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Las transiciones principales

 

La teoría de la evolución por selección natural no predice que los organismos se harán más complejos. Sólo predice que serán mejores a la hora de sobrevivir y reproducirse en el ambiente actual, o al menos que no serán peores. Empíricamente, muchos, y quizá la mayoría de linajes, cambian poco a lo largo de muchos millones de años. Como señaló una vez D.M.S. Watson, que enseñó zoología a uno de nosotros, los cocodrilos se las han apañado muy bien desde el Cretáceo. También los braquiópodos y los equisetos se las han arreglado muy bien desde hace mucho más tiempo.

No obstante, algunos linajes se han hecho más complejos. En algún sentido los elefantes son más complejos que los mixomicetes, y los robles más complejos que las algas verdes, aunque encontremos difícil decir exactamente en qué sentido. Una aproximación a la definición es en términos del número de partes que componen un organismo, o del número de comportamientos posibles por parte de éste. Un elefante posee muchos tipos distintos de células (al menos varios cientos), mientras que un mixomicete tiene muy pocos. También exhibe una amplia gama de comportamientos (caminar, revolcarse, amamantar a su cría, desarraigar árboles, barritar, etcétera), mientras que un mixomicete, de nuevo, tiene pocos. Esto es cierto, pero no ayuda mucho, en parte porque es difícil de cuantificar, y en parte porque no conduce fácilmente a preguntas adicionales.

 

 

Especie	Tipo	Número aproximado de genes
Procariotas
Escherichia coli	Bacteria	4.000
Eucariotas (excepto Vertebrados)
Oxytrochis similis	Protozoo ciliado	12.000-15.000
Saccharomyces cerevisiae	Levadura	7.000
Dictyostelium discoideum	Acrasiomicete	12.500
Caenorhabditis elegans	Nemátodo	17.800
Drosophila melanogaster	Insecto	12.000-16.000
Strongylocentrotus purpuratus	Equinodermo	<25.000
Vertebrados
Fugu rubripes	Pez	50.000-100.000
Mus musculus	Mamífero	80.000
Homo sapiens	Mamífero	60.000-80.000

 

Tabla 2.1. Número de genes en varios organismos.

 

 

Un enfoque más fructífero para medir la complejidad procede de las matemáticas. G.J. Chaitin, un matemático norteamericano, ha sugerido que podemos medir la complejidad de una estructura a partir de la longitud de la lista de instrucciones más corta que la genere: la complejidad de un pastel se mide por la longitud de la receta que nos dice como elaborarlo. Por desgracia, aunque podemos decir de manera precisa cuán larga tiene que ser una lista de instrucciones (es decir, de bases en el DNA) para generar una proteína, o un conjunto de proteínas, no tenemos ni idea del número mínimo de pares de bases que se necesita para crear un elefante. Lo que sí podemos decir aproximadamente es cuántos pares de bases se utilizan de hecho. Incluso esta cuestión más sencilla no puede responderse directamente. No podemos medir simplemente el contenido en DNA del núcleo del huevo fecundado de un elefante (que entonces debiéramos dividir por dos, porque el huevo contiene dos copias casi idénticas de la misma información, cada una de ellas procedente de uno de los dos progenitores, y dos copias de un mensaje no portan más información que una). La dificultad es que gran parte del DNA de cualquier organismo superior no aporta información útil: es como la estática en un mensaje de radio que se oye mal. Decimos algo de este DNA en el capítulo 8. Pero si no se necesita, entonces ciertamente no se le debería incluir en ninguna medida de complejidad.

Una idea aproximada de la cantidad de DNA informativo en organismos que varían en complejidad aparente se da en la tabla 2.1.^[1] La transición entre procariotas (esencialmente bacterias) y eucariotas (todos los demás) se discute en el capítulo 6, junto con las razones para el aumento sustancial de DNA informativo. Es menos claro por qué los vertebrados resultan tener más DNA informativo que los invertebrados. Al ser nosotros mismos vertebrados, quizá nos sorprende menos la diferencia de lo que debiera: ¿por qué razón un insecto, con patas y alas, iba a necesitar menos DNA que un pez?

Parece, pues, que aunque no existe una razón general por la que la evolución debiera conducir a una mayor complejidad, en realidad así lo ha hecho en algunos casos. En la sección siguiente argumentamos que este aumento ha dependido de un pequeño número de cambios principales en la manera en la que la información se almacena, se transmite y se traduce. A estos cambios los llamamos transiciones principales.

 

 

 

Las transiciones principales

 

La manera más fácil de explicar qué queremos decir al hablar de transiciones principales es listarlas (tabla 2.2). La breve explicación de la lista que sigue es, efectivamente, una sinopsis del resto del libro: si algunas afirmaciones parecen oscuras, esperamos que quedarán más claras en el capítulo apropiado.

 

1.   Moléculas replicantes à poblaciones de moléculas en compartimientos. Pensamos que los primeros objetos con las propiedades de multiplicación, variación y herencia fueron moléculas replicantes semejantes al RNA pero quizá más sencillas, capaces de reproducirse pero no informacionales, porque no especificaban otras estructuras. Para que la evolución fuese más allá era necesario que diferentes tipos de molécula replicante cooperaran, produciendo cada uno efectos que ayudaran a la replicación de los demás. Argumentamos que, para que esto ocurriera, las poblaciones de moléculas tenían que estar encerradas dentro de algún tipo de membrana o «compartimiento».

2.   Replicadores independientes à cromosomas. En los organismos actuales, las moléculas replicantes, o genes, están unidas extremo con extremo para formar cromosomas (un único cromosoma por célula en los organismos más sencillos). Ello tiene como efecto que cuando un gen se replica, todos lo hacen. Esta replicación coordinada evita la competencia entre genes de un mismo compartimiento y les obliga a cooperar. Discutimos esta transición en el capítulo 5.

3.   RNA como gen y enzima à DNA y proteína. Existe en la actualidad una división del trabajo entre dos clases de moléculas: ácidos nucleicos (DNA y RNA) que almacenan y transmiten información, y proteínas, que catalizan reacciones químicas y forman gran parte de la estructura del cuerpo (por ejemplo, músculo, tendón, pelo). Parece cada vez más plausible que al principio no hubiera tal división del trabajo y que las moléculas de RNA realizaran ambas funciones. La transición desde un «mundo de RNA» hasta un mundo de DNA y proteína requirió la evolución del código genético, por el que la secuencia de bases determina la estructura de las proteínas. Éste es el tema del capítulo 4.

 

 

Moléculas replicantes	Poblaciones de moléculas en protocélulas
Replicadores independientes	Cromosomas
RNA como gen y enzima	Genes de DNA, enzimas proteínicos
Células bacterianas (procariotas)	Células con núcleo y orgánulos (eucariotas)
Clones asexuales	Poblaciones sexuales
Organismos unicelulares	Animales, plantas y hongos
Individuos solitarios	Colonias con castas no reproductivas (hormigas, abejas y termes)
Sociedades de primates	Sociedades humanas (lenguaje)

 

Tabla 2.2. Las transiciones principales.

 

4.   Procariota à eucariota. Las células pueden dividirse en dos tipos principales. Los procariotas carecen de núcleo y (generalmente) tienen un único cromosoma circular. Incluyen las bacterias y las cianobacterias (algas verdiazules). Los eucariotas poseen un núcleo que contiene cromosomas en forma de bastón y por lo general otras estructuras intracelulares denominadas «orgánulos», entre ellas las mitocondrias y los cloroplastos que se describen en el capítulo 6. Los eucariotas incluyen todos los demás organismos celulares, desde los unicelulares, como Amoeba y Chlamydomonas, hasta los seres humanos. Discutimos la transición de procariotas a eucariotas en el capítulo 6.

5.   Clones asexuales à poblaciones sexuales. En los procariotas y en algunos eucariotas sólo surgen nuevos individuos a partir de la división de una única célula en dos. En la mayoría de eucariotas, en cambio, este proceso de multiplicación por división celular es interrumpido ocasionalmente por un proceso en el que un nuevo individuo surge de la fusión de dos células sexuales, o gametos, producidos por individuos distintos. Aunque familiar, esta transición es una de las más enigmáticas; la discutimos en el capítulo 7.

6.   Protistas à animales, plantas y hongos. Los animales están compuestos por muchos tipos distintos de células: musculares, nerviosas, epiteliales, etc. Lo mismo cabe decir de plantas y hongos. Cada individuo, por lo tanto, porta no una copia de la información genética (dos en un diploide), sino muchos millones de copias. El problema es cómo unas células que contienen la misma información pueden hacerse tan diferentes en cuanto a forma, composición y función. En comparación, los pocos protistas que no son unicelulares forman colonias de células muy poco diferenciadas. ¿Cómo se diferencian las células que contienen la misma información genética? ¿De qué manera los distintos tipos celulares se van ordenando para formar la estructura del organismo adulto? ¿Qué problemas tuvieron que resolverse antes de que pudieran evolucionar los animales y las plantas? Analizamos estas cuestiones en el capítulo 10.

7.   Individuos solitarios à colonias. Algunos animales, en especial hormigas, abejas, avispas y termes, viven en colonias en las que sólo unos pocos individuos se reproducen. Se ha comparado una tal colonia a un superorganismo, análogo a un organismo pluricelular. Las obreras estériles son análogas a las células somáticas de un individuo, y los individuos reproductores a las células de la línea germinal. El origen de tales colonias es importante; se ha estimado que un tercio de la biomasa animal de la pluviselva amazónica está constituida por hormigas y termes, y es probable que ello sea así también para la mayoría de los demás hábitats. También es interesante por la luz que arroja sobre el origen de las sociedades humanas. Discutimos estos orígenes en el capítulo 11.

8.   Sociedades de primates à sociedades humanas, y el origen del lenguaje. En el capítulo 12 argumentamos que el paso decisivo en la transición desde la sociedad de los simios hasta la humana fue el origen del lenguaje. Ya hemos destacado las semejanzas entre el lenguaje humano y el código genético. Son dos sistemas naturales que proporcionan una herencia ilimitada. La naturaleza y el origen de las sociedades humanas son los temas del capítulo 12, y en el capítulo 13 exploramos el origen del lenguaje.

 

Puesto que nos ocupamos de la información, quizá deberíamos haber incluido en nuestra lista la evolución de un sistema nervioso capaz de adquirir información sobre el mundo externo, y de usar dicha información para modificar el comportamiento. Ciertamente, la adquisición de un sistema nervioso era una precondición necesaria para la evolución subsiguiente del lenguaje. ¡La única excusa para esta omisión es nuestra incompetencia!

De las ocho transiciones que hemos listado, pensamos que todas, excepto dos, fueron únicas, lo que quiere decir que tuvieron lugar una sola vez en un único linaje. Las dos excepciones son la evolución de organismos pluricelulares, que ocurrió tres veces, y de animales coloniales con castas estériles, que ha ocurrido muchas veces. La ocurrencia de seis transiciones únicas (junto con el origen mismo de la vida, que también atribuimos a una secuencia única de eventos) tiene interesantes implicaciones. Cualquiera de ellas pudo no haber ocurrido, y de haber sido así no estaríamos ahora aquí, ni nosotros ni nada que se nos pareciera remotamente.