Hacia un nuevo paradigma de la biología molecular

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廖硯硯

En este artículo, Jonatham Latham describe algunas teorías respecto al funcionamiento de la célula, que - entre otras cosas - cuestionan el papel del ADN como "molécula maestra", y lo sitúan como un actor más dentro de la intrincada red de procesos que regulan la vida.

Título: 
La genética está abriendo paso a una nueva ciencia de la vida
Origen: 
Bioscience Resource Project
Autor/a: 
Dr. Jonathan Latham
Fecha: 
Lunes, 6 Febrero, 2017

Pon a prueba tu comprensión del mundo vivo con esta sencilla pregunta. ¿Qué tipo de biomolécula está presente en todos los organismos vivos? Si tu respuesta es "el ADN", te equivocas. Pero es un error muy perdonable. La educación estándar en biología sitúa al ADN (ácido desoxirribonucleico) como la molécula maestra de la vida, que coordina y controla la mayoría, si no todas, de las funciones vitales. Este concepto de la molécula maestra es muy popular. Es plausible. Se enseña en todas las universidades e institutos. Y sin embargo, es erróneo. El ADN no es el controlador supremo, ni siquiera es el centro de la biología. Al contrario, la ciencia demuestra de forma aplastante que la vida se autoorganiza, y la biología podría estar a punto de atravesar el cambio de paradigma definitivo.

La mitología del ADN

Algunos científicos de renombre realizan afirmaciones muy contundentes respecto a los poderes del ADN. En su autobiografía, el Premio Nobel Kary Mullis lo llama "El Rey de las Moléculas" y "El Grande". Puede que leyese ADN: El Secreto de la Vida, un libro de divulgación científica bastante conocido que denomina al ADN como la molécula que "tiene la llave de la naturaleza misma de todo lo vivo". No cabe duda de que su autor sabe mucho del tema. Es el Premio Nobel James Watson, co-descubridor de la estructura del ADN. Algunas instituciones tienen también posturas muy asentadas en lo que respecta al ADN; la web del Instituto Estadounidense de Salud afirma que "los genes están en el centro de todo lo que nos hace humanos".

En la contraportada de la edición de El Secreto de la Vida que yo tengo sale Eric Lander, el cerebro detrás de la genética humana moderna, quien dirige también el Broad Institute del MIT. Su cita sirve como aval y aprobación de las ideas del libro. Justo debajo de él está la profesora de genética Mary-Claire King, que escribe: "Esta es la historia del ADN y por tanto la historia de la vida, de la historia, el sexo, el dinero, las drogas y los secretos que aún están por revelar." Según la Dra. King, el ADN es la vida.

La visión de la genética de Watson también domina la educación. El libro de biología estándar de los institutos estadounidenses, "Life", del que tenemos la edición de 1997, enmarca la biología en su conjunto alrededor del ADN, otorgándole así el estatus bioquímico de pieza central de la vida.

Francis Collins, director desde hace tiempo del Instituto Nacional de Salud, ha publicado varios best-sellers sobre el ADN con títulos como El Lenguaje de la Vida y el Lenguaje de Dios. No debería extrañarnos por tanto que la idea de que el ADN es una molécula maestra sea una de las ideas dominantes de nuestra época.

Algunos biólogos dirán que esta visión es extrema y poco representativa, y lo es, y en parte este artículo pretende explicar por qué las visiones extremas sobre el ADN dominan el discurso habitual. Pero su propósito principal es contrastar esta representación del ADN llevada a cabo por prácticamente todos los biólogos con la escasa atención que reciben otras moléculas biológicas por parte de la comunidad científica. Nuestra existencia también depende de las proteínas, grasas, carbohidratos y del ARN (ácido ribonucleico); pero nadie dice "lo llevo en mis proteínas". Y sin embargo, cabe preguntarse: ¿es científicamente menos absurdo decir que algo "está en mi ADN"?

El propósito de este artículo es examinar friamente esta cuestión. ¿Puede adjudicársele al ADN en alguna medida el tener el control? ¿El estar en el centro de la organización de la vida?

La respuesta es que el ADN no es nada de lo que dicen ni Watson, ni Lander, ni Collins, y que incluso la visión estándar de los biólogos, algo más matizada, está equivocada. Esto puede probarse de muchas formas, pero fundamentalmente mediante una nueva ciencia de la vida que está surgiendo de la casi completa oscuridad. Esta nueva ciencia explica las características de los seres vivos de formas nuevas y productivas en las que no lo ha explicado - ni puede hacerlo - la biología centrada en el ADN y el determinismo genético. El ADN no es el lenguaje de Dios. Ni siquiera es el lenguaje de la biología.

Los organismos son sistemas

La evidencia de que el ADN no es un controlador biológico comienza con el hecho de que los organismos biológicos son sistemas complejos. Fuera de la biología, cuando se considera cualquier sistema completo (como el clima, los ordenadores o la economía), no nos preguntaríamos si existe un componente que domina a todos los demás. Nos parece obvio que los sistemas complejos se componen de subsistemas, cada uno de ellos necesarios para un conjunto mayor. Cada subsistema tiene su nicho específico, pero ningún subsistema ejerce un nivel privilegiado de causalidad.

Esto se aplica también a los organismos vivos. A nivel de la fisiología de un organismo individual no aplicamos un papel causativo exclusivo o especial al corazón, el hígado, la piel o el cerebro, porque el cuerpo es un sistema. Todas las partes son necesarias.

A una escala biológica menor, en los órganos, también sucede que los distintos tipos celulares operan, se mantienen y se reparan a sí mismos y los unos a los otros. De forma similar, a nivel celular, todo el mundo está de acuerdo en que los orgánulos y otras estructuras moleculares son subpartes del mismo conjunto, que interactúan entre sí pero constituyen subpartes independientes.

A nivel de las macromoléculas, sin embargo, ocurre algo curioso. Los biólogos abandonamos por completo la lógica de pensar en sistemas. En vez de eso aplicamos el famoso dogma central de la biología, que es que el ADN da lugar al ARN, que da lugar a las proteínas (Crick, 1970). Esta formulación crea una historia que empieza por el ADN.

El primer error de este dogma, sin embargo, es llamarlo "central". Si un organismo es un sistema no tiene centro. El segundo error es que el mecanismo descrito es factualmente incorrecto. El mecanismo debería ser un ciclo, dado que el ADN no aparece de la nada: para producir cada molécula de ADN se necesitan proteínas, ARN y ADN. De forma más amplia, la síntesis de ADN no puede llevarse a cabo sin una célula completa, al igual que para la producción de cualquier ARN o cualquier proteína.

Si quisiéramos ser aún más precisos, diríamos que hace falta un organismo completo para producir cada uno de estos componentes. Incluso esta descripción estaría incompleta, dado que es innegable que hace falta todo un ecosistema, que incluye, en el caso de los humanos, la microbiota intestinal o el sistema alimentario. La formulación completa del dogma central es por tanto un ciclo insertado en una red. Sin embargo, el dogma central que se enseña a millones de estudiantes al año sigue un camino intelectual totalmente diferente. Confiere al ADN de forma arbitraria un lugar especial: en primer lugar, al no cerrar el ciclo, y en segundo lugar, al colocar el ADN al principio. El dogma central es por tanto una simple representación formada por límites construidos de forma arbitraria. No es una realidad biológica.

Los genetistas, y a veces otros biólogos, hacen que esta interpretación lineal parezca plausible, no con experimentos - dado que los resultados la contradicen - sino utilizando verbos altamente activos al referirse al ADN. El ADN, según ellos, "controla", "gobierna" y "regula" los procesos celulares; también se utilizan términos como la "expresión" para hablar de funciones del ADN. De esta forma los biólogos conferimos al ADN una voluntad propia y "superpoderes" distintivos. Esto puede llegar a crear argumentos circulares. El ADN controla el desarrollo del embrión o la salud del organismo debido a la expresión de los genes. CQD.

Sin embargo, no hay datos científicos específicos que demuestren que el ADN juega el papel dominante que implican estas palabras. Más bien al contrario. Por ejemplo, una reciente publicación en la revista Nature planteaba que existe "Un consenso emergente de que buena parte de la proteína que constituye la célula está protegida de la variación transcripcional." , es decir, está aislada de la influencia cuantitativa directa de los genes (Chick et al., 2016). Este efecto "amortiguador" se ha demostrado mediante distintos experimentos. Uno es la reproducción de cómo el ritmo circadiano de una bacteria puede reproducirse, en ausencia de ADN, mediante la mezcla de sólo tres proteínas en un tubo de ensayo. El ritmo se consiguió mantener durante tres días, incluso en presencia de cambios de temperatura (Nakajima et al., 2005).

Inevitablemente, cualquier lenguaje que se utilice para describir el ADN será necesariamente metafórico y de precisión limitada, pero hay palabras como "gobernar" o "controlar" que inventan literalmente atributos para el ADN (Noble, 2003). Una metáfora mucho más precisa para el ADN podría ser el compararlo a la biblioteca del Congreso, dado que la célula utiliza el ADN fundamentalmente como almacén de información. Supongamos que los biólogos aplicasen verbos neutrales, como "utilizar", por ejemplo "las células utilizan el ADN para producir proteínas". El estatus que se habría creado para el ADN habría sido muy diferente. Sólo los bibliotecarios llevarían camisetas que dijesen "lo llevo en mi ADN".

Si desechamos las metáforas exageradas y el dogma central tendremos una forma más precisa de pensar en la biología. Si cada molécula y cada subsistema, independientemente de la escala, restringe y potencia al resto de partes, no hay necesidad de inferir un controlador central. Podemos reemplazar el modelo ADN-céntrico de la biología con un modelo relacional de interrelaciones complejas de sistemas de retroalimentación y propiedades emergentes, en el cual la biblioteca del ADN es simplemente un componente. En este modelo, el ARN es sencillamente uno de los insumos que se necesitan para producir proteínas, y el ADN es uno de los insumos que se necesita para producir ARN, y así sucesivamente. A diferencia del dogma central, una afirmación de este tipo resulta coherente con los datos conocidos de la biología.

La formulación representada por el dogma central y los libros de biología es, por tanto, una ilusión. Es un caso típico de lo que el microbiólogo Carl Woese ha denominado el "fundamentalismo reduccionista". El fundamentalismo reduccionista difere del reduccionismo habitual en que mientras que el reduccionismo habitual es un método científico válido, el fundamentalismo es una preferencia ideológica por una explicación simplista en casos en los que una explicación sistémica se ajusta mejor a la evidencia. En este caso, el asignar superpoderes al ADN para explicar las actividades biológicas observadas cuando una explicación mejor aceptaría que distintos eventos bioquímicos tienen múltiples causas y contribuyentes. El fisiólogo de Oxford Denis Noble describe esta falacia como conferir al ADN "un nivel privilegiado de causalidad".

Si no es el ADN, ¿hay una "molécula de la vida"?

Muchos virus vegetales carecen de ADN. Su ciclo de vida se basa en proteínas y utilizan el ARN como material hereditario.

También hay patógenos vegetales, llamados viroides, que no tienen ni ADN ni proteínas. Los viroides se componen únicamente de ARN no codificante. Pueden existir por tanto formas de vida sin ADN ni proteínas - pero todas tienen ARN.

Por tanto, la respuesta a la pregunta inicial: "¿qué tipo de biomolécula está presente en todos los organismos vivos?" es el ARN. ARN son las iniciales de ácido ribonucleico, y por muchas razones es un mejor candidato a biomolécula universal que el ADN.

El ARN y el ADN son químicamente muy similares. Hasta los científicos los confunden, pero sus modestas distinciones químicas les confieren propiedades muy diferentes. El ARN es estructuralmente muy flexible, mientras que el ADN es altamente inflexible; el ARN es inestable y químicamente reactivo, mientras que el ADN es bastante inerte. Una diferencia clave está en el número de modificaciones químicas que las células son capaces de realizar sobre sus cuatro bases. En el caso del ADN (cuyas bases son los nucleótidos A, C, G y T) en la mayoría de células sólo pueden realizarse dos modificaciones, denominadas metilación y acetilación. Estas dos modificaciones alteran las propiedades de las bases del ADN y son la base fundamental de la ciencia en boga llamada epigenética.

El ARN también tiene cuatro bases (A, C, G y U). Sin embargo, las células pueden realizar sobre estas más de cien tipos de modificaciones químicas. El papel de estas modificaciones sigue siendo en buena parte un misterio, pero es de suponer que ayudan al ARN a llevar a cabo sus muchas tareas en la célula.

El ARN es un gran incomprendido. En una célula humana típica, menos del 1% del ARN sirve para producir proteínas. El otro 99% tiene una gran variedad de funciones estructurales, reguladoras y enzimáticas. Sin embargo, la mayoría de los biólogos siguen atados al dogma central y piensan que el ARN es simplemente el intermediario entre el ADN y las proteínas. El ARN ha empezado a salir de la sombra del ADN muy recientemente, comenzando a erigirse como una molécula mucho más interesante.

La explicación más profunda de estas diferencias moleculares es que el ARN existía mucho antes que el ADN, probablemente incluso antes que las células. Es tremendamente antiguo. Es por esto que está tan profunda y estructuralmente integrado en los sistemas vivos que resulta tan difícil de estudiar. Por tanto la razón paradójica por la que no sabemos mucho del ARN no es porque sea poco importante, sino porque, a diferencia del ADN, el ARN es demasiado importante para la función celular como para extraerlo selectivamente según nos convenga.

A consecuencia de esto, para ceñirse a la comprensión actual de la evolución, deberíamos invertir lo que habitualmente enseñamos en biología e insistir en que la forma adecuada de pensar en el ADN es como una forma especializada de ARN. El ADN evolucionó para tener una mayor rigidez estructural y ser químicamente más inerte, para así conformar una biblioteca más segura donde almacenar la información heredable.

A lo largo de la evolución el ADN fue elegido como mejor bibliotecario (esta metáfora de la biblioteca viene de Colin Tudge y su excelente libro Por qué el ADN no es egoísta y la gente es agradable); las proteínas resultaron ser mejores catalizadoras de reacciones químicas; pero es más probable que el ARN fuera la biomolécula en torno a la cual se construyó en realidad la vida. Aun así, el ARN no tiene un papel controlador más de lo que lo tiene el ADN.

El ADN tampoco es el centro de la evolución.

Una explicación habitual a la hora de organizar la biología alrededor del ADN, la que dan los autores del libro de texto "Life",es el supuesto papel del ADN en la teoría de la evolución. Sin embargo, esta explicación es altamente cuestionable por dos razones. Ambas ejemplifican malentendidos muy extendidos de la teoría de la evolución. Uno de estos malentendidos exagera lo significativo de la teoría de Darwin, y la segunda, una vez más, otorga al ADN un mérito que no se merece.

El primer malentendido es dar por hecho que la teoría de la evolución es una explicación de la vida. La vida, sin embargo, empezó mucho antes que la evolución darwiniana y algunos de sus patrones fundamentales (células, proteínas, metabolismo energético) surgieron - hasta donde podemos saber - mucho antes de que el ADN se convirtiera en la molécula transmisora de la herencia (Carter, 2016). Esta distinción es importante. En un libro de texto como "Life", por ejemplo, es importante separar el origen de la vida de su mantenimiento, para no exagerar (dando lugar a confusión) lo que explica la teoría de Darwin; pero al unir ambas cosas, el "Life" refleja este malentendido de la mayoría de biólogos.

En segundo lugar, la vida y el metabolismo predarwiniano de las células surgió gracias al hecho de que los sistemas complejos tienen propiedades emergentes y son capaces de autoorganizarse (por ejemplo Kauffman, 1993; Carter, 2016). La llegada del ADN a estos sistemas permitió acelerar la evolución darwiniana, pero no erradicó las propiedades emergentes y de autoorganización. Es más, se combinó con ellas y ayudó a crear propiedades nuevas. Esto significa que estas propiedades son la explicación más probable de grandes áreas de la biología. "La autoorganización propone y la selección natural dispone" es como Batten y sus colaboradores resumen las alternativas a la teoría evolutiva estándar, que básicamente se fundamenta en un rígido determinismo genético (Batten et al., 2008).

Una propiedad emergente clásica sería el plegamiento de las proteínas. El ADN codifica la secuencia lineal de aminoácidos que constituye las proteínas, pero cada proteína adopta una (normalmente más de una) forma tridimensional altamente compleja (Munson et al., 1996). Estas formas, junto con la carga y la solubilidad, son responsables de buena parte de las propiedades de la proteína. Generalmente se da por hecho que el ADN contiene toda la información necesaria para la formación de la proteína, pero esto no es así. Todas las formas proteicas dependen a su vez de la integración de múltiples fuentes de información. Entre estas fuentes están la temperatura, otras moléculas presentes en la célula como el agua o determinados iones, el pH, moléculas energéticas como el ATP, ayudas al plegamiento como las chaperonas, etc. Es más, muchas proteínas tienen funciones, como la de hacer de bombas o canales moleculares, que sólo emergen a niveles superiores de estructura, como en presencia de otras proteínas.

Por tanto el ADN determina las proteínas y sus funciones hasta un punto muy limitado. Es posible ignorar todas estas contribuciones no genéticas y atribuirle al ADN todas las propiedades de una proteína o de un proceso (o de un organismo en su conjunto). La mayoría de los científicos lo hace, pero esta es una postura ultra-determinista. Elimina totalmente las propiedades emergentes, como el plegamiento proteico, del funcionamiento de la vida. De nuevo, atribuye al ADN superpoderes que no tiene.

Las propiedades emergentes son sólo un ejemplo de cómo las relaciones entre el ADN y la evolución son mucho más tenues de lo que se representa habitualmente. Patrick Bateson, de la Universidad de Cambridge, que parte de la perspectiva no de las propiedades emergentes sino del comportamiento animal, explicó la evolución de forma mucho más precisa que la mayoría al escribir: "Los organismos completos sobreviven y se reproducen de forma diferencial, y los ganadores arrastran sus genotipos consigo. Este es el motor de la evolución darwiniana".

De esta forma podemos explicar por qué Charles Darwin inventó su teoría de la evolución sin saber ni siquiera que el ADN existía, porque, hasta para la evolución, el ADN sigue sin ser "El grande", pero lo normal es que los biólogos enseñen que el ADN es más importante para la evolución que cualquier otro componente de los organismos vivos.

Explicando la biología genocéntrica

Cuando Dorothy llegó a la Ciudad Esmeralda descubrió que El Mago de Oz sólo era "un hombre corriente". No tenía poderes mágicos, así que no podía ayudar a sus amigos. Pero al menos había algo detrás de la fachada. Esto mismo se aplica al ADN.

La mayoría de moléculas de la célula son sustancias altamente reactivas y transitorias. Eso significa que son difíciles de extraer y de estudiar. Esto es lo que ocurre con el ARN y las proteínas.

El ADN, sin embargo, es mucho más práctico. Es estable, robusto y lo suficientemente sencillo para poderse aislar de forma reproducible y copiar de forma precisa. Un estudiante de instituto lo puede hacer después de una explicación de una hora. Con un poco más de formación el ADN se puede alterar, y, en algunas especies, sustituir. De ahí la alarma por el biohacking de ADN en garajes.

Esto explica, en resumen, por qué nuestra comprensión de las redes de regulación génica está muy por delante de nuestra comprensión de otras áreas de la biología. Es porque el ADN es la fruta que cuelga más abajo en el árbol de la biología.

Disensión científica en torno al ADN

"El cuerpo humano cambia por completo la materia que lo conforma aproximadamente cada 8 semanas, mediante su metabolismo, replicación y reparación. Aun así, tú sigues siendo tú - con todos tus recuerdos, tu personalidad... si la ciencia insiste en centrarse en las partículas, las seguirán en todo su paso a través de un organismo y se perderán el organismo en sí.", se supone que dijo el biólogo y matemático Robert Rosen. Y de hecho, al examinar cualquier organismo multicelular se puede ver que escondidos tras su superficie relativamente tranquila hay sistemas circulatorios, estómagos en funcionamiento, sistemas de drenaje linfático, impulsos eléctricos, máquinas biomoleculares, etc.

Estos sistemas hacen que cada parte de un organismo pueda moverse, contraerse, retorcerse, vibrar, tensarse y crecer de forma constante. Lo que define a los organismos vivos, en un análisis final, es su naturaleza dinámica y animada. Es por esto por lo que cuando queremos saber si un organismo está legalmente muerto no examinamos su ADN, sino que medimos su pulso o sus funciones cerebrales. Las propiedades animadas requieren componentes animados, como el ARN y las proteínas.

Pero si organizamos nuestra comprensión de la vida fundamentalmente en torno al ADN (volvamos al "el ADN es vida" de Mary-Claire King), es curioso que los biólogos hayan escogido el que probablemente es el componente celular menos representativo de la naturaleza dinámica de la vida.

Por esta razón hay biólogos que no están de acuerdo. Algunos son famosos. Algunos no. Todos se han preguntado si la biología no será mucho más compleja e interesante de lo que nuestro marco actual, basado en el ADN, puede albergar (por ejemplo Kaufman, 1993; Strohman, 1997; Rose, 1999; Woese 2004; Annila y Baverstock 2014; Friston et al., 2015).

Esta disensión señala, por ejemplo, la ausencia generalizada de grandes avances médico-científicos tras la secuenciación del genoma humano y el análisis-cada-vez-más-intrincado-de-pequeños-fragmentos-de-ADN-humano (Ioannidis, 2007; Dermitzakis y Clark, 2009; Manolio et al., 2009).

Las críticas de algunos van mucho más allá que las de otros. Carl Woese, quien probablemente sea el bacteriólogo más conocido desde Pasteur, afirmó antes de morir que el determinismo genético es un callejón sin salida, y que su visión de la biología está "gastada" (Woese, 2004).

Puede que no haya un mejor ejemplo de esto que el del campo de la ingeniería de tejidos. Los ingenieros de tejidos afirman haber conseguido el "increíble" progreso de reproducir órganos humanos completos in vitro, para transplantes y otros usos médicos, pero estos órganos no son funcionales (Badylak, 2016). No tienen capilares sanguíneos, sistemas inmunes o redes nerviosas, son células humanas en un andamio con forma de oreja o de mano y, entre sus muchas deficiencias, tienen vidas muy cortas por no tener capacidad de regeneración.

Muchos biólogos sospechan al menos en parte de este problema de paradigma, pero raramente hacen algo al respecto. La única respuesta oficial notable ante el hecho obvio de que los organismos son sistemas altamente complejos ha sido reconducir una financiación modesta hacia el campo de la "biología de sistemas".

Sin embargo, uno no puede evitar notar que incluso esta biología de sistemas raramente trata del estudio de sistemas. En vez de esto, los biólogos han utilizado los fondos destinados a la biología de sistemas no para profundizar en la comprensión de sistemas complejos, sino para aumentar la escala y mecanización de su reduccionismo.

Por tanto ninguna especialidad o institución científica ha articulado lo profundo de lo inadecuado de ver a los organismos como colecciones de redes de regulación génica o ha actuado para articular un paradigma (o paradigmas) alternativos que lo sustituyan (Strohman, 1997).

Este quasi-vacío intelectual está siendo sin embargo rellenado poco a poco por científicos a nivel individual, fundamentalmente en los márgenes, con desarrollos teóricos prometedores, incluso revolucionarios, y hallazgos experimentales que explican los fenómenos biológicos de formas que van más allá de la genética.

Una pequeña guía de los paradigmas alternativos de la vida

Una máquina de Helmholtz es un dispositivo sensorial que realiza una predicción sobre la realidad y lo compara con esa realidad, para después estimar la diferencia entre ambas. La estadística bayesiana es un método matemático que cumple la misma función: estimar las diferencias entre las expectativas y la realidad.

Una nueva teoría de la neurobiología, llamada la teoría cerebral bayesiana, propone que el cerebro sería un equivalente biológico que realiza esta misma función (revisado en Clark, 2013). El cerebro hace predicciones, mide en qué no coinciden con sus expectativas y traslada esas no coincidencias a circuitos neurales superiores. Estos circuitos superiores repiten el proceso, y si las no coincidencias persisten se trasladan a un nivel mental "más alto".

Esta hipótesis bayesiana del cerebro es bastante nueva, y las neuronas predictivas podrían parecer superficialmente improbables, pero la hipótesis parece explicar numerosos aspectos de la estructura y función cerebrales; por ejemplo, cómo el cerebro puede tratar estímulos tremendamente diferentes (visuales, táctiles, auditivos, etc) utilizando en esencia los mismos mecanismos y estructuras neurales. Parece explicar también cómo puede integrar el cerebro acción y percepción. Esta teoría aporta también una explicación coherente del aprendizaje: el aprendizaje sería la actualización del modelo predictivo. La hipótesis bayesiana del cerebro podría incluso explicar cómo evolucionaron en el cerebro los niveles superiores de consciencia en distintos períodos evolutivos: añadiendo nuevas capas de predicción.

Una fortaleza especialmente importante de la teoría bayesiana del cerebro es que se corresponde con la organización espacial real de las neuronas en el córtex de los primates, en el que los grupos de neuronas "predictivas" y neuronas "sensoriales" envían señales en direcciones opuestas, lo que les permite cancelarse entre sí (excepto cuando no coinciden).

El modelo de aprendizaje predictivo basado en estructuras que propone la hipótesis bayesiana del cerebro resulta de interés aquí porque deja en un segundo plano la explicación detallada de la genética de muchos fenómenos, entre los que podría incluirse toda la consciencia (Friston, 2010). Los genes y las proteínas pueden servir para cubrir los detalles, pero muchos de los elementos clave de la función cerebral - aprendizaje, acción y percepción - se derivarían fundamentalmente de la estructura. Es decir, como el plegamiento proteico, serían propiedades de organización emergentes.

Las propiedades emergentes son igualmente importantes para otras áreas de la biología. Un ejemplo sería el sistema vascular de las plantas. Los árboles pueden transportar agua de fuentes no saturadas a cientos de metros por encima de la superficie. La transpiración, como se denomina, no requiere un aporte de energía. En vez de esto, se aprovecha de propiedades puramente físicas de los tejidos hidrofílicos del xilema, y de las propiedades del agua. Sin la transpiración, que funciona a su vez, pero de forma mucho más débil, en el suelo, las plantas no podrían superar unos cuantos centímetros de altura ni tolerar las condiciones de sequía (Wheeler y Stroock, 2008). Por tanto, la característica que definiría a las plantas (además de la fotosíntesis) sería esta forma tan inteligente de explotar una propiedad física básica del agua.

Otro ejemplo sería el arco del pie humano, formado por diafragmas longitudinales y transversales compuestos de tejido óseo y conectivo, cuyas propiedades emergentes consisten tanto en disipar la fuerza de los impactos como en funcionar como muelles que convierten la energía del impacto en un movimiento hacia adelante. Los arcos reducen la energía necesaria para andar o correr.

Un desarrollo reciente de la bioquímica ha sido proponer la existencia de los metabolones. Los metabolones son distribuciones espaciales tridimensionales de enzimas, capaces de explicar cómo el producto de una ruta bioquímica aparentemente poco importante puede dar lugar al 30% del peso de un brote y repeler a las plagas (Laursen et al, 2017).

Un tipo de propiedades de autoorganización más convencionales que nos encontramos en biología son los ciclos de regulación homeostática. Estos son también fenómenos relativamente independiente de las funciones génicas, que juegan un papel clave a la hora de explicar la actividad y propiedades de los organismos vivos. Las tres proteínas anteriormente señaladas, capaces de recrear un ritmo circadiano bacteriano, son sólo un ejemplo (Nakajima et al., 2005).

A niveles más elementales y universales de la vida están las teorías unificadoras de las células y el metabolismo, muchas de las cuales relacionan la vida con el funcionamiento de fuerzas físicas básicas. Podría decirse que el padre de todas estas teorías fue Nicolas Rashevsky, que murió en 1972. Sus discípulos Robert Rosen y AH Louie le han sobrevivido. Otros serían el físico Erwin Schrödringer, que escribió "¿Qué es la vida?" (What is life?); Stuart Kauffman, autor de "Los Orígenes del Orden" (The Origins of Order) (1993); "Líneas de vida: la biología más allá del determinismo" (Lifelines: Biology beyond determinism) escrito por Steven Rose en 1997; "El Arte de los Genes" (The Art of Genes), de Enrico Coen (1999); "La Música de la Vida" (The Music of Life), de Denis Noble (2003) y "Baile al Son de la Vida: Relatividad Biológica" (2017) de Denis Noble; así como Annila y Baverstock, que sostienen que la vida es el resultado inevitable de la segunda ley de la termodinámica (Annila y Baverstock, 2014; ver también Friston et al., 2015). Estos, y otros pensadores que no he incluido en la lista, han avanzado bastante a la hora de reunir los posibles materiales de partida para una revolución científica. Una revolución que deje el marco de las redes de regulación génica muy atrás.

La que más podría haberse acercado a falsar definitivamente el determinismo genético como concepto de vida, sin embargo, es una teoría sobre el origen de la vida en sí misma que pone el metabolismo en el centro.

Algunos lectores habrán oído hablar del concepto del “mundo de ARN”, que se teoriza podría haber antecedido al supuesto "mundo moderno de ADN". Pero más convincente que un mundo de ARN, sobre el que existen pocas evidencias, sería el que describe una nueva teoría, la del mundo de péptidos y ARN.

La principal evidencia que apunta hacia la tesis del origen basado en péptidos y ARN (Carter, 2016) es que la enzima (denominada aminoacil-ARNt sintetasa) que a día de hoy conecta el ARN y las proteínas - y que por tanto conecta el mundo del ARN con el de las proteínas - aparece en todos los organismos en dos formas básicas. El origen evolutivo de estas dos formas (denominadas enzimas de Clase I y Clase II), sin embargo, resulta extrañamente irreconciliable. Las moléculas de Clase I y II llevan a cabo funciones prácticamente idénticas (aunque con aminoácidos diferentes), y sin embargo estructuralmente no tienen nada en común. Excepto una cosa. Sus aminoácidos más conservados, los que se encuentran en el sitio activo, donde se produce la función catalítica, pueden obtenerse de hebras opuestas de la misma pequeña molécula de ARN (Carter 2016). En otras palabras, las dos proteínas que permiten que el ARN produzca todas las proteínas modernas se derivan de hebras opuestas de una pequeña molécula muy primitiva de ARN, que codificaría ambas.

Lo que esta observación tan irresistible parece sugerir es una íntima relación entre el metabolismo y la replicación en un estadío muy temprano de los orígenes de la vida. El ARN era el ensamblador de las proteínas primitivas, cuyo propósito era la catálisis, es decir, guiar y potenciar el metabolismo. Lo que hace la tesis del origen basado en péptidos y ARN es sustituir el mundo del ARN - una teoría que dice que la replicación vino primero - con una teoría que dice que el metabolismo vino primero, y que el ARN pasó a mejorar un metabolismo que le precedía.

ADN y política

"La biología humana es de hecho mucho más complicada de lo que nos imaginamos. Todo el mundo habla de los genes que recibieron de su madre o de su padre para este rasgo o el otro. Pero la verdad es que esos genes tienen un impacto final muy pequeño sobre la vida. Nuestra biología es muchísimo más complicada que eso, y combina cientos de miles de factores independientes. Nuestro destino no está escrito de ninguna manera en nuestros genes. Los genes pueden darnos información útil sobre un mayor riesgo de contraer una enfermedad, pero en la mayoría de casos no determinarán la causa real de la enfermedad, o la probabilidad real de que alguien la contraiga. La mayoría de la biología viene de la compleja interacción de todas las proteínas y células en combinación con los factores ambientales, no está determinada directamente por los genes." (Anand et al., 2008)

Esta cita, dicha (pero no escrita) por Craig Venter, el legendario secuenciador del genoma, sugiere que también muchos genetistas aprecian secretamente la clara necesidad de un paradigma alternativo.

A la vez, esta cita de Venter nos lleva a hacernos una pregunta más profunda: ¿Cómo es que, si los organismos son el objeto principal de estudio de la biología, y la explicación estándar de su origen y funcionamiento es científicamente tan débil que tienen que otorgarle al ADN superpoderes imaginarios de "expresión" y "control" para tapar las grietas, los científicos se han aferrado tan fuertemente a ella?

¿Por qué, en vez de celebrar e invertir en Rashevsky, Kauffman, Noble y demás, como pioneros de un paradigma unificador necesario y potencialmente fructífero, estos investigadores han sido ignorados por la biología "mainstream"?

¿Qué es lo que resulta tan atractivo del determinismo genético?

Existe una explicación atractiva pero poco intuitiva para esta monomanía de la biología. Lo desarrollaremos en un segundo artículo: El Sentido de la Vida. Es una explicación que requiere ir detrás de la cortina de la ciencia y examinar su relación activa y simbiótica con el poder en los sistemas políticos modernos.

Referencias

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