Darwinismo en la era de la información Doctor M. Humberto Reyes Valdés Miembro del Sistema Nacional de Investigadores Profesor Investigador / UAAAN Esta dirección de correo electrónico está protegida contra los robots de spam, necesita tener Javascript activado para poder verla Claude Shannon (1916-2001) trabajaba en los Laboratorios Bell cuando desarrolló las bases de la teoría de la información, donde describía por primera vez una medida de incertidumbre, la que hoy conocemos como entropía de Shannon. Los cimientos construidos por Shannon para la teoría de la información son hoy en día básicos en las medidas de capacidad de memoria electrónica, en la compresión de archivos, intercambio de mensajes y codificación. Sus aportaciones, junto con otras vertientes de las ciencias, han convergido en lo que ahora podríamos llamar era de la información, donde se tiene una capacidad de almacenamiento, transmisión y manejo de datos inimaginable hasta hace unas cuantas décadas. Esta capacidad de manejo informático ha sido, como veremos más adelante, decisiva en la validación y desarrollo del paradigma darwiniano. Charles Darwin, durante su memorable viaje en el Beagle, tenía como fuente de datos unos cuantos libros que llevaba en su pequeño camarote, algunos de los cuales leyó y releyó en medio del mar; su otra fuente de datos, más importante por cierto: los animales y plantas que observó mar adentro, en las costas continentales y en los islotes, y también la gran cantidad de fósiles que desenterró. Su CPU era un cerebro de observación aguda, y con la idea no común en aquella época, de que todos los seres vivos están conectados entre sí. FUNDAMENTOS DE LA SELECCIÓN NATURAL Estas fuentes y su relación con otros estudiosos, como Alfred Russell Wallace y Richard Owen, lo llevaron a la descripción de la idea y los fundamentos del origen de las especies através de la selección natural; un concepto que le da sentido a la diversidad biológica en el mundo y que ha tenido impacto en muchos campos del conocimiento y en la vida humana. Un ejemplo es la nueva ciencia de la Psicología Evolutiva, que pone en un marco consistente hechos como la sensación de autosuficiencia de los adolescentes, o la mentira que prevalece en las especies vivas y que tiene a su mayor exponente en el ser humano, con la poderosa herramienta del lenguaje. CRECIMIENTO DE LA POBLACIÓN Una de las piezas decisivas en el desarrollo teórico de Darwin fue la idea de Thomas Malthus sobre el crecimiento geométrico de las poblaciones humanas, en comparación con el incremento aritmético de los recursos disponibles para su sostenimiento, y el arribo a un punto de crisis, donde solamente sobreviviría una fracción de la población. Para Darwin esto encajaba perfectamente con la idea de “supervivencia del más apto”. Su obra magna, El origen de las especies a través de la selección natural, publicada en 1859, describe los fundamentos de su paradigma. LIGAS EXTRAÑAS Un zapatero y naturalista aficionado, de nombre Walter Drawbridge Crick, le envió al eminente naturalista Charles Darwin un escarabajo que recolectó de una laguna. Unos cuantos días antes de su muerte, Darwin escribió un ensayo sobre una almeja que encontró pegada a la pata de este insecto. La conexión extraña consiste en que Walter Crick tuvo un hijo de nombre Harry Crick, quien a su vez fue padre de Francis Crick, ni más ni menos que el científico que junto con James Watson describió el modelo de la doble hélice para la molécula de ADN, el material genético, la base de la vida. Este descubrimiento fue seguido de muchos otros revolucionarios en la biología molecular, como el código genético, el mecanismo de transcripción, la síntesis de proteínas y la regulación genética. La biología molecular en combinación estrecha con la explosión informática de los tiempos modernos, ha permitido validar y explicar mucho de lo que sabemos de la evolución, y también nos ha enfrentado con nuevos misterios. La síntesis de la informática y la tecnología molecular relacionada con los ácidos nucleicos, especialmente en lo que se refiere a la secuenciación, ha gestado una rama de la ciencia de mucha actualidad: la genómica. RECURSOS TECNOLÓGICOS Una serie de técnicas clave permitieron el desarrollo de la genómica: la electrofóresis de ADN, que permite separar las moléculas por tamaños en un campo eléctrico; las enzimas de restricción, bisturíes bioquímicos que cortan esa misma molécula en sitios específicos; la clonación de ADN; es decir, la elaboración de copias con la ayuda de los llamados vectores de clonación y con la maquinaria de los microorganismos; las bibliotecas genómicas, conjuntos de cepas de microorganismos que mantienen representado el genoma de una especie; y la reacción en cadena de la ADN polimerasa, inventada por Kary Mullis en 1986, y que ge-nera millones de copias de sitios específicos de la molécula sin necesidad de clonación. Finalmente menciono la informática, que, con toda la capacidad electrónica de almacenamiento de datos, permite su manejo y análisis a través de la internet. En su conjunto, las técnicas de la genómica han arrojado una nueva luz sobre la evolución y en general sobre la naturaleza de los seres vivos. Uno de estos descubrimientos revela la gran similitud que existe entre el genoma humano y el del chimpancé, con lo que se corrobora que se trata de nuestro pariente biológico más cercano. Los estudios indican una similitud del 96 por ciento o mayor entre ambos genomas, y que el antecesor común del humano y el chimpancé se ubica en una antigüedad de entre cinco y siete millones de años. Obviamente, quienes caricaturizaron a Darwin con cuerpo de mono jamás ima-ginaron en realidad el grado de parentesco entre el ser humano y otros respetables primates. EL MUNDO DE LA INFORMÁTICA Análisis como la comparación entre el genoma humano y el del chimpancé, o el trazo de árboles filogenéticos para las plantas con flores, o la dilucidación de la función de nuevas secuencias que se detectan día a día, serían virtualmente imposibles sin la ayuda de las tecnologías de información. La fusión entre las ciencias biológicas y la informática se denomina bioinformática, y podría llamársele biología in sílico. Tiene sus raíces en la computación, la estadística y la biología molecular, y permite, entre otras cosas, la predicción de la función de secuencias de ADN, el descubrimiento de genes, el análisis filogenético, el diseño de iniciadores para reacción en cadena de la ADN polimerasa, la predicción de funciones proteicas y la construcción de mapas genéticos. Tiene como herramientas la progra-mación (Perl, Java, etcétera), las bases de datos genómicas (GenBank, Suiss-Prot, nr, etcétera), las matemáticas y la estadística, entre otras. Probablemente el principal algoritmo bioinformático es el BLAST, cuyas siglas vienen del inglés “basic local alignment search tool”. Con la ayuda del BLAST se pueden buscar alineaciones y similitudes entre secuencias de nucleótidos de ADN o entre las secuencias de aminoácidos de las proteínas, y así dilucidar parentescos filogenéticos y posibles funciones de genes o proteínas. Una de las principales aportaciones de la bioinformática para el entendimiento de la evolución es su ayuda en la reconstrucción de árboles filogenéticos con base en secuencias proteicas o de ácidos nucleicos y así ayuda a rastrear la historia evolutiva de las especies. BIOINFORMÁTICA, PINZONES Y LIGAS EXTRAÑAS En algunos ejemplos que veremos a continuación y que revelan el valor del paradigma darwiniano, han participado en forma decisiva la bioinformática, los pinzones y más ligas extrañas. Las aves llamadas pinzones son emblemáticas en el trabajo de Darwin. Al estudiar los pinzones de las Islas Galápagos, concluyó que todos tenían un origen común y que sus diferencias obedecían a la selección en los diferentes ambientes. Una de las diferencias que observó fue la forma de los picos, que se relacionaban directamente con sus fuentes de alimento. La genómica ha ayudado a clarificar esta diversidad. Se han identificado ya algunos genes relacionados con la forma de los picos. Uno de ellos es el llamado BMP4, cuyo nivel de expresión modifica la forma del pico. Así, el pinzón grande de Darwin (Geospiza magnirostris), con un pico robusto que le permite abrir semillas duras, tiene la máxima expresión de dicho gen. Y he aquí la liga extraña: el mismo gen, BMP4 es el responsable de la variación en forma y tamaño de las mandíbulas en unos peces de la familia de los cíclidos. Esto ilustra de forma contundente la idea de Darwin sobre la estrecha relación que existe entre todos los seres vivos. Otro ejemplo de una liga extraña entre los seres vivos es un gen: el FOXP2. Esta secuencia de ADN es crucial en el habla de los seres humanos, y, cuando se encuentra alterada, puede afectar el uso del lenguaje oral. Sucede, sorprendentemente, que el mismo gen es crucial en el canto de los pinzones. SELECCIÓN SEXUAL Una de las grandes aportaciones de Darwin a la teoría de la evolución fue el concepto de selección sexual. Con esto se refería a la preferencia de las hembras por ciertos machos y, en las especies eminentemente polígamas, a la batalla de los machos por el harem más grande. Estos fenómenos, de acuerdo con su teoría, constituyen un mecanismo importante en el proceso evolutivo. Se conocen actualmente muchos datos contundentes sobre el papel de la selección sexual en la evolución. Por ejemplo, los peces cíclidos machos del Lago Victoria presentan diferentes tonalidades, de acuerdo a la profundidad en la que habitan, lo cual les permite ser llamativos para las hembras. Así, aquéllos que viven en las profundidades presentan tonos rojos, mientras los que medran cerca de la superficie los tienen azules. Un carácter humano que pudo haberse extendido inicialmente por selección sexual es el de ojos azules. Esta mutación apareció como el simple cambio de una base a otra en el ADN: el paso de adenina a guanina. Esto ocurrió hace entre seis mil y diez mil años, en algún lugar cerca del Mar Muerto. ¿Cómo fue que esta mutación se dispersó hasta alcanzar una frecuencia mundial cercana al nueve por ciento? Una respuesta verosímil es la selección sexual, que permitió a quienes manifestaban esta mutación tener más posibilidad de aparearse y procrear. Hay otras explicaciones posibles: por ejemplo, la estrecha relación entre los ojos claros y la piel con poca pigmentación, y su efecto en el uso de la radiación solar para la síntesis de la vitamina D. Sin embargo, esta explicación entra también en el esquema de la selección natural descrita por Darwin en su libro. Un punto de vital importancia en cuanto a la mutación para ojos azules es que se encuentra dentro de una secuencia reguladora; es decir, una que modula la expresión de otros genes. EL ADN QUE MODULA LOS GENES Con el conocimiento de la función de los diferentes segmentos de ADN, se ha hecho patente el papel fundamental de las secuencias reguladoras en la evolución. Así, las jirafas no tienen un gen especial para el crecimiento, adicional a lo que tienen por ejemplo los ratones. La diferencia fundamental entre el tamaño de las dos especies no está precisamente en los genes que intervienen directamente en el crecimiento, sino en los que regulan su expresión. Este tipo de fenómenos se mencionan en el número más reciente de la revista Science, dedicado a la especia-ción, como una conmemoración por el bicentenario del nacimiento de Charles Darwin. Un artículo señala que observaciones recientes indican que no todos los genes son iguales a los ojos de la evolución. Las mutaciones relevantes tienden a acumularse en unos llamados “puntos calientes” del genoma. La evolución genética está condicionada por la función de los genes, la estructura de las redes genéticas y la biología de las poblaciones. DARWIN WAS HERE El legado de Charles Darwin sigue siendo de mucha actualidad, y su paradigma es básico para dar sentido a la gran cantidad de información molecular de que disponemos actualmente. La serie de símbolos que anoto a continuación representa la secuencia proteica de un factor de transcripción en una planta que es modelo en los estudios genéticos: Arabidopsis taliana. Los factores de transcripción son moduladores de la expresión de los genes y, por lo tanto, altamente importantes en la evolución. He aquí la secuencia de aminoácidos de ese factor, con el código convencional de una letra: MALFSPPISSSSLQNPNFIPKFSFSLLSSNRFSLLSVTRASSDSGSTSPTAAVSVEAPEPVEVIVKEPPQSTPAVKKEETATAKNVAVEGEEMKTTESVVKFQDARWINGTWDLKQFEKDGKTDWDSVIV AEAKRRKWLEENPETTSNDEPVLFDTSIIPWWAWIKRYHLPEAELLNGRAAMIGFFMAYFVDSLTGVGLVDQMGNFFCKTLLFVAVAGVLFIRKNEDVDKLKNLFDETTLYDKQWQAAWKNDDDESLGSKKK Si. Ahí está la palabra Darwin...  ¿Casualidad? Sí... pero una casualidad deliciosa, para mi gusto. REFERENCIAS Darwin, Charles (1859), On the origin of species by means of natural selection, or the preservation of favoured races in the struggle for life (1st ed.), London: John Murray, http://darwinonline. org.uk/content/frameset?itemID=F373&viewtype=text&pageseq=1, retrieved on 2009-01- 09 Longa-Martínez VM. 2006. Sobre el significado del descubrimiento del gen FOXP2. ELUA 177-207 Quammen D, 2009. Primeras pistas de Darwin. National Geographic 24: 10-21. Ridley M, 2009. Los nuevos Darwin. National Geographic 24: 32-17. Shannon, C. 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