Los recientes descubrimientos científicos han llevado a algunos científicos a la conclusión de que es necesario hacer ajustes y adiciones a la teoría sintética de la evolución.
Kevin Lalande recorrió la sala de conferencias, que había reunido a varios cientos de personas para discutir el futuro de la biología evolutiva. Uno de los compañeros se sentó con él y le preguntó cómo pensaba que iban las cosas en esta área.
"Todo parece ir bien", respondió Laland. "No ha habido disputas serias todavía".
Kevin Lalande es biólogo evolutivo de la Universidad de St Andrews en Escocia. En una tarde fría y nublada de noviembre, viajó a Londres para ser coanfitrión de una reunión de la Royal Scientific Society sobre Nuevas Tendencias en Biología Evolutiva. La sala se llenó de biólogos, antropólogos, médicos, informáticos e ideólogos autoproclamados. La Royal Society of Science se encuentra en un edificio señorial con vistas al parque de St James. Lo único que Lalande podía ver hoy desde las ventanas de gran altura de la sala de conferencias eran los andamios y la malla de la fachada para los trabajos de renovación. En el interior, esperaba Lalande, también habría una modernización hoy, pero de un tipo diferente.
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A mediados de la década de 1900, los biólogos complementaron la teoría de la evolución de Darwin con nuevos hallazgos de la genética y otras áreas de la ciencia. El resultado de esto fue la llamada "teoría sintética de la evolución", que ha estado marcando la dirección de la biología evolutiva durante 50 años. En ese momento, los científicos aprendieron una gran cantidad de datos sobre cómo funciona la vida y ahora pueden secuenciar genomas completos, observar cómo los genes se activan y desactivan en los embriones en desarrollo y cómo los animales y las plantas responden a los cambios en el medio ambiente.
Como resultado, Lalande y un grupo de biólogos que comparten la misma opinión con él llegaron a la conclusión de que la teoría sintética de la evolución necesita ser revisada. Se hizo necesario darle una nueva forma de visión de la evolución, que denominaron el concepto de "síntesis ampliada". Otros biólogos han expresado su desacuerdo, argumentando que no hay bases suficientes para tal cambio de paradigma.
Esta reunión en la Royal Society of Science fue la primera conferencia pública en la que Lalande y sus colegas tuvieron la oportunidad de presentar sus puntos de vista sobre el tema. Pero Lalande no estaba de humor para simplemente predicar sus puntos de vista a personas de ideas afines, por lo que también se invitó a la conferencia a destacados biólogos evolucionistas escépticos acerca de los principios de la síntesis ampliada.
Ambas partes expresaron sus puntos de vista y críticas de manera civilizada, pero a veces hubo tensión en la audiencia, expresada en estrépito, ojos en blanco y escasos aplausos.
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Pero nunca llegó a las peleas. Por ahora.
Evolución como siempre
Para cualquier ciencia, llega un momento de transformación y un momento en que las cosas siguen como de costumbre. Después de que Galileo y Newton sacaron la física de viejos conceptos erróneos en el siglo XVII, comenzó a avanzar de un humilde logro al siguiente hasta el siglo XX. Luego, Einstein y otros científicos sentaron las bases de la física cuántica, presentaron la teoría de la relatividad y otras nuevas formas de conocer el universo. Ninguno de ellos argumentó que Newton estaba equivocado. Pero resulta que el universo en realidad no es solo materia en movimiento.
La biología evolutiva ha tenido sus propias revoluciones. El primero ciertamente comenzó en 1859 con El origen de las especies de Charles Darwin. Darwin combinó información de los campos de la paleontología, la embriología y otras ciencias para mostrar el origen común de todos los organismos vivos. También introdujo el concepto de selección natural, un mecanismo para gestionar estos cambios a largo plazo. Cada generación de la especie mostró una gran variabilidad. A veces ayudó a los organismos a sobrevivir y reproducirse y, gracias a la herencia, se transmitió a las siguientes generaciones.
Darwin inspiró a los biólogos de todo el mundo a estudiar animales y plantas desde una nueva perspectiva, interpretando su biología como adaptaciones de generaciones anteriores. Y lo logró, a pesar de que no tenía ni idea de los genes. No fue hasta la década de 1930 que genetistas y biólogos unieron fuerzas y reformularon la teoría de la evolución. La herencia se ha llegado a considerar como la transmisión de genes de generación en generación. Los cambios se debieron a mutaciones que podían mezclarse para crear nuevas combinaciones. Surgieron nuevas especies cuando se formaron mutaciones en poblaciones que hicieron imposible el cruce entre especies.
En 1942, el biólogo británico Julian Huxley describió este concepto emergente en su libro Evolution: Modern Synthesis. Los científicos todavía usan este nombre. (A veces se refieren a él como neodarwinismo, aunque el término en realidad es engañoso. El término neodarwinismo fue acuñado en el siglo XIX y fue utilizado por biólogos que promovieron las ideas de Darwin durante su vida).
La teoría sintética de la evolución ha demostrado ser una herramienta poderosa en el campo de las cuestiones relacionadas con la naturaleza. Los científicos lo han utilizado para una variedad de descubrimientos de historias de vida, como por qué algunas personas son propensas a enfermedades genéticas como la enfermedad de células falciformes, o por qué los pesticidas tarde o temprano dejan de actuar sobre las plagas. Pero poco después de la formación del concepto de síntesis moderna, varios biólogos comenzaron a quejarse periódicamente de su excesiva categorización. Sin embargo, es solo en los últimos años que Lalande y otros científicos han podido unir y coordinar esfuerzos para desarrollar los principios de una síntesis evolutiva extendida que podría reemplazarlo.
Los investigadores no consideran que la teoría sintética de la evolución sea un concepto erróneo, simplemente no es capaz de reflejar toda la riqueza de la evolución. Los organismos heredan algo más que genes: pueden heredar otras moléculas celulares, así como los comportamientos que aprenden y sus hábitats ancestrales. Lalande y sus colegas también disputan el papel primordial de la selección natural para explicar cómo la vida llegó a ser como la conocemos hoy. El curso de la evolución puede verse influido por otros procesos, desde las reglas según las cuales se desarrollan las especies, hasta las condiciones externas de su habitación.
“No se trata de atornillar cada vez más máquinas a lo que ya tenemos”, dijo Lalande. "Necesitamos mirar la causalidad desde un ángulo diferente".
Complementando a Darwin
La bióloga de la Universidad de Tel Aviv, Eva Jablonka, en su discurso trató de analizar la evidencia de que no solo los genes pueden determinar las formas de herencia.
Nuestras células utilizan una serie de moléculas para reconocer qué genes producen proteínas. Por ejemplo, en un proceso llamado metilación, las células restringen su ADN para mantener cerrados ciertos genes. Cuando las células se dividen, pueden usar el mismo principio, controlando así el nuevo ADN. Ciertas señales recibidas del ambiente pueden hacer que las células cambien el llamado control "epigenético", permitiendo que los organismos se adapten a nuevas condiciones.
Algunos estudios muestran que, en determinadas circunstancias, los cambios epigenéticos en los padres pueden transmitirse a la descendencia. Y ellos, a su vez, pueden transmitir este código epigenético alterado a sus hijos. Este es un tipo de herencia ajena a los genes.
Este principio de herencia se ve especialmente claramente en las plantas. En un estudio, los científicos pudieron rastrear un patrón de metilación alterado hasta 31 generaciones usando una planta llamada Arabidopsis. Este tipo de herencia puede alterar significativamente el funcionamiento del organismo. En otro estudio, los científicos encontraron que los patrones de metilación heredados podrían cambiar el tiempo de floración de Arabidopsis y afectar el tamaño de sus raíces. La variabilidad causada por estos patrones fue mayor que la causada por mutaciones ordinarias.
Después de presentar la evidencia, la Sra. Yablonka argumentó que las diferencias epigenéticas podrían determinar la madurez de los organismos para la procreación. "La selección natural podría tener un impacto en este sistema", dijo.
Dado que la selección natural tiene un impacto significativo en el curso de la evolución, los participantes de la conferencia presentaron evidencia de cómo se puede limitar o desplazar en una dirección diferente. El biólogo Gerd Müller de la Universidad de Viena citó un ejemplo de su propia investigación sobre lagartos. Algunas especies de lagartos han perdido los dedos de las patas traseras durante la evolución. Algunas especies solo tenían cuatro dedos, otras solo uno y algunas perdieron las extremidades por completo.
Según Mueller, la teoría sintética de la evolución lleva a los científicos a considerar estos mecanismos simplemente como el resultado de la selección natural, que favorece una opción debido a sus ventajas en la supervivencia. Pero este enfoque no funcionará si se pregunta cuál es la ventaja para una determinada especie de individuos en la pérdida del primer y último dedo, y no de los demás.
“La respuesta a esa pregunta es que no existe una ventaja selectiva real”, dijo Mueller.
La clave para comprender por qué las lagartijas pierden ciertos dedos es principalmente cómo se desarrollan los dedos de las lagartijas en su estado embrionario. Los procesos aparecen primero en los lados, y luego se desarrollan cinco dedos, siempre en la misma secuencia. Y los pierden en el curso de la evolución en orden inverso. Müller sugiere que tales limitaciones son causadas por la incapacidad de las mutaciones para reproducir todos los cambios posibles en un rasgo. Por lo tanto, ciertas combinaciones de dedos no están disponibles y la selección natural no puede seleccionarlas en absoluto.
El desarrollo puede limitar la evolución y, por otro lado, otorga a los animales y plantas una gran plasticidad. Sonia Sultan, ecologista evolutiva de la Wesleyan University, dio un ejemplo interesante en su discurso, hablando de la hierba de la familia del trigo sarraceno que estaba estudiando, la menta.
En el marco de la síntesis moderna, dijo Sultan, la adaptación del montañista les parecerá un resultado afinado de la selección natural. Si crece en condiciones de poca luz, la selección natural favorecerá a las plantas con rasgos alterados que les permitan prosperar en el medio ambiente, por ejemplo, desarrollando hojas más anchas para la fotosíntesis. Y aquellos que crecen a la luz del sol desarrollan adaptaciones para un crecimiento exitoso en diferentes condiciones.
“Esto habla a favor del punto de vista de que nuestra reunión está dedicada a oponerse”, dijo Sultan.
Si cultivas plantas de Knotweed genéticamente idénticas en diferentes condiciones, terminas con plantas que parecen pertenecer a diferentes especies.
Para empezar, la menta ajusta el tamaño de sus hojas a la cantidad de luz solar que recibe. Con luz brillante, sus hojas se vuelven estrechas y gruesas, y con poca luz, se vuelven anchas y delgadas. En suelo seco, estas plantas echan raíces profundamente en el suelo en busca de agua, y en suelo bien hidratado, las raíces se vuelven cortas, peludas y poco profundas.
Los científicos en la reunión argumentaron que tal plasticidad puede contribuir al curso de la evolución por sí misma. Permite que las plantas se propaguen en diferentes hábitats, por ejemplo, a los que la selección natural luego adapta sus genes. Entre los oradores se encontraba Susan Anton, paleoantropóloga de la Universidad de Nueva York, quien argumentó que la plasticidad podría desempeñar un papel importante en la evolución humana hasta ahora subestimada. Esto se debe a que en el último medio siglo, la síntesis moderna ha influido significativamente en su estudio.
Los paleoantropólogos tendían a tratar los rasgos encontrados en los fósiles como resultado de diferencias genéticas. Esto les permitió recrear el árbol evolutivo del hombre y formas extintas cercanas a él. Los seguidores de este enfoque han logrado resultados significativos, admitió Anton. En la década de 1980, los científicos habían descubierto que hace unos dos millones de años, nuestros primeros parientes eran pequeños y tenían cerebros pequeños. Luego, los representantes de una de las líneas de herencia se hicieron más altos y desarrollaron un cerebro grande. Esta transición marcó el origen de nuestra especie, Homo.
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Pero a veces los paleoantropólogos encontraron variaciones que eran difíciles de entender. Los dos fósiles pueden parecer pertenecer a la misma especie en algunos aspectos, pero muy diferentes en otros. Los científicos tienden a ignorar estas diferencias inducidas por el medio ambiente. "Queríamos deshacernos de todo y llegar al grano", dijo Anton.
Pero "todo esto" es demasiado para ignorarlo. Los científicos han encontrado una asombrosa variedad de fósiles humanoides que datan de hace entre 1,5 y 2,5 millones de años. Algunos son altos y otros no, algunos tienen cerebros grandes y algunos tienen cerebros pequeños. Todos sus esqueletos comparten rasgos Homo, pero cada uno tiene una combinación confusa de diferencias.
Anton cree que los principios de la síntesis ampliada pueden ayudar a los científicos a comprender esta confusa historia. Ella, en particular, cree que sus colegas deberían tomarse en serio la plasticidad como explicación de la extraña diversidad de los primeros fósiles humanos.
En apoyo de esta idea, Anthon señaló que las personas vivas tienen su propio tipo de plasticidad. La calidad de los alimentos que recibe una mujer durante el embarazo puede afectar el crecimiento y la salud del bebé, y el impacto se remonta a la edad adulta. Además, el tamaño de la propia mujer, que depende en parte de la dieta de su propia madre, puede afectar a sus hijos. Los biólogos han descubierto, por ejemplo, que los hijos de mujeres con piernas largas suelen ser más altos que sus compañeros.
Anthon sugirió que los extraños cambios del archivo paleontológico podrían ser ejemplos aún más dramáticos de plasticidad. Todos estos fósiles datan de una época en la que el clima de África sufría fluctuaciones extremas. Las sequías y las fuertes lluvias podrían cambiar los recursos alimentarios en diferentes regiones del mundo, haciendo que los primeros humanos se desarrollen en una dirección diferente.
La teoría de síntesis evolutiva ampliada también puede ayudarnos a abordar otro capítulo de nuestra historia: el surgimiento de la agricultura. En Asia, África y las Américas, la gente ha domesticado cultivos y ganado. La arqueóloga del Smithsonian Melinda Zeder dio una charla sobre la comprensión problemática de cómo podría haber ocurrido esta transformación.
Antes de que la gente comenzara a cultivar, tenían que conseguir su propia comida y cazar. Zeder explicó cómo muchos científicos interpretan el comportamiento de los recolectores en el contexto de la síntesis evolutiva moderna: como algo magníficamente regulado por la selección natural para obtener mejores recompensas por sus esfuerzos por encontrar alimento.
Es difícil imaginar cómo estos recolectores podrían haberse pasado a la agricultura. “No obtienes placer inmediato al tomar comida y llevarla a la boca”, me dijo Zeder.
Algunos científicos han sugerido que la transición a la agricultura pudo haber ocurrido durante un cambio climático, cuando encontrar plantas silvestres se volvió mucho más difícil. Pero Zeder y otros no han encontrado evidencia alguna de una crisis en la que pudiera haber surgido la agricultura.
Zeder sostiene que hay otro punto de vista sobre este asunto. Las personas no son zombis obedientes que intentan sobrevivir en un entorno constante, sino individuos con pensamientos creativos que pueden cambiar el entorno en sí y dirigir la evolución en una nueva dirección.
Los científicos llaman a esto construcción de nicho ecológico, un proceso que involucra a muchas especies. Entre los casos clásicos, cabe destacar los castores. Cortaron árboles y construyeron una presa, creando un estanque. En estas nuevas condiciones, algunas especies de plantas y animales serán mejores que otras. Y se adaptarán de nuevas formas a su entorno. Esto es cierto no solo para las plantas y animales que viven alrededor del estanque de castores, sino también para los propios castores.
Según Zeder, su primer conocimiento del concepto de construir un nicho ecológico fue una revelación para ella. “Fue como pequeñas explosiones en mi cabeza”, me dijo. Los hallazgos arqueológicos recopilados por ella y otros científicos ayudarán a comprender cómo las personas lograron cambiar las condiciones ambientales.
Los primeros recolectores parecen haber trasladado las plantas silvestres de sus hábitats naturales para poder encontrarlas siempre a mano. Al regar las plantas y protegerlas de los herbívoros, los humanos las ayudaron a adaptarse a su nuevo entorno. Las especies de malezas también cambiaron su hábitat y se convirtieron en cultivos agrícolas independientes. Algunos animales también se han adaptado a su entorno, convirtiéndose en perros, gatos y otras especies domésticas.
Gradualmente, a partir de parcelas de tierra caóticamente dispersas habitadas por plantas silvestres, las condiciones ambientales cambiaron a campos de cultivo densamente ubicados. Esto contribuyó no solo a la evolución de las plantas, sino también al desarrollo de la cultura entre los campesinos. En lugar de vagar por el mundo como nómadas, se establecieron en aldeas y tuvieron la oportunidad de cultivar la tierra a su alrededor. La sociedad se ha vuelto más estable a medida que los niños reciben una herencia ecológica de sus padres. Así comenzó la civilización.
La construcción de un nicho ecológico es solo uno de los muchos conceptos avanzados de síntesis evolutiva que pueden ayudarnos a comprender el proceso de domesticación, dijo Zeder. Durante su discurso, presentó una variedad de predicciones diapositiva a diapositiva, que van desde los movimientos de los primeros recolectores hasta el ritmo de evolución de las plantas.
“Se sintió como un comercial de los principios de la síntesis evolutiva extendida”, me dijo Zeder más tarde, riendo. - ¡Pero eso no es todo! ¡Puedes conseguir un juego de cuchillos de cocina!"
El regreso de la selección natural
Entre los que estaban en la sala se encontraba un biólogo llamado David Schacker, investigador de la Universidad de St Andrews. Escuchó con calma las discusiones durante un día y medio, y ahora decidió tomar la palabra él mismo y levantó la mano.
El orador frente a él era Denis Noble, un fisiólogo con una mata de cabello gris y una chaqueta azul. Noble, que pasó la mayor parte de su carrera en Oxford, dijo que comenzó como un biólogo tradicional, que creía que los genes eran la causa última de todo en el cuerpo. Pero en los últimos años cambió de opinión y empezó a hablar del genoma no como base para la vida, sino como un órgano sensible que detecta el estrés y es capaz de reconstruirse para superar problemas. “Me tomó mucho tiempo llegar a esta conclusión”, dijo Noble.
Para ilustrar esta nueva visión, Noble habló sobre una variedad de experimentos recientes. Uno de ellos fue publicado el año pasado por un equipo de la Universidad de Reading y fue el estudio de las bacterias que se mueven por el medio ambiente mediante largas colas giratorias.
En primer lugar, los científicos aislaron un gen del ADN de una bacteria que es responsable del crecimiento de la cola. Luego colocaron a los individuos sin cola resultantes en una placa de Petri con un escaso suministro de comida, que pronto consumieron. Sin la capacidad de moverse, murieron. En menos de cuatro días en estas terribles condiciones, las bacterias comenzaron a nadar nuevamente. Tras una inspección de cerca, se descubrió que les habían salido nuevas colas.
"La estrategia es crear cambios evolutivos rápidos en el genoma en respuesta a influencias externas adversas", explicó Noble a la audiencia. "Es un sistema autosuficiente que permite que ciertas propiedades se manifiesten independientemente del ADN".
Shaker no lo encontró convincente, y después de que amainaron los aplausos, decidió entablar una discusión con Noble.
"¿Podría comentar sobre el mecanismo detrás de este descubrimiento?" - preguntó Shaker.
Noble empezó a tartamudear. “El mecanismo en términos generales, sí puedo, sí…”, dijo, y luego comenzó a hablar de redes y reglas y la búsqueda febril de una salida a la crisis. “Debe consultar el texto original del informe”, dijo luego.
Mientras Noble luchaba por responder, Shaker miró la conferencia abierta en su portapapeles. Y empezó a leer uno de los párrafos en voz alta.
“Nuestros hallazgos demuestran que la selección natural puede cambiar rápidamente las redes reguladoras”, leyó Shaker y dejó su iPad. “Este es un maravilloso, simplemente maravilloso ejemplo de rápida evolución neodarwiniana”, dijo.
Shaker captó la esencia misma de los sentimientos de un número considerable de escépticos con los que pude hablar en la conferencia. La retórica ambiciosa sobre el cambio de paradigma era en su mayoría infundada, dijeron. Sin embargo, estos escépticos no se quedaron en las sombras. Algunos de ellos decidieron tomar la palabra en persona.
"Creo que se espera que hable sobre la evolución jurásica", dijo Douglas Futuima, subiendo al podio. Futuima es un biólogo fluido en la Universidad de Stony Brook en Nueva York y el autor de un importante libro de texto sobre evolución. Durante la reunión, se vio inundado de quejas de que los libros de texto prestaban poca atención a cosas como la epigenética y la plasticidad. De hecho, se acaba de invitar a Futuima a explicar a sus colegas por qué se ignoraron estos conceptos.
“Tenemos que admitir que los principios básicos de la teoría sintética de la evolución son fuertes y válidos”, dijo Futuima. No solo eso, agregó, sino que las variedades de biología discutidas en la Royal Society no son realmente tan nuevas. Los creadores de la teoría sintética de la evolución los mencionaron hace más de 50 años. Para comprenderlos se han realizado numerosos estudios basados en la síntesis evolutiva moderna.
Toma plasticidad. La variación genética en animales o plantas regula la gama de formas en las que puede desarrollarse un organismo. Las mutaciones pueden cambiar este rango. Y los modelos matemáticos de selección natural muestran cómo puede promover ciertos tipos de plasticidad a expensas de otros.
Si nadie necesita la teoría de la síntesis evolutiva extendida, ¿cómo es que se le dedicó una reunión completa en la Royal Society of Science? Futuima sugirió que este interés era más emocional que científico. Sus principios hicieron de la vida una fuerza impulsora, no un arma inactiva de mutación.
“Creo que la ciencia no puede basarse en lo que encontramos emocional o estéticamente más atractivo”, dijo Futuima.
Sin embargo, hizo todo lo posible para demostrar que la investigación discutida en la sesión podría llevar a algunas conclusiones interesantes sobre la evolución. Pero estas conclusiones solo pueden surgir como resultado de un arduo trabajo, lo que implica la aparición de datos confiables. “Hay suficientes ensayos e informes escritos sobre este tema”, dijo.
Algunos miembros de la audiencia comenzaron a discutir con Futuima. Otros oradores escépticos se asustaron con argumentos que pensaban que no tenían sentido. Pero la reunión aún se completó al tercer día sin peleas.
“Esta es probablemente la primera de muchas, muchas reuniones”, me dijo Lalande. En septiembre, un consorcio de científicos de Europa y Estados Unidos recibió una financiación de $ 11 millones (de los cuales $ 8 millones de la Fundación John Templeton) para realizar 22 estudios sobre los principios de la síntesis evolutiva avanzada.
Muchos de estos estudios probarán las predicciones que han surgido de la teoría sintética de la evolución durante los últimos años. Por ejemplo, descubrirán si las especies que construyen su propio hábitat (telarañas, nidos de avispas, etc.) pueden convertirse en más especies que las que no lo hacen. También considerarán si la alta plasticidad permite una adaptación más rápida a las nuevas condiciones.
“Hacer esta investigación es lo que piden nuestros críticos”, dijo Lalande. "Ve y busca pruebas".
