viernes, 23 de noviembre de 2012

La fauna de Ediacara


En 1946 enviaron a Sprigg, joven ayudante de geólogo de la administración del estado de Australia del sur, a inspeccionar minas abandonadas de las montañas de Ediacara, en la cordillera de Flindes, a unos  500 km al norte de Adelaida. El propósito de la inspección era comprobar si había alguna de aquellas viejas minas que pudiera ser rentable reexplotar. Pero un día, cuando estaba almorzando, levantó despreocupadamente un pedrusco de arenisca, y comprobó sorprendido que la superficie de la roca estaba cubierta de delicados fósiles. Aquellas rocas databan de la explosión Cámbrica. Estaba contemplando la aurora de la vida visible.
La impresión era que no habían sido en realidad demasiado importante, para el desarrollo de la vida en la Tierra. Muchas autoridades creen que hubo un exterminio masivo en el paso del Precámbrico al Cámbrico y que ninguna de las criaturas ediacaranas (salvo la insegura medusa) consiguió pasar a la fase siguiente.


La aparición de los grandes diseños corporales tuvo lugar en el Precámbrico
Comentando lo a menudo que se menciona esa idea (la de que no hay nuevos planos corporales) Dawkins dice: “es como si un jardinero mirase un roble y comentase, sorprendido: ¿no es raro que haga tantos años que no aparezcan nuevas ramas grandes en este árbol? Últimamente todo el nuevo crecimiento parece producirse a nivel de ramitas”. 

La explosión de la vida en el Cámbrico


El descubrimiento de Burgess Shale

La versión tradicional de la historia es que Walcott y su esposa iban a caballo por un camino de montaña, y el caballo de su esposa resbaló en unas piedras que se habían desprendido de la ladera. Walcott desmontó para ayudarla, y descubrió que el caballo había dado la vuelta a una losa de pizarra que contenía crustáceos fósiles de un tipo especialmente antiguo e insólito. Estaba nevando, así que no se entretuvieron. Pero al año siguiente Walcott regresó allí en la primera ocasión que tuvo. Siguiendo la presunta ruta hacía el sitio del que se habían desprendido las piedras, escaló unos 22 metros, hasta cerca de la cumbre de la montaña. Allí, a 2 400 metros sobre el nivel de mar, encontró un afloramiento de pizarra, de la longitud aproximada de una manzana de edificios, que contenía una colección inigualable de fósiles. Lo que Walcott había encontrado era, en realidad, el grial de la paleontología. El afloramiento pasó a conocerse como Burgess Shale.





Walcott, en viajes anuales de verano, entre 1910 y 1925, extrajo decenas de miles de especímenes (Gould habla de 80 000; los comprobadores de datos de National Geografic, que suelen ser fidedignos, hablan de 60 000), que se llevó a Washingthon para su posterior estudio. Algunos de los fósiles de Burgess tenían concha, otros no. Algunas de las criaturas veían, otras eran ciegas. La variedad era enorme, 140 especies según un recuento. “Burgess Shale indicaba una gama de disparidad en el diseño anatómico que nunca se ha igualado y a la que no igualan hoy todas las criaturas de los mares del mundo”, escribió Gould.
Walcott murió en 1927 y los fósiles de Burgess quedaron en gran medida olvidados. Durante casi medio siglo permanecieron encerrados en los cajones del museo americano de historia natural de Washigthon, donde raras veces se consultaban y nunca se pusieron en entredicho. En 1973, un estudiante de doctorado de la universidad de Cambridge.


martes, 15 de mayo de 2012

La aparición de la vida

En 1953, un estudiante de doctorado de la Universidad de Chicago, Stanley Miller, cogió dos matraces (uno que contenía un poco de agua para representar el océano primigenio; el otro con una mezcla de metano, amoniaco y sulfuro de hidrógeno en estado gaseoso, que representaba la primitiva atmósfera de la Tierra), los conectó con tubos de goma e introdujo unas chispas eléctricas como sustituto de los rayos. A los pocos días, el agua de los matraces se había puesto verde y amarilla y se había convertido en un sustancioso caldo de aminoácidos, ácidos grasos, azúcares y otros compuestos orgánicos. <<Si Dios no lo hizo de este modo-comentó encantado el supervisor de Miller, el premio Nobel Harold Urey-, desperdició una buena opción. >>
La prensa de la época hizo que pareciese que lo único que le hacía falta era que alguien diese un buen meneo a los matraces para que saliese arrastrándose de ellos la vida. El tiempo ha demostrado que el asunto no era tan simple. A pesar de medio siglo de estudios posteriores, no estamos más cerca hoy de sintetizar la vida que en 1953... Y estamos mucho más lejos de pensar que podemos hacerlo. Hoy los científicos están bastante seguros de que la atmósfera primitiva no se hallaba tan preparada para el desarrollo como el estofado gaseoso de Miller y Urey. La repetición de los experimentos de Miller con estos aportes mucho más completos no ha producido hasta ahora más que un aminoácido bastante primitivo. De todos modos, crear aminoácido no es el problema. El problema son las proteínas.
Las proteínas son los que obtienes cuando logras unir aminoácidos, y necesitamos muchísimas. Nadie lo sabe en realidad, pero puede haber hasta un millón de tipos de proteínas en el cuerpo humano y cada una de ellas es un pequeño milagro. Según todas las leyes de la probabilidad, las proteínas no deberían de existir. Para hacer una necesitas agrupar los aminoácidos (a los que estoy obligado por larga tradición a calificar aquí como <<ladrillos de la vida>>) en un orden determinado, de una forma muy parecida a como se agrupan las letras en un orden determinado para escribir una palabra. El problema es que las palabras del alfabeto de los aminoácidos suelen ser extraordinariamente largas. Para escribir colágeno, el nombre de un tipo frecuente de proteína, necesitas colocar en el orden correcto ocho letras. Para hacer colágeno, hay que colocar 1.055 aminoácidos exactamente en la secuencia correcta. Pero-y es una cuestión obvia pero crucial- no lo haces tú. Se hace sólo, espontáneamente, sin dirección.
Las posibilidades de que una molécula con una secuencia de 1.055 aminoácidos como el colágeno se autoorganice de una forma espontánea son claramente nulas. Para entender hasta qué punto es improbable su existencia, visualiza una máquina tragaperras de Las Vegas, pero muy ampliada (hasta los 27 metros, para ser exactos), de manera que quepan en ella 1.055 ruedecillas giratorias en vez de las tres o cuatro habituales, y con 20 símbolos en cada rueda (uno por cada aminoácido común).*¿Cuánto tiempo tendrías que pasarte dándole a la manivela para que llegaran a parecer en el orden correcto los 1.055 símbolos? Efectivamente, infinito. Aunque redujeses el número de ruedas giratorias a 200, que es en realidad un número más característico de aminoácidos para una proteína, las posibilidades en contra de que apareciesen las 200 en una secuencia prescrita son de 1 contra 10²⁶⁰ (es decir, un 1 seguido de 260 ceros). Esta cifra es por si sola el número de todos los átomos del universo.
Las proteínas son, en suma, entidades complejas. La hemoglobina sólo tiene 146 aminoácidos, una nadería para criterios proteínicos, pero incluso ella presenta 10¹⁹⁰ combinaciones posibles de aminoácidos, que son el motivo de que el químico de la Universidad de Cambridge, Max Perutz, tardarse veintitrés años ( más o menos carrera profesional) en desentrañarlas. La producción de una solo proteína es tan improbable como que un torbellino que pasase por un depósito de chatarra dejase atrás un reactor Jumbo completamente montado, según el pintoresco símil del astrónomo Fred Hoyle.
Sin embargo, estamos hablando de cientos de miles de proteínas, tal vez un millón, únicas cada una de ellas y vitales, por lo que sabemos, cada una para el mantenimiento de un tú sólido y feliz. Y ahí empieza el asunto. Para que una proteína sea útil no sólo debe agrupar aminoácidos en el orden correcto, sino que debe entregarse a una especie de papiroflexia química y plegarse de una forma muy específica. Pero además, una proteína ha de reproducirse, y las proteínas no pueden hacerlo. Por eso necesitas ADN. EL ADN es un hacha en lo de la reproducción (puede hacer una copia de sí mismo en cuestión de segundos), pero no es capaz de hacer prácticamente más. Así que nos encontramos tras una situación paradójica. Las proteínas no pueden existir sin el ADN y el ADN no vale nada sin las proteínas. ¿Hemos de suponer que surgieron a la vez para apoyarse entre sí? Si fue así: ¡puf!
Y hay más aún. El ADN, las proteínas y los demás elementos de la vida no podrían prosperar sin algún tipo de membrana que los contenga. Ningún átomo ni molécula ha alcanzado vida independientemente. Desprende cualquier átomo de tu cuerpo y no estará más vivo que un grano de arena. Esos materiales diversos sólo pueden tomar parte en el asombroso baile que llamamos vida cuando se unen en el refugio protector de una célula.
Como dice Davies: «Si cada cosa necesita a todos los demás, ¿cómo pudo surgir en un principio la comunidad de moléculas?». Es como si los ingredientes de tu cocina se uniesen misteriosamente y se convirtiesen solos en una tarta… pero una tarta que además pudiera dividirse cuando hiciera falta para producir más tartas. No es raro que le llamemos milagro de la vida.
¿Qué es, pues, lo que explica toda esta maravillosa complejidad? Bueno, una posibilidad es que quizá no sea del todo (no del todo) tan maravillosa como parece en un principio. Consideremos esas proteínas tan asombrosamente inverosímiles. El prodigio que vemos en su agrupación se debe a que suponemos que aparecieron en escena plenamente formadas. Pero ¿y si las cadenas de proteínas no se agruparon de golpe? ¿Y si en la gran máquina tragaperras de la «creación» pudiesen pararse algunas ruedas? ¿Y si, dicho de otro modo, las proteínas hubiesen evolucionado?
Breve historia de casi todo, Bill Bryson

viernes, 4 de mayo de 2012

Los monos mecanógrafos

Los críticos de la teoría de evolución  de Darwin a veces han utilizado ejemplos o argumentos para demostrar que los procesos aleatorios no pueden provocar resulta significativos, organizados. Se señala, por ejemplo, que los monos, incluso un gran número de ellos, tecleando al azar en una máquina de escribir, nunca escribirían El origen de las especies, aunque dejásemos un margen de millones de años y muchas generaciones de monos aporreando maquinas de escribir. Este argumento es convincente contra cualquier proceso que sea azaroso. Pero la selección natural no es un proceso azaroso.
La selección natural es un proceso que fomenta la adaptación al elegir combinaciones que ‹‹que tienen››, es decir, que son útiles para los organismos. Consideremos la siguiente modificación del ejemplo de los monos. Existe un proceso por el cual se escogen palabras tales como‹‹el››‚ ‹‹sol››‚ ‹‹también››‚ ‹‹sale››,  etc. Estas simples combinaciones de unas pocas letras surgirán de forma ocasional. Supongamos además que cualquier palabra que surja es trasladada a las teclas de otra máquina de escribir. Los aleatorios golpes de los monos sobre las teclas de esta máquina de escribir de segundo nivel a veces proporcionaran combinaciones de palabras, tales como ‹‹el sol también sale››. Cualesquiera que sean las combinaciones significativas de palabras (es decir, oraciones), estas son trasladadas a las teclas de una máquina de escribir de tercer nivel, en la que los párrafos significativos que surjan son seleccionados e incorporados a las teclas de una máquina de escribir de orden superior. Está claro que con el tiempo se producirán páginas e incluso capítulos ‹‹con sentido››. Sin embargo, el resultado final no será un texto ‹‹irreduciblemente complejo››. En la naturaleza, el proceso de la selección natural es el que ‹‹escoge›› las combinaciones que ‹‹tienen sentido››, como el ejemplo bacteriano.
 No necesito llevar más lejos la analogía de los monos, puesto que está lejos de la satisfactoria. El punto que deseo subrayar, contra aquellos que argumentan que el deseo y la adaptación al medio ambiente no puede ocurrir por medio de procesos aleatorios, sino que hay un proceso ‹‹selectivo››, que escoge combinaciones adaptativas porque éstas se reproducen de manera más eficaz y así llegan a predominar en las poblaciones. Las simples combinaciones adaptativas constituyen, a su vez, nuevos niveles de organización sobre los cuales vuelven a operar los procesos de mutación (aleatorias) más selección (no aleatoria, sino direccional). La complejidad de organización de los animales y las plantas ha surgido como consecuencia de la selección natural y su lento y progresivo avance, a lo largo de eones de tiempo.
Varios cientos de millones de generaciones separan a los animales modernos de los primeros animales del periodo geológico cámbrico (hace 542 millones de años). El número de mutaciones que se pueden comprobar, y las finalmente seleccionadas, en millones de individuos animales a lo largo de millones de generaciones es difícil de comprender para una mente humana. Pero podemos entender fácilmente que la acumulación de millones de pequeños cambios funcionalmente ventajosos pudo producir órganos adaptativos de notable complejidad, como el ojo.
Francisco Ayala, Darwin y el Diseño Inteligente

La selección natural como un proceso creativo

A veces se tiene la idea de que la selección natural es un proceso puramente negativo, la eliminación de mutaciones perjudiciales. Pero la selección natural es mucho más que eso, pues es capaz de generar novedad al incrementar la probabilidad de combinaciones genéticas que de otro modo serían extremadamente improbables.  La selección natural es pues un proceso creativo. No “crea” las entidades componentes sobre las cuales opera (las mutaciones genéticas), pero reduce combinaciones adaptativas que no podrían haber existido de otro modo.
La combinación de unidades genéticas que porta la información hereditaria responsable de la formación del ojo de los vertebrados no se hubiera producido jamás por un mero proceso aleatorio. Ni siquiera aunque tengamos en cuenta lo algo más de 3 mil millones de años durante los cuales ha existido la vida sobre la Tierra. Este es el argumento propuesto para los partidarios del Diseño Inteligente. Pero la evolución no es un proceso gobernado por acontecimientos fortuitos. La complicada anatomía del ojo, así como el exacto funcionamiento del riñón, son el resultado de un proceso no azaroso: la selección natural.
La manera en que la selección natural, un proceso puramente natural, puede generar novedad bajo la forma de formación hereditaria acumulada podría ilustrarla el siguiente ejemplo. Consideremos un experimento hecho con Escherichia coli, una bacteria que se encuentra en el colón de los humanos y de otros mamíferos. Algunas cepas de E. coli, para poder reproducirse en un medio de cultivo, requieren que cierta sustancia, el aminoácido histidina, sea suministrada al medio. Cuando se añaden algunas de dichas bacterias a un pequeño tubo de ensayo que tiene un medio de cultivo líquido con histidina, se multiplican rápidamente y producen entre 20 y 30 mil millones bacterias en uno o dos días. Si al cultivo se le añade una gota de antibiótico estreptomicina, la mayoría de las bacterias morirían. Pero después de un día o dos, el cultivo volverá a hormiguear con miles de millones de bacterias. ¿Cómo es eso?
Espontáneas mutaciones genéticas hacia la resistencia a la estreptomicina se producen en normales (es decir, no resistentes) bacterias al azar, a índices del orden de una entre cien millones (1 x 10-8) de células bacterianas. En un cultivo bacteriano de entre 20 y 30 mil millones de bacterias, cabe esperar entre 200 y 300 bacterias sean resistentes a la estreptomicina, debido a una mutación espontánea. Cuando el antibiótico se añade al cultivo, sólo sobreviven las células resistentes. Sin embargo las 200 ó 300 bacterias supervivientes empezarán a reproducirse, y teniendo en cuenta uno o dos días para el número necesario de divisiones celulares, se producen unos veinte mil millones de bacterias, poco más o menos, todas resistentes a la estreptomicina.
Consideremos ahora un segundo paso en este experimento. Las células resistentes a la estreptomicina son trasladadas a un cultivo con estreptomicina pero sin histidina (el aminoácido que requieren para crecer y reproducirse), sino con otros nutrientes. La mayoría de las bacterias no lograrán reproducirse y morirán; pero sin embargo, tras uno o dos días, el cultivo hormigueará con miles de millones de bacterias. Esto es así porque entre las células que requieren el aminoácido como factor de crecimiento, mutantes espontáneas capaces de reproducirse en ausencia de histidina surgen de forma espontánea a índices de unas cuatro entre cien millones (4 x 10-8) de bacterias. Si el cultivo tiene entre 20 y 30 mil millones de bacterias, alrededor de unas mil de ellas sobrevivirán en ausencia de la histidina y comenzarán a reproducirse hasta que el medio disponible se sature.
La selección natural ha producido en dos etapas, células bacterianas resistentes a la estreptomicina y que no requieren histidina para crecer. La probabilidad de que estos dos mutaciones tengan lugar en la misma bacteria es de una cuatro entre diez mil millones de millones (1 x 10-8 x 4 x 10-8 = 4 x 10-16 ) de células. Un acontecimiento de tan baja probabilidad es improbable que ocurra incluso en un gran cultivo de laboratorio de células bacterianas. Con la selección natural, las células que poseen ambas propiedades son el resultado común. Una ‹‹compleja›› característica constituida por dos componentes se ha producido a través de procesos naturales se puede comprender fácilmente que el ejemplo se puede extender a tres, cuatro y más pasos componentes. Al final del largo proceso de evolución, tenemos organismos que exhiben cada uno rasgos ‹‹diseñados››  para su supervivencia en el medio por el de casualidad existen.

Francisco Ayala, Darwin y el Diseño Inteligente