Los biólogos están buscando un nuevo paradigma. La necesidad de revisar la teoría evolucionista.
Desde que en 1859 el británico Charles Darwin publicara su libro El Orígen de las Especies, y durante casi doscientos años, la teoría de la evolución de la vida ha sido el paradigma científico dominante. En esa publicación, Darwin propuso que la vida se originó por medios naturalistas sin la intervención divina y que ha evolucionado a lo largo de millones de años. Además, afirmó que tanto los organismos vivos como los fósiles derivan de un ancestro común a través de cambios graduales.
Él utilizó el término variación para referirse a un evento que cambia al individuo o población de una determinada especie por el que llega a poseer características diferentes. En la naturaleza, afirmó Darwin, la lucha por la supervivencia resulta en una selección natural de los individuos con los rasgos más ventajosos, y la eliminación de los individuos menos favorecidos. A largo plazo, este cambio se llama evolución, y produce organismos que están mejor ajustados al medio ambiente, con mejores capacidades de sobrevivir y transmitir sus genes a la siguiente generación. Por lo tanto, según el darwinismo, la complejidad biológica surgió por variación y selección natural, y sólo los organismos más aptos han dejado descendientes en la lucha por la supervivencia.
Las variaciones se deben a mutaciones
A pesar de ser un razonamiento falaz y circular, Darwin y las subsiguientes generaciones de biólogos tuvieron éxito en el establecimiento de la teoría a pesar de no tener la menor idea de lo que era un gen. A mediados del siglo XX, la teoría de la evolución de Darwin se actualizó en base a los nuevos descubrimientos de la genética y otros campos que llevaron a los biólogos a creer que habían encontrado los mecanismos genéticos para el cambio en las especies. Entonces los científicos redescubrieron las leyes de la herencia que ya eran conocidas en el siglo XIX por Mendel.
También descubrieron que las variaciones se deben a mutaciones y propusieron la idea de que nuevas especies y poblaciones surgen a medida que se acumulan las mutaciones que hacen imposible el entrecruzamiento, lo cual provoca un aislamiento y una deriva genética. En 1942, el biólogo británico Julian Huxley describió esta nueva versión ampliada del modelo de Darwin en un libro titulado Evolución: La Síntesis Moderna, y desde entonces, los científicos la llaman con ese nombre o también neodarwinismo. Muchos científicos que siguen el modelo evolucionista afirman que se puede explicar satisfactoriamente el origen naturalista de la complejidad biológica y la diversidad por la sola operación de mutaciones filtradas por la selección natural.
¿Cómo explicar la diversidad biológica?
Pero poco después de la reformulación de la teoría de Darwin, los biólogos comenzaron a darse cuenta de que su pregunta más importante—como explicar el origen de la diversidad biológica—todavía estaba sin contestar. Para que la complejidad y la diversidad biológica se originen, se requiere nueva información genética para formar nuevos órganos, estructuras, planes y funciones del cuerpo. Un problema importante al que el neodarwinismo se enfrenta es que las n, ya que no son más que los resultados de las diferentes combinaciones o la alteración del material genético ya existente, y que no añaden ninguna nueva característica a la información genética. La variación tiene lugar siempre dentro de los límites de la información genética ya existente. En la ciencia de la genética, este límite se denomina “reserva genética”. [1]
Debido a la variación, las características presentes en la reserva genética de una especie pueden salir a la luz de varias maneras. Por ejemplo, como resultado de la variación, pueden aparecer ciertas variedades de reptiles que tienen colas relativamente más largas o piernas más cortas, ya que la información tanto para las formas de patas largas como para las de patas cortas puede existir en la reserva de genes de esa especie. Sin embargo, las variaciones no transforman los reptiles en pájaros mediante la adición de alas o plumas, o mediante el cambio en su metabolismo. Tal cambio requiere un aumento de la información genética del ser vivo, el cual no es posible a través de variaciones.
¿Límite para las variaciones?
Darwin no era consciente de este hecho cuando formulo su teoría. El pensó que no había límite a las variaciones. Por ejemplo, según Darwin, los criadores de animales que aparean diferentes variedades de ganado con el fin de obtener nuevas variedades que produzcan más leche, en última instancia, conseguirán transformarlas en especies diferentes. Pero no es así. Las variaciones sólo ocasionan pequeños cambios que se mantienen dentro de los límites de la información genética de las especies; nunca pueden añadir nuevos datos genéticos. Por esta razón, ninguna variación puede considerarse un ejemplo de evolución. No importa cuántas veces se críen diferentes razas de perros, caballos, rosas o manzanos, el resultado final seguirá siendo perros, caballos, rosas y manzanos, sin nuevas especies emergentes.
Durante muchas décadas, los científicos han sido conscientes de esta limitación genética, y no obstante siguieron favoreciendo la teoría de la evolución como la mejor (y única) teoría para explicar el origen y la diversidad de la vida en la Tierra. Pero a medida que aumentaba la investigación en genética y en otros campos de la Biología, los científicos han comenzado a preocuparse por la validez de su teoría. ¿Podría ser que, después de todo, las mutaciones y la selección natural, no tuvieran la capacidad de generar nuevas formas de vida? ¿Es necesario un replanteamiento de los mecanismos de cambio biológico? ¿Necesita el darwinismo otra actualización? Muchos científicos afirman que sí.
¿Lucha por la supervivencia o convivencia?
En un bosque coexisten plantas y árboles de diverso tamaño, follaje, altura, densidad, etc. Uno de los factores de crecimiento es la disponibilidad de luz solar. Muchas semillas caen al suelo, sólo algunas brotan, y de esas, pocas resultan en nuevos arbolitos o plantas. Los evolucionistas interpretan eso como lucha por la supervivencia. Otros lo interpretan como convivencia de aquellos que ya están allí y los que brotan. Las semillas que no brotaron no fueron necesariamente ‘eliminadas’. Muchos biólogos cuestionan que exista el grado de competencia feroz que Darwin asumió y sus seguidores presuponen como partida de la selección natural. En todo caso, ni la competencia por la luz ni otros factores que resulten en selección natural son capaces de producir nuevas estructuras u órganos o nuevos organismos.
Nuevas tendencias en la Biología Evolutiva
En noviembre de 2016, la Royal Society de Londres llevó a cabo una reunión titulada «Nuevas tendencias en la Biología Evolutiva», destinada a la renovación de la teoría Darwinist de la evolución. Desde la reformulación de la teoría de Darwin en la síntesis moderna o neodarwinismo, los biólogos han descubierto que el genoma y los organismos son mucho más complejos de lo que anticipaban, y que el cambio en las especies no siempre sigue un patrón simple derivado de las mutaciones genéticas.
Además, es cada vez más evidente que casi todas las mutaciones son malignas, perjudiciales o dañinas para el genoma, y de ahí la imposibilidad de generar nueva y beneficiosa información mediante el uso de un mecanismo defectuoso. Como resultado, algunos biólogos sostienen que el neodarwinismo necesita una reforma, que ellos llaman Síntesis Evolucionista Extendida. Otros biólogos se están resistiendo a tal reformulación, alegando que la teoría evolutiva tal como se concibe hoy en día funciona bien, aunque reconocen que necesita algunos ajustes.
Cada vez más biólogos afirman que el neodarwinismo tiene muchos problemas para explicar el origen, variación y comportamiento de los genes, y, como consecuencia, los fenotipos que resultan de ellos. Los biólogos se dan cuenta de que la variación genética es mucho más compleja de lo puede explicar el simple mecanismo tándem de mutación/selección natural, puesto que éste no puede originar ninguna nueva información que dé lugar a nuevos órganos, estructuras o diseños corporales. Estos científicos no están rechazando la evolución, sino que urgen a adoptar un modelo diferente de evolución.
La metilación y los cambios
Los desafíos a la teoría de la evolución provienen de diversos campos de la biología. Sin embargo, las preguntas más incisivas derivan de la genética. La investigación está demostrando que la expresión de los genes está controlada no sólo por factores intrínsecos, sino también extrínsecos, es decir, por factores externos al genoma. Estos controles se ejercen por medio de un número de moléculas especiales que se adjuntan como ‘tapones’ en el ADN para mantener ciertos genes inactivos.
A este proceso se le llama metilación. Cuando las células se dividen, los mismos tapones y demás secuencias controladoras se pueden transmitir al nuevo ADN. Ciertas señales en el medio ambiente pueden causar cambios en las secuencias controladoras que determinan que los organismos ajusten su comportamiento a las nuevas condiciones ambientales. Estos se llaman controles epigenéticos y bajo ciertas circunstancias pueden transmitirse a la descendencia.
La Síntesis Evolucionista Extendida sostiene que se puede producir cambio biológico por medio de lo que ellos llaman desarrollo constructivo, el cual se refiere a «la capacidad de un organismo de dar forma a su propia trayectoria de desarrollo respondiendo a, y alterando, los estados internos y externos».[2]
¿Un gen, un rasgo?
Se ha demostrado que la idea tradicional de «un gen-un rasgo» es incompleta e insuficiente. En realidad, las características genéticas están gobernadas por muchos otros factores además de los genes. Los genes controlan el desarrollo embrionario de las células y órganos, pero ahora sabemos que el desarrollo también tiene un efecto en la expresión de los genes. Eso es parte de los cambios epigenéticos o desarrollo constructivo.
Actualmente muchos científicos hacen hincapié en cómo la expresión genética y el medio ambiente son interdependientes, lo que implica que el organismo en desarrollo no se puede reducir a componentes separables, uno de las cuales (por ejemplo, el genoma) ejerce el control exclusivo sobre el otro (por ejemplo, el fenotipo). Más bien, “la causalidad también fluye de retorno desde niveles de organización ‘superiores’ (es decir, más complejos) del organismo a los genes (por ejemplo, regulación específica de la expresión genética a nivel de tejido)”.[3] Lo que estos descubrimientos muestran es que la herencia no se limita exactamente a la información archivada en los genes.
Este efecto es más intenso en las plantas y se ha estudiado a fondo en una planta llamada Arabidopsis.[4] Los experimentos han demostrado que la metilación en Arabidopsis puede cambiar el tiempo de floración, el tamaño de sus raíces, y otras expresiones fenotípicas, y que estos cambios se heredan durante varias decenas de generaciones. Los científicos han descubierto que los patrones fenotípicos creados en la planta son mayores que aquellos originados por mutaciones ordinarias. Ciertos cambios epigenéticos podrían determinar qué individuos sobreviven el tiempo suficiente para reproducirse, por lo que la selección natural no estaría jugando un papel importante en la especiación. Este nuevo descubrimiento pone en duda la idea tradicional de que la selección natural es el motor de la evolución.
Tal vez la selección natural no sea tan relevante en la evolución
Otras investigaciones estan mostrando que quizá la selección natural no sea tan relevante en la evolución como se pensaba, y que puede ser restringida o sesgada en una dirección particular. Por ejemplo, Gerd Müller, biólogo de la Universidad de Viena, ofrece un ejemplo de cómo algunas especies de lagartos han perdido algunos dedos de sus patas traseras. Algunos lagartos tienen sólo cuatro dedos otros tienen sólo uno, e incluso algunos han perdido las patas traseras por completo.
Los científicos que trabajan bajo el supuesto del neodarwinismo ven esto como simplemente el producto de la selección natural que favorece una variante sobre las demás porque tiene una ventaja de supervivencia. Pero, de acuerdo con Müller, ese enfoque no funciona si nos preguntamos cuál es la ventaja de una especie en particular al perder el primer y el último dedo, en lugar de algún otro par. No hay ninguna ventaja selectiva real en una forma u otra. Y en cualquier caso, se supone que la evolución se produce a través de la mutación y la selección natural mediante la adición de estructuras o modificaciones de las existentes, pero no por medio de la eliminación por completo de las estructuras.
¿Por qué es esto importante en la investigación sobre el origen de la diversidad biológica?
Durante décadas, los creacionistas han afirmado que la complejidad de las formas de vida, incluyendo las moléculas intracelulares, los orgánulos celulares y las estructuras multicelulares, requiere no sólo compleja información genética, sino también mecanismos muy sofisticados de control de la expresión y el desarrollo. En oposición, los evolucionistas afirmaban que la clave para la evolución era la información contenida en los genes, y que la acumulación de cambios simples en la información podría dar lugar a grandes cambios en la morfología, fisiología y comportamiento, y de esta manera, nuevas especies.
Ahora sabemos que tal modelo no es válido, y la ciencia está demostrando que hace falta un nuevo y mejor modelo, más allá del darwinismo y el neodarwinismo. El tándem mutación/selección naturales es incapaz de producir nada nuevo, y los descubrimientos recientes sobre el papel controlador del desarrollo sobre los genes están indicando que la manera en que explicamos la complejidad y la diversidad biológica puede ir más allá de lo que podemos entender o describir en términos físicos.
Autor: Raúl Esperante, investigador sénior del Geoscience Research Institute y tiene un doctorado en Paleontología por la Universidad de Loma Linda. Sus proyectos de investigación incluyen el estudio de ballenas fósiles en Perú y el estudio de dinosaurios en diferentes partes del mundo. Texto traducido del inglés por Glendy Noemí Catari.
Imagen: Shutterstock
REFERENCIAS:
[1] También se le llama patrimonio genético, acervo genético, o dotación de genes
[2] Laland, K.N. et al., 2015. The extended evolutionary synthesis: its structure, assumptions and predictions. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 282(1813).
[3] Idem.
[4] Schmitz, R.J., Ecker, J.R., 2012. Epigenetic and epigenomic variation in Arabidopsis thaliana. Trends in Plant Science, 17(3): 149-54.
Publicación original: Los biólogos están buscando un nuevo paradigma
