NeoFronteras

Contingencia intrínseca en la evolución biológica

Área: Biología — domingo, 22 de junio de 2014

La complejidad intrínseca de las proteínas hace que la evolución dependa profundamente de eventos intrínsecos aleatorios de muy baja probabilidad.

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La evolución como secuencia temporal se parece mucho a la Historia. Además, como decía Stephen J. Gould, está sujeta a la contingencia, a lo que puede o no puede pasar.
Si rebobinamos la película de la historia evolutiva de la Tierra hasta un punto determinado y dejamos que a partir de ahí se desarrollen los acontecimientos de nuevo, entonces el resultado final será distinto. Cuanto más atrás en el tiempo nos remontamos más sensible a las contingencias será dicho resultado y más diferente será del momento actual. Si el meteorito que liquidó a los dinosaurios se hubiese desviado un poco y no hubiese caído sobre la Tierra, nosotros no estaríamos aquí. Quizás hubiese otros seres inteligentes, pero no primates.
Lo malo de esta argumentación es que es difícil de demostrar. No tenemos varias Tierras con las que experimentar distintas historias evolutivas. Ni tampoco tenemos una máquina del tiempo que nos permita rebobinar hacía atrás. En su cuento de ciencia ficción “A Sound of Thunder” Ray Bradbury usa esta idea del viaje en el tiempo y la contingencia evolutiva. En ese relato una viajero en el tiempo viaja a la época de los dinosaurios y pisa accidentalmente una mariposa que trae consigo a su presente (año 2055). El mundo al que vuelve ha cambio debido a este incidente.
Philip K. Dick también explora en “The Man in the High Castle” una ucronía en la que los nazis han ganado la segunda guerra mundial a raíz del hipotético asesinato del presidente Franklin D. Roosevelt en 1933, que evita que los EEUU salgan de la Gran Depresión. En el caso de la Historia los experimentos ucrónicos son aún más complicados de realizar, pero en la evolución biológica se pueden hacer algunas cosas.
Un grupo de investigadores ha estudiado este asunto basándose en una sola proteína que está en los humanos y que se remonta a hace cientos de millones de años. Han resucitado el ancestro de esta proteína y estudiado un gran número de posibles alternativas que podrían haber aparecido en el transcurso de la evolución, lo que ha permitido explorar historias evolutivas alternativas que podrían haber surgido a partir de ese punto.
Para esta reconstrucción se ha usado una técnica computacional que a partir de la secuencia actual permite ir hacia atrás en el tiempo e inferir el árbol evolutivo con las secuencias de aminoácidos de las proteínas del pasado. Una vez deducida la secuencia de una proteína remota se puede sintetizar en el laboratorio y se puede estudiar su funcionamiento en seres actuales vivos.
En concreto, la proteína en cuestión en este caso es el receptor celular de la hormona de estrés cortisol: el receptor glucocorticoide. Su función actual no podría haber aparecido si no se hubiesen dado dos mutaciones extremamente improbables. Estas mutaciones tolerantes no tienen efecto en la función de la proteína, pero sin ellas la proteína no hubiese podido tolerar las mutaciones que más tarde aparecieron y que le dieron su sensibilidad al cortisol.
Al analizar las miles de historias evolutivas distintas de esta proteína los investigadores no encontraron mutaciones tolerantes que dieran lugar a la moderna proteína actual, salvo esas dos.
En este caso consiguieron reconstruir el antepasado de hace 450 millones de años del receptor glucocorticoide (RG) actual. Para poder identificar las mutaciones tolerantes entre las muchas posibles, los investigadores modificaron genéticamente levaduras con versiones mutadas de RG y las expusieron a cortisol. Entre los miles de posibilidades probadas no encontraron ninguna mutación tolerante, salvo las dos ya conocidas.
Las mutaciones tolerantes son muy raras, pues para poder pasar a las siguientes generaciones tienen que estabilizar una porción específica de la proteína sin estabilizar otras regiones, ya que, de otro modo, se alteraría la función de la proteína al cambiar su estructura. Sólo unas pocas mutaciones cumplen este estricto requerimiento.
Si el resultado es generalizable a otros, como piensan los investigadores implicados en este estudio, entonces muchos de nuestros sistemas corporales funcionan como lo hacen porque se dieron eventos muy improbables en el pasado evolutivo remoto.
Este resultado puede ser muy importante a la hora de comprender cómo las proteínas pueden evolucionar hasta adquirir nuevas funciones, un proceso que es responsable de la diversidad de la vida en la Tierra.
Aunque la contingencia en la historia evolutiva se ha centrado hasta ahora en eventos externos (caída de un meteorito, erupción volcánica masiva, cambio climático). Este estudio señala que, además, la complejidad intrínseca de las proteínas, como objeto físico, hace que la evolución dependa profundamente de eventos aleatorios de muy baja probabilidad. Eventos genéticos impredecibles están abriendo constantemente nuevos caminos evolutivos y cerrando otros.
Nuestra bioquímica sería totalmente diferente si rebobináremos hacia el pasado y volviéramos a proyectar la película evolutiva, incluso cuando los acontecimientos externos fueran exactamente los mismos.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Foto: Nature.

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9 Comentarios

  1. lluís:

    El Universo no debería ser mayor que una masa de Planck,y la vida parece como si fuera pura chiripa, o casi. La verdad es que todo es muy extraño.

  2. tomás:

    No lamento estar en desacuerdo con la conclusión del artículo. En mi concepción de la realidad si, a partir de un tiempo pretérito, en el cual todo fuese exactamente lo mismo, posiblemente las cosas fuesen distintas, pero la razón sería que ese tiempo ya no sería el mismo, si es que el tiempo existe. Si no existe, serían las mismas exactamente. Lo malo es que ninguna de las dos posiciones es demostrable.
    El que la complejidad alcance a niveles tales como la improbabilidad casi infinita de una proteína, nada significa. Y, en efecto; todo sería distinto si el meteorito de Chicxulup hubiese llegado unos minutos antes o unos metros más allá, pero eso lleva consigo alterar el pasado.
    Cada día la naturaleza ha de escoger, por ejemplo, hasta donde toma el valor de pi, porque los más ínfimos componentes de la materia no respetan los infinitos decimales; y en cada ocasión esa circunferencia o esa elipse, toman un valor ligeramente distinto. Pero habrá un antecedente determinado, y solo uno. Y ese solo uno, únicamente da un consecuente, sea cual sea, pero único. Y dada la única realidad de un instante cualquiera, su antecedente es también único.

  3. tomás:

    Sin embargo sí estoy de acuerdo con el título del artículo. Todo en la realidad es contingente, es decir, probable a priori, pero ello no obsta para que sea determinado.

  4. NeoFronteras:

    El problema siempre es el mismo. Realmente no se puede rebobinar la película, así que no se puede saber qué hubiera pasado si… El que hayan “rebobinado” el asunto para una proteína tampoco sirve de mucho. Puede que, efectivamente, sea increíblemente improbable que se diera esta proteína. Pero si no hubiese sido así otra proteína podría haber adquirido esa misma función. O mejor, quizás esta versión de la realidad es mucho peor porque en otras se hubiese logrado un avance fundamental que nos hiciera mucho más inteligente gracias a alguna proteína usada por la neuronas que las nuestras no tienen.
    El logro de este estudio es señalar que la contingencia no sólo viene de fuera, sino que también se da internamente. Que hay cierta “deriva genética azarosa”.
    Al final el problema es fijarse en los detalles. Si nos fijamos en los detalles no sabemos si el lunes que viene lloverá en Bilbao, pero si promediamos tenemos el clima y este nos dice que, en general, hace calor en Sevilla en julio a las 3 de la tarde.
    A nivel evolutivo debe de haber algo similar. El detalle es azaroso e impredecible, pero sabemos que en los ecosistemas complejos terrestres tarde o temprano aparecen animales grandes, sean estos dinosaurios, perezosos gigantes, moas, mamuts o canguros.
    Quizás se pueda saber algo a grandes rasgos, pero no los detalles. Quizás si se hubiera matado a Hitler a comienzos de los años se hubiese evitado la segunda guerra mundial que conocemos. Pero quizás hubiese habido un conflicto similar más tarde. Nunca lo sabremos.

  5. tomás:

    Querido Neo:
    Creo que puedo estar de acuerdo en cuanto dices. Solo el segundo breve párrafo me parece no sé si discutible o que, al menos, deba aclararse: que la contingencia se dé internamente no la hace distinta a las demás. Es tan azarosa como el resto, siempre que a la palabra azarosa le demos el significado de contingente, es decir que puede suceder o no, pero nada más.
    Fíjate que no es, ni mucho menos, más significativa ni asombrosa la transformación de esa proteína que el hecho de que hayamos evolucionado de un pez que salió del agua o, la mucho más próxima separación entre australopitecos y homos.

    Fíjate que mi desacuerdo expresado en el comentario implica lo siguiente: si todo fuese igual, exactamente igual, incluido ese neutrino desconocido entre yottatrillones de ellos -por decir algo-,que en un instante pasado y admitimos que el tiempo tiene entidad propia, entonces al ser distinto este, ya no sirve tal exactitud, porque falla uno de los ingredientes fundamentales. Sólo si consideramos al tiempo como un derivado de otras realidades como el espacio y el movimiento, será posible imaginar esa imposible reproducción de la realidad pasada.
    O sea que esta cuestión nos lleva a cuestionarnos la realidad del tiempo.

  6. Miguel Ángel:

    “La evolución depende profundamente de eventos intrínsecos aleatorios de muy baja probabilidad.”

    Hay que matizar esta afirmación ya que, leyendo el artículo original, veo que los autores sólo se refieren al caso particular que han estudiado, o sea, al receptor de los glucocorticoides:
    “These findings demonstrate that GR evolution depended strongly on improbable, non-deterministic events…”
    (“Estos hallazgos demuestran que la evolución del GR (receptor de los glucocorticoides) dependió fundamentalmente de eventos no determinísticos muy improbables…”)
    Se trataría, por tanto, de una generalización de las conclusiones de estos investigadores, no sé si precipitada o no.

    Matizaciones aparte, en el prefacio de “La vida maravillosa”, Gould dice:

    “El espectáculo de la evolución sería una serie de acontecimientos ASOMBROSAMENTE IMPROBABLE, absolutamente impredecible y relativamente irrepetible.”

    Después es cuando Gould dice que si rebobinásemos la cinta tendríamos una posibilidad “casi inexistente” de que la melodía que se escuche, sea la misma.
    Es un tema interesante que suele desembocar en la dicotomía “azar versus determinismo”…me trae buenos recuerdos de charlas con Neo y “tomás”.

    Me quedo con esa improbabilidad “asombrosa”; “extraña”, como dice “lluís”; “impredecible”; “irrepetible”…y definitivamente “maravillosa”

  7. tomás:

    Pues claro, mi buen amigo Miguel Ángel, de acuerdo en cuanto dices en tu último párrafo. Que la realidad sea determinista no implica que sea determinable y, a todo cuanto no podamos determinar por desconocimiento, complejidad, inaccesibilidad, etc., podemos llamarle perfectamente azar.
    Abrazos múltiples.

  8. NeoFronteras:

    Sí, obviamente, el estudio se refiere a un caso concreto, que probablemente no justifique por sí sólo una universalidad, pero a partir del cual se pueden hacer extrapolaciones.
    Habrá casos similares y otros que no lo sean. De hecho hay casos de genes que son redescubiertos por la evolución una y otra vez de forma independiente. Pero el hecho de que excitan estos casos implica que de vez en cuando hay un contingencia intrínseca.

  9. tomás:

    Querido amigo Neo:
    Tu comentario me da la impresión de que, cuando dices “contingencia intrínseca” es como si dijeses “contingencia próxima” y, por alguna razón, mi imaginación me lleva a la tremenda cantidad de improbabilidades que son necesarias para la concepción de cualquiera de nosotros. Y no me refiero ya sólo a las que afectan directamente al cigoto. Casualmente, nuestro padre salió tarde de aquella fiesta; casualmente, a nuestra madre se le rompió el zapato y hubo de volver hacia su casa para cambiarse. Casualmente, un amigo común se encontró con uno de ellos y ambos, luego con el otro. Luego se separaron y, meses más tarde se reconocieron, quizá en un autobús que, también casualmente, aquel día hacía una ruta distinta -por sustitución de otro sin asientos que se había averiado- y éste sí llevaba asientos vacíos colindantes. Y es que resulta asombrosa que de tal multiplicación de posibilidades, solo una, cada uno de nosotros, sea el resultado. ¿Cuanto daría esa tremenda acumulación de productos? Seguramente algún número comparable a los átomos del Universo.
    Resulta asombroso. La naturaleza es lo más asombroso concebible.
    Un fortísimo abrazo, amigo Neo, por ese asombro que en estos momentos me llena.

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