron a una nueva Teoría, la "Teoría del Equilibrio Puntuado". Según la misma, las especies, una vez aparecidas, tenderían a ser estables en el tiempo, para, en determinadas ocasiones, ser sustituidas repentinamente por otras. Ello es lo que en efecto nos muestra el registro fósil, pero ¿Como ocurriría esto? Pues de la siguiente manera:

- Primero una población de individuos queda aislada de las demás y evoluciona por separado dentro de un reducido grupo.

- Posteriormente, cuando el aislamiento se rompe y la población evolucionada entra en contacto con la original, la primera, en caso de tener una clara ventaja, sustituye con velocidad a la segunda. 

 Este fenómeno se conoce como "especiación" y sería por ello que las transiciones entre especies se nos mostrarían tan abruptas en el registro fósil, y también como algunas otras podrían permanecer largo tiempo dormitando evolutivamente, o en "estasis".


Fuente: http://bygturaniana.blogspot.com.es/2011/05/el-equilibrio-puntuado.html



 Maravilloso, o lo sería, si no fuera por otro terrible goterón de tinta que cae sobre nuestros limpios esquemas, ahora conocido como el "Dilema de Haldane". Veamos en que consiste: 

 El paso de una especie a otra requiere el cambio de al menos una docena de genes, denominados alelos, es decir, genes que en esencia sirven para lo mismo, por ejemplo para definir el color de los ojos, pero que tienen diferencias en sus secuencias, dando uno lugar a ojos marrones y otro a azules siguiendo con el ejemplo. Pues bien, según los cálculos de Haldane, estos cambios tienen un precio: el de la muerte de los individuos que dispongan de los alelos "perdedores" frente a los que tengan aquellos que resulten "ganadores" en la cruel partida de póker de la supervivencia. Por lo tanto, un cambio de 12 genes en un plazo breve dentro de una población reducida llevaría irremisiblemente a su extinción. No podría pagarse el precio a menos que la evolución avanzase mucho más despacio, cosa que ya hemos visto que no sucede: las especies devienen rápidamente unas en otras. 

 Ahondando en esto último, pongamos un ejemplo que le dejará  bien claro al lector la rapidez con la que puede llegar a actuar la evolución. Hace 65 millones de años, justo después de que se extinguieran los dinosaurios, solo había unos pocos grupos de mamíferos sobre la Tierra, no muy diferenciados unos de otros y tampoco demasiado grandes. Sin embargo, 10 millones de años después de ello ya habían aparecido animales como el Basilosaurus, que a pesar de su nombre era una ballena primitiva de 18 metros de largo, o el Icaromycteris, un murciélago de morfología muy parecida a la de aquellos que en verano rondan por encima de los tejados de nuestras casas en busca de mosquitos. 



Basilosaurus, lo crean o no, una ballena primitiva.



Icaromycteris


 Según los conocimientos actuales, que cifran el paso de una especie a otra en lapsos de más o menos un millón de años, no hay tiempo para que en 10 millones de años (10 eslabones o "cronoespecies") se pase de un pequeño mamífero un poco más grande que una rata a una ballena por un lado y a un murciélago por otro. Pero ocurrió... ¿Cómo? 

 Para tratar de encontrar una respuesta debemos de alejarnos de las teorías ortodoxas y aproximarnos a algunas otras más heterodoxas, o fronterizas si lo prefieren. Sin embargo para entendernos antes debemos de introducir algunos conceptos que quizá resulten sorprendentes al lector.



Provirus y transponsones.

  En primer lugar debemos de encararnos con unos extraños seres denominados "provirus", un grupo de virus con la sorprendente propiedad de integrarse en el código genético de algunas células de sus huéspedes y permanecer latentes allí por largo tiempo, con la posibilidad de activarse y continuar con su actividad  en algún momento posterior, dadas ciertas condiciones ambientales. Al hacerlo, pueden llevarse consigo parte del material genético de las células huéspedes, que transmitirían cuando infecten a otro individuo, que bien podría ser de otra especie. Las implicaciones de esto son sorprendentes, estos provirus pueden funcionar como "transponsones", es decir, como elementos genéticos móviles, también llamados genes saltarines. Dichos elementos únicamente pueden proceder de este modo si poseen significado biológico, es decir, serían como subrutinas de procesos vitales, algunos de los cuales de gran importancia para los seres vivos, como veremos.


 El caso es que estudios recientes han descubierto como animales tan lejanos evolutivamente como una especie de rana, otra de tortuga, un tipo de erizo y un tenrec (parecido al erizo pero no emparentado), compartían el mismo transponsón. En el caso del tenrec, los elefantes, otro género del orden Afroteria y que es el más cercano evolutivamente a él, no tenía el transponsón en cuestión. Podríamos pensar que a fin de cuentas ranas, tortugas, erizos y etc son todos mamíferos, y que la transmisión de transponsones entre ellos podría tener más facilidad. Pero es que también se han encontrado transponsones comunes entre organismos de Phyla (1) distintos, como insectos y platelmintos (un tipo de gusano plano). 


 Tradicionalmente suele explicarse que los virus son trozos de ADN o ARN que "de algún modo" adquirieron la capacidad de escaparse de su célula original e irse por su cuenta a vivir de la piratería, desarrollando "de algún modo" sus complejos métodos de asalto a las células e incluso de transposición de sus elementos genéticos. Muy raro, sí.



Provirus integrándose en el ADN de una célula.




Plásmidos bacterianos.

 Por otro lado, este fenómeno que venimos describiendo es usualmente utilizado por las bacterias, quienes acostumbran a intercambiarse unos bloques genéticos conocidos como "plásmidos". Son moléculas circulares de ADN que se multiplican independientemente dentro de las células bacterianas y se transmiten cuando estas se dividen. Pero desde luego que lo más importante es la "conjugación bacteriana": la posibilidad de dar y recibir plásmidos como si fueran cromos entre unas bacterias y otras, incluso de distintas especies.  Más desconcertante aún es que los plásmidos, que solo conforman de un 1 a un 3% del genoma de la célula, participen en la actividad bacteriana en funciones no codificadas por el cromosoma: hacen posible la asimilación de sustancias complejas, les confieren resistencia a los tóxicos, entre ellos a los antibióticos, y son causantes de varias enfermedades en animales y vegetales. Los laboratorios farmacéuticos modernos están resignados a que, literalmente de la noche a la mañana, cultivos enteros de bacterias se vuelvan inmunes a sus medicamentos. Aún no está claro que ventaja saca la bacteria individual, pero todo parece indicar que la prosperidad del grupo le debe de reportar algún beneficio. En los últimos años se ha visto como animales unicelulares (es decir, no bacterias) como por ejemplo la levadura, también se han habituado al uso de plásmidos. 


Conjugación bacteriana.



 Quizá el lector se halle asombrado con esto, pero el festival de sorpresas aún no ha terminado. Existe una bacteria llamada Wolbachia que ha sido descubierta hace muy poco viviendo dentro de la cochinilla común que todos hemos visto alguna vez en tiestos y jardines. Pues bien, agárrense los machos: ante ciertas condiciones ambientales adversas, esta bacteria penetra en el núcleo de las células germinales de la cochinilla donde, o bien se integra en uno de los cromosomas sexuales masculinos convirtiéndolo en femenino, o bien lo inhibe desde el genoma mismo de la propia cochinilla. La consecuencia es que cuando las cosas se ponen feas hasta el 90% de los animales engendrados son hembras, con lo cual la tasa de reproducción de estos animales se multiplica de manera exponencial. Pero este no es un hecho aislado, pues se conocen genes con similares funciones en plantas y en otros insectos.



 Virus endógenos.

 La última carta en nuestra desconcertante baraja la constituyen en efecto los virus endógenos. Simplemente se trata de provirus que alguna vez infectaron a nuestros antepasados más remotos y que desde entonces han permanecido integrados en el ADN de los seres vivos. Algunos han sido descritos como auténticos "fósiles genéticos" que han podido ser relacionados con formas muy ancestrales de virus actuales. Hasta ahora se ha podido identificar copias de origen vírico que constituyen algo más del 0,5 % del ADN de aves y mamíferos, pero dado que muchos virus endógenos habrán perdido a lo largo de millones de años cualquier posible parecido con sus colegas libres, es difícil calcular una estimación exacta. Probablemente mucho más del 0,5% de nuestro ADN este formado por virus endógenos. Lo más asombroso es que ciertos experimentos en los que se comprobaba la inserción de genoma vírico en el genoma de un ratón, ello provocaba una mutación que cambiaba el color de su pelo, algo que desaparecía cuando el virus abandonaba al ratón. 

 Hay otro tipo de  elementos, conocidos como "elementos retrotransponibles", un tipo concreto de transponsones, como los LINE (long inserted element) que, en el caso del ser humano, constituyen el 5% de nuestro ADN. Alguno de estos LINE parecen ser responsables de procesos tales como la formación del cristalino del ojo de los mamíferos o de la formación de la placenta. Se piensa que una familia de virus denominada como retrovirus podría ser responsable de la aparición de estos LINE en nuestro genoma. 



Sacando conclusiones.

  Tras todo este torrente de información, es momento de tratar de sacar algo en claro. Advierto al lector que nos movemos en todo momento a lo largo de la resbaladiza línea que discurre a través las mismísimas fronteras del conocimiento científico, con lo cual le pido que no de por hecho nada, tan solo que abra la mente las nuevas y heterodoxas posibilidades que parecen desplegarse delante de nosotros. Tal vez sean correctas o no, pero en cualquier caso vale la pena echarles un vistazo. 

 Aclarado esto, no nos queda más remedio que admitir que, a la luz de los hechos, la evolución de la vida parece tener características cuánticas. Con ello me refiero a que no fluye de modo lineal y suave, sino que se encuentra construida a partir de diversos bloques que conforman sistemas que interactúan entre sí de modo complejo. Que el lector no desespere, en seguida lo verá todo claro como el vodka. Piense en lo siguiente: las células se hallan compuestas por múltiples orgánulos, que colaboran entre sí para formar un sistema integrado y coherente: la célula. A su vez, en los organismos más avanzados, las células no funcionan solas, pese a tratarse de entidades independientes, sino que colaboran unas con otras creando la increíble complejidad sistemática de, por ejemplo, usted. Es decir, en prácticamente todos los ámbitos en los que hemos estudiado la vida vemos que esta se organiza a partir de sucesivos niveles en los que ciertos elementos se combinan para crear un sistema con propiedades emergentes, es decir, inéditas a las propias de sus elementos constituyentes. Pero he aquí que nuestras teorías han decidido hacer una excepción con la propia evolución de la vida, en la cual el individuo y solo el individuo, con sus cambios y las acciones llevabas a cabo por él, sería el único motor de todo. ¿Y si nos equivocamos? ¿Y si los individuos simplemente son los componentes de un sistema mayor, de modo análogo a las células en un organismo? De este modo surge la Teoría de la Evolución por Integración de Sistemas Complejos, de la mano de Máximo Sandin, el científico adalid de esta teoría. 

 Pongamos el ejemplo de la célula eucariota. Este tipo de célula es la más moderna y compleja de los tres tipos de células que existen (bacterias y arqueobacterias son los otros dos tipos, ya hablaremos de ellas en capítulos posteriores). Nosotros mismos estamos compuestos de células eucariotas. La principal característica de este tipo de células es que se encuentran formadas por componentes muy elaborados y diferenciados unos de otros. La teoría más aceptada hoy en día es que esto se debe a la simbiosis de varias bacterias (o endosimbiosis), cada una de las cuales aportaría un determinado componente, los cuales a partir de ese momento se integrarían para empezar a funcionar como parte de un todo superior, la célula eucariota. Pongamos el ejemplo de los mitocondrias, el orgánulo encargado de la respiración celular. Este orgánulo posee su propio tipo de membrana, muy similar a las de ciertas bacterias, y también su propio material genético, el ADN mitocondrial, que de alguna manera se las apaña para coordinarse con el del núcleo de la célula (el ADN nuclear). También se piensa los cloroplastos, el orgánulo que permite a las plantas realizar la fotosíntesis, tendrían su origen en las primeras bacerias fotosintéticas. Y lo mismo cabe decir del núcleo de nuestras células, que conforma toda una especie de "cuartel general" exquisitamente organizado en su interior.



Célula eucariota.



 En palabras de Máximo Sandin: "Ningún científico que conozca el funcionamiento de la célula, las relaciones bioquímicas entre las moléculas de la vida y el enorme equilibrio entre las funciones celulares deja de impresionarse con la intrincada cadena de relaciones que hacen que la vida exista."


 Volviendo a la formulación de la Teoría de la Evolución por Integración de Sistemas Complejos, tendríamos que procesos de perturbación ambiental inducirían cambios rápidos y simultáneos de genoma por parte de virus, que barrerían unas especies y favorecerían la aparición de otras nuevas, justo lo que se observa en el registro fósil y sin tener que estrellarnos contra el Dilema de Haldane. La evolución no sería más que un mecanismo de reorganización e integración de sistemas simples en sistemas complejos. Del mismo modo que por ejemplo un hormiguero es capaz de auto-organizarse (2) sin que exista un poder central director, la vida se auto-organizaría en su evolución valiéndose de la capacidad de virus y bacterias para hacer de mensajeros genéticos y coordinadores. Se ha descubierto que diversos virus patógenos, es decir, aquellos que nos infectan y nos matan, no son más que provirus o transponsones que han sufrido alguna mutación que les ha hecho volverse contra los organismos en los que se supone que deberían de integrarse, con lo cual sería muy posible que la función original de los virus no fuera la piratería celular, sino que simplemente hubieran evolucionado como mensajeros que en algún momento habrían visto pervertida su función. Esto explicaría sus increíbles propiedades, que parecen difícilmente surgidas del simple azar. 

 Para quien esperara que este capítulo terminase en alguna especie de esotérica teoría creacionista, siento decepcionarle, miremos donde miremos no aparece la huella de ningún "creador supremo" por ninguna parte. Tan solo azar y auto-organización de sistemas, pero sinceramente a mí eso me parece mucho más maravilloso que una burda intervención de varita mágica. Sobre todo porque nos entrega las llaves de nuestra libertad.

 Por otro lado, para quien crea que todo esto es ir demasiado lejos, tan solo le citaré estas palabras de Francis Crick, el descubridor del ADN: "Los hechos fundamentales de la evolución son a primera vista tan extraños, que sólo podrán ser explicados mediante una hipótesis poco convencional".

  Si la Teoría de la Evolución por Integración de Sistemas Complejos apuntara en la buena dirección, la selección natural seguiría siendo correcta y aplicable, pero solo subordinada a una teoría mucho mayor y más compleja, algo habitual en ciencia. Más aún queda mucho por investigar y experimentar antes de poder dar nada por cierto, con lo cual hasta el día de hoy la evolución de la vida sigue siendo otro gran misterio sobre el cual al menos hemos podido arrojar algunas tenues chispas de luz.

  En los próximos capítulos, nos centraremos ya por fin en lo que sí que conocemos a ciencia cierta, en el devenir de la vida, desde humildes células primitivas a la maravilla de los ecosistemas que podemos admirar hoy en día. Nuestra historia se volverá entonces al fin lineal, con una cronología clara y precisa que me preocuparé de explicar. Hasta entonces, reciba el gentil lector un cordial saludo.


Notas: 


1) Hemos hablado de Phyla (plural de filos) y de Ordenes, niveles de clasificación de la vida. Aquí dejo un esquema wikipédico para que pueda apreciarse su orden, en el ejemplo, una araña:



Niveles de clasificaciónEjemplo
ReinoAnimalia
Superfilo
FiloArthropoda
Subfilo
Infrafilo
Chelicerata
Superclase
ClaseArachnida
 Puntualizar que dentro de la clase de los arácnidos, estarían diferentes ordenes con diferentes especies cada uno, como por ejemplo escorpiones o arañas.


2) Recientemente un amigo, en una conferencia sobre comportamiento social animal, habló sobre la increíble complejidad auto-regulada de un hormiguero, el cual no solo está perfectamente engranado en distintas castas, cada una con su función, sino que además es capaz de reaccionar ante cambios en el entorno. Si por ejemplo es agredido, comienza a producir más larvas de hormigas soldado. Ni la reina ni nadie controla el asunto, que se auto-organiza como un enorme ente colectivo. Todavía es un desafío para la ciencia el explicar como estructuras semejantes han podido evolucionar y mantenerse.   



Webgrafía:



- La más importante: 


http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/msandin/teoria_sintetica.html


- Para saber más:

http://ciruelo.uninorte.edu.co/pdf/huellas/12/Huellas_12_3_ElNeodarvinismoyelimpactodelaNueva.pdf

http://www.papelesdesociedad.info/IMG/pdf/sobre-la-integracion-de-sistemas-complejos.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Transpos%C3%B3n


http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2596197/


http://www.ciencia-explicada.com/2010/01/el-monstruo-del-dr-spiegelman.html





Bibliografía:


- "Lamarck y los mensajeros. La función de los Virus en la evolución." Máximo Sandin, editorial Itsmo.






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