Complejidades irreducibles: La bioquímica como callejón sin salida del evolucionismo (2)
Orígenes del neo-darwinismo
No se le puede echar a Darwin la culpa de todo. El ser humano tiende a pensar que el contenido de una caja negra es sencillo. Con el microscopio se observó que pequeños organismos crecían en la leche y la cerveza cuando éstas eran dejadas varios días en reposo. Era razonable entonces suponer que tales organismos vivos podrían surgir espontáneamente de líquidos.
La clave para persuadir a la gente era el presentar a la célula como algo “simple”. Uno de los principales proponentes de la llamada generación espontánea en el siglo XIX fue Ernst Haeckel, promotor de Darwin y su teoría. Basado en un limitado conocimiento de las células que aquellos microscopios podían brindar, Haeckel creía que la célula era una “simple y pequeña protuberancia compuesta por una combinación albuminosa de carbón”[1] no diferente a un pedacito de gelatina. Así es que él y otros pensaban que tal simple organismo vivo, sin órganos internos, podía ser fácilmente producido a partir de material inanimado. Estaba equivocadísimo.
A mediados del siglo XX científicos de diversos campos, preocupados por la falta de coherencia y comunicación entre sí, organizaron una serie de reuniones interdisciplinarias involucrando referentes de la genética, paleontología, anatomía y embriología entre otras ciencias. El objetivo era combinar sus ideas en una teoría de la evolución darwiniana más coherente. El resultado de esta “síntesis evolucionaria” fue la teoría conocida como neo-darwinismo, la base del pensamiento moderno evolucionario.
Sin embargo una rama de la ciencia no fue invitada al encuentro, simplemente porque todavía no existía. Los comienzos de la bioquímica moderna (i.e. molecular) son posteriores al lanzamiento oficial del neo-darwinismo. Para que el neo-darwinismo sea cierto tiene que ser capaz de explicar la estructura molecular de la vida. El libro de Michael Behe prueba que no es capaz.
Complejidad irreducible
Darwin sabía que su teoría de evolución gradual tenía un potencial talón de Aquiles:
“Si pudiera ser demostrado que existe algún órgano complejo el cual no habría sido formado mediante numerosas, sucesivas y pequeñas modificaciones, mi teoría colapsaría absolutamente”[2].
Veremos que varios críticos de Darwin pensaron y piensan que tal criterio ya ha sido cumplido ¿Pero qué tipo de sistema biológico puede satisfacer tal requerimiento? Un sistema que es irreduciblemente complejo aduce Behe, definiendo el núcleo de su argumento contra el neodarwinismo:
“Por irreduciblemente complejo me refiero a un sistema separado compuesto de varias partes interactuando entre ellas en plena concordancia, las cuales contribuyen a la función básica, de modo que la remoción de cualquiera de las partes hace que el sistema efectivamente deje de funcionar”[3].
Tal sistema no puede ser producido mediante pequeñas y sucesivas modificaciones del sistema precursor debido a que cualquier parte que no estuviera (o fuera quizás meramente alterada) lo tornaría disfuncional. Tal sistema no tiene precursores funcionales[4].
La evolución darwiniana solo selecciona aquello que funciona ahora, no lo que pueda ser útil en el futuro. Un sistema irreduciblemente complejo no podría haber evolucionado ya que no brindaría ninguna ventaja selectiva hasta el momento que estuviera completamente ensamblado. Ergo tiene que haber sido armado de una sola vez.
Un ejemplo sencillo de un sistema irreduciblemente complejo es la típica trampa para ratones compuesta por un resorte, un martillo, una plataforma, etc, todos los cuales son necesarios para su funcionamiento. La trampa no funciona si, por ejemplo, el resorte no está. Más aun, ¡tampoco funciona si el resorte es demasiado duro o blando, o demasiado grande o chico! Este último requerimiento para que un sistema sea candidato a la selección natural darwiniana es llamado función mínima: la capacidad de realizar una tarea en circunstancias físicamente reales[5]. Los sistemas irreduciblemente complejos son un obstáculo enorme para la evolución Darwiniana; la necesidad de un funcionamiento mínimo exacerba el dilema más aún[6].
Trampa para ratones: sistema irreduciblemente complejo
Un tercio del libro de Behe trata justamente de varios sistemas irreduciblemente complejos a nivel molecular, las máquinas de la vida. Los intricados sistemas descriptos en detalle son la visión humana, la propulsión celular como el cilio y el flagelo bacteriano, la cascada de proteínas responsable de la coagulación sanguínea, el de transporte intracelular de proteínas, el inmunológico encargado de la producción de anticuerpos, y la biosíntesis y regulación del ácido nucleico. Behe describe estos sistemas de manera genial. Un gran escritor con la capacidad de describir la complejidad de la célula con gran elegancia para el lector común.
¿Por qué la existencia de estos (y muchos otros) sistemas invalida la evolución? Porque son irreduciblemente complejos y no pueden evolucionar de manera darwiniana. ¿Por qué no? Porque la selección natural funciona mediante pequeñas mutaciones, paso a paso en cada componente. Si docenas o centenas de diferentes proteínas, específicamente formadas, son necesarias para hacer un cilio, ¿cómo es posible que la selección natural las haya hecho lenta y pacientemente, una a una, mientras aguardaba que la compleja función de propulsión ciliar finalmente emergiera? Es prácticamente imposible.
En teoría no se debería eliminar la posibilidad de una ruta indirecta, pero a medida que la complejidad de un sistema interdependiente aumenta, dicha posibilidad indirecta cae precipitadamente[7]. Y se vuelve tan despreciable como la posibilidad de que un mono tipeando al azar en una máquina de escribir pueda producir un libro como la Biblia, no importa por cuántos millones de años el primate lo intente. En realidad un simple cálculo estadístico muestra que un simio tipeando una letra por segundo tiene chances virtualmente nulas de escribir bien el mero título de cierto libro de Darwin[8] aun disponiendo de todo el tiempo desde el big bang[9] hasta nuestros días.
¡Ojo!
El ojo es uno de los más sofisticados y delicados sistemas encontrados en la naturaleza. Para que la evolución fuera creíble Darwin tenía que convencer al público que órganos complejos podrían haber sido formados paso a paso. Tuvo éxito. Astutamente no intentó dilucidar un sendero concreto a través del cual la evolución podría haber creado un ojo. Más bien mostró animales con diferentes tipos de ojos, desde los más simples a los más complejos, y sugirió que la evolución del ojo humano podría haber involucrado a órganos similares de transición. Más allá de probar poco y nada con esta conjetura macroevolutiva, la pregunta de cómo comenzó la visión ni siquiera fue abordada.
Behe procede entonces a describir la extrema complejidad bioquímica, la velocidad y perfección de la visión humana en término de fotones y proteínas a nivel subcelular con sumo detalle y claridad. Queda claro que cualquier explicación a nivel anatómico es irrelevante si se quisiera discutir cómo el ojo podría haber evolucionado, ya que los procesos esenciales suceden a nivel molecular. El registro fósil es igualmente irrelevante en este debate. Ninguno puede decirnos nada acerca de si las complejas interacciones que ocurren en picosegundos[10] entre, verbigracia, la molécula 11-cis-retinal, las proteínas rodopsina y tranduscina, y la enzima fosfodiesterase podrían haber evolucionado paso a paso.
A un nivel anatómico la evolución darwiniana puede explicar ciertos fenómenos microevolutivos, asumiendo la existencia de la maquinaria molecular necesaria para tales fenómenos. Pero es la existencia misma de esta maquinaria bioquímica lo que representa un misterio impenetrable para el darwinismo.
Flagelo bacteriano y Cilio
El flagelo de ciertas bacterias constituye un increíble motor molecular, el cual involucra a unas 50 diferentes proteínas. Es un formidable y complejo mecanismo de propulsión conceptualmente similar a motores diseñados por el ser humano. Un sistema irreduciblemente complejo como éste no puede haber sido producido por selección natural mediante mutaciones al azar.
La naturaleza rotativa del flagelo fue un descubrimiento sorprendente. Los múltiples anillos en la base del flagelo que forman el motor son tan minúsculos que solo se pueden ver mediante microscopio electrónico. A diferencia de otros sistemas generadores de movimiento mecánico (vgr. músculos) el motor bacteriano no usa energía almacenada en una molécula “tanque”. Más bien toma la energía generada por un flujo de ácido a través de la membrana bacteriana. Las proteínas componentes tienen diferentes funciones, de propulsión, de arranque y parada del motor, de acoplamiento a la membrana, de soporte estructural, de regulación, etc.
El cilio, un sistema molecular diferente al flagelo ya que no rota sino que se mueve como un látigo o un remo, también es otro ejemplo de complejidad irreducible. Los espermatozoides usan el cilio como medio de propulsión, mientras que células estacionarias lo usan para otras funciones.Sobre estos fascinantes sistemas biofísicos se han escritos miles de artículos en los últimos años. Ninguno jamás ha publicado un modelo que trate de explicar la evolución gradual darwiniana de estas maravillas de la nanotecnología bioquímica. ¿Puede la selección natural crear tales artefactos? Se podría, plantea Behe, agrupar bacterias sin flagelo bajo condiciones controladas en laboratorio y bajo cierta presión selectiva (e.g. de movilidad) hacerlas crecer por unas diez mil generaciones y ver si algún flagelo –u otro sistema complejo– es producido. Si esto fuera probado entonces la complejidad irreducible sería falsa. Hasta el día de hoy nadie lo ha probado.
La creación de las moléculas de la vida
Las grandes moléculas que trabajan en la célula son las proteínas y los ácidos nucleicos; ambos están formados por pequeños bloques. Vimos que los amino-ácidos son a las proteínas lo que las letras a las palabras. De igual modo los ácidos nucleícos, ADN y ARN, están formados por nucleótidos. Estos bloques, como los rastis de los niños, se pueden combinar para formar casi una infinita variedad de moléculas. ¿Cómo se construyen estás moléculas? Se construyen en la célula y los planos de construcción están en su núcleo, precisamente en el ADN.
El ADN, el más famoso de los ácidos nucleícos, está compuesto de cuatro nucleótidos, simbolizados por las letras A, C, G y T. Behe dedica un capítulo entero a explicar la formación del bloque A[11]. La formación, o síntesis, de las biomoléculas requiere gran precisión y exactitud y es llevada a cabo por sofisticados robots moleculares. Ésta, demanda trece (13) fases e involucra diversos tipos de otras moléculas (enzimas) para ensamblar, catalizar, regular, y proveer energía. Varias de estas moléculas intermediarias no juegan ningún rol independiente; son usadas solo para sintetizar el bloque A. Se podría simbolizar con un simple esquema:
I1 → I2 → I3 → A
Es decir el compuesto I1 (intermedio 1) se transforma finalmente en el bloque A mediante otros compuestos intermedios I2 e I3. ¿Puede este proceso evolucionar gradualmente? Depende. Si I1, I2 e I3 son útiles para la célula y si ni I2, I3 y A son esenciales desde el principio, entonces una lenta evolución al estilo darwiniano es posible.
Pero si el bloque A es necesario desde el principio entonces el problema para la evolución darwiniana es el siguiente: si solo el producto final de un complejo sendero biosintético es usado en la célula, ¿Cómo evolucionó paso a paso? Si las moléculas usadas en las etapas intermedias solo tienen como fin ser precursores del bloque A, ¿qué ventaja le da a un organismo hacer solo la primera molécula intermedia? O si hace la primera, ¿para qué hace la segunda? Si la célula necesita el bloque A, ¿para qué hacer solo los compuestos intermedios? El bloque A es necesario desde el principio para la vida en la tierra ya que es usado para crear ADN y ARN, aparte de otras moléculas clave. Si la célula no lo puede producir inmediatamente entonces se muere. Los senderos biosintéticos con compuestos intermedios sin utilidad independiente son un dolor de cabeza para la evolución darwiniana, ya que la selección natural no puede preservar compuestos sin una función determinada. Hasta el día de hoy los científicos solo pueden especular abstracciones a cerca de su formación en el supuesto “caldo primordial”[12].
Se han encontrado varias maneras de sintetizar adenina (la base del bloque A) en laboratorio. Pero bajo condiciones que no tienen nada que ver con las de la célula, ya que fuerzan reacciones en líquidos aceitosos y con gran acidez, lo que mataría cualquier organismo conocido. Ninguno de los métodos artificiales para sintetizar adenina es un precursor del método biológico.
El segundo inconveniente para el evolucionismo darwiniano es el sistema regulatorio en la síntesis del bloque A (o de cualquier otra proteína). En cada uno de los procesos intermedios existen tanto enzimas catalizadores de la síntesis como enzimas reguladoras. La función de las primeras es fomentar la creación de ciertos compuestos, la de las segundas es evitar una sobrecarga del sistema. Un exceso o defecto de ciertas biomoléculas respecto a otras tiene consecuencias inmediatas y deletéreas en el sistema.
Cuando la regulación del metabolismo falla el resultado es enfermedad o muerte. La diabetes es un ejemplo de esto. Otro ejemplo menos conocido es el síndrome Lesch-Nyhan debido a la inactividad de una enzima necesaria en la regulación del bloque A (Adenosín monofosfato, AMP). Esto causa la acumulación excesiva de uno de los compuestos intermedios y lleva al exceso de ácido úrico. Las consecuencias van desde la enfermedad de la gota hasta la retardación mental. El problema para el gradualismo darwiniano es que la célula no tendría ninguna razón para desarrollar mecanismos regulatorio antes de la aparición de un nuevo catalizador. La aparición de un nuevo camino evolutivo sin regulación sería interpretada por el organismo como un defecto genético, no como algo beneficial.
Resumiendo, nadie tiene la menor idea cómo podrían haber surgido mediante mecanismos darwinianos los nucleótidos componentes del ADN y el ARN, los repositorios y transmisores de los códigos genéticos necesarios para la vida. Volveremos a esto más adelante.
(continuará)
[1] Farley, J. 1979. The Spontaneous Generation Controversy from Descartes to Oparin. Johns Hopkins University Press, Baltimore, p. 73.[2] Darwin, C. 1872. Origin of Species, 6th ed. (1988). New York University Press, New York, p. 154.[3] Behe, M.J. 2006. Darwin’s Black Box: The Biochemical Challenge to Evolution. Free Press, 2006, p. 39.[4] Es necesario acá distinguir entre dos tipos de precursores. Una bicicleta puede ser el precursor conceptual de una motocicleta, pero no es el precursor físico. Para ser un precursor en sentido físico darwiniano se debe probar que una moto puede ser construida “mediante numerosas, sucesivas y pequeñas modificaciones” partiendo de una bicicleta. Lo cual no es posible.[5] Por ejemplo, un motor fuera de borda con todos los componentes necesarios, pero que girase solo a una revolución por hora es totalmente inútil.[6] Behe, ibid, p 46.[7] Behe, ibid, p 40.[8] On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life. Título tan interesante como largo, 118 caracteres (con espacios). Para más detalle de este cálculo ver acá: http://fredoneverything.net/LastDarwin.shtml[9] El término big bang o gran explosión se utiliza tanto para referirse al momento en el que se inició la expansión observable del universo (cuantificada en la ley de Hubble), como en un sentido más general para referirse al paradigma cosmológico que explica el origen y la evolución del mismo. De acuerdo a la últimas estimaciones habría ocurrido hace unos 13.8 mil millones de años.[10] Un picosegundo es, a ojo de buen cubero, el tiempo en que la luz tarda en viajar el ancho de un cabello humano.[11] El nombre verdadero de este nucleótido es Adenosín monofosfato, abreviado AMP. El AMP está formado por fosfato, ribosa, y adenina. Tiene 10 átomos de carbono, 11 de hidrógeno, 7 de oxígeno, 4 de nitrógeno y 1 de fósforo.[12] Término introducido por el biólogo ruso Alexander Oparin, quien en 1924 propuso el origen de la vida a partir de la evolución gradual de moléculas químicas basadas en el carbono, todo de manera abiótica.
