Embriología, Evolución y Forma Biológica

Felipe Aizpun

Uno de los fallos críticos de la llamada Síntesis Moderna es el desprecio o la no inclusión en su modelo de los datos relativos a la embriología como disciplina esencial en el conocimiento biológico. Desde la publicación de la obra de T.H. Morgan “The Theory of the Gene” (1926) que consagró la diferencia entre genética y desarrollo, la embriología quedó relegada fuera del ámbito de los estudios filogenéticos. Se consideró que la genética se ocupaba del estudio de los caracteres y condiciones de la herencia mientras que la embriología, por referirse únicamente a los mecanismos de expresión de dichos caracteres, no necesitaba ser objeto de atención por parte de los teóricos del evolucionismo.

No ha sido hasta finales del pasado siglo que los trabajos de autores como Gould, Raff, Kaufman,o el valenciano Pere Alberch han desvelado la inexcusable necesidad de acometer una revisión de la moderna teoría de la evolución que pueda acomodar el avance imparable de los conocimientos en embriología. Como señala Pigliucci en su trabajo “Genotype-phenotype mapping and the end of the genes-as-blueprint metaphor” el problema de la causación genotipo-fenotipo del que ya nos hemos ocupado en estas páginas en diversas ocasiones es crítico para cualquier teoría evolutiva. No podemos justificar la aparición de nuevas formas novedosas desde un modelo que desconozca todos los misterios del proceso de generación del fenotipo a partir de los diferentes estratos de información genética y epigenética que regulan el proceso de desarrollo de un organismo vivo. La disciplina conocida como Evo-Devo, o evolución del desarrollo, se ha consolidado en las últimas décadas como una disciplina fundamental que necesita ser encajada en cualquier paradigma evolucionista que aspire a perdurar. Dos son los objetivos principales de estudio para esta disciplina ya firmemente asentada como un área autónoma de la ciencia biológica, la explicación de las innovaciones evolutivas y la evolución de los planes corporales.

El impacto de los conocimientos aportados por esta disciplina sobre el modelo tradicional de la evolución darwinista ha sido juzgado de forma desigual por los autores. Para quienes abogan por el carácter dogmático e inapelable del modelo las aportaciones apenas resultan comprometedoras. Así lo defienden por ejemplo Hoekstra y Jerry Coyne en su conocido trabajo de 2007 “The locus of evolution: evo devo and the genetics of adaptation”. En este trabajo los autores discuten la afirmación principal de la biología del desarrollo de que las variaciones adaptativas que afectan a la morfología de los organismos tienen lugar de manera principal sobre las secciones reguladoras de los genes y no sobre las secciones codificadoras de las proteínas. Defienden que las mutaciones adaptativas bien pueden incidir en ambas regiones del genoma pero mantienen la predominancia en las mismas del carácter estructural sobre el regulador.

Para otros autores sin embargo, el avance de la disciplina conocida como Evo-Devo representa de manera definitiva un desafío insalvable para el paradigma contemporáneo. Así lo expone por ejemplo Lindsay Craig en su trabajo de 2010 “The so called Extended Synthesis and Population Genetics”. Craig coincide aquí con la opinión de otros afamados autores del espectro evolucionista como el filósofo de la ciencia William Provine en considerar que el análisis que se deriva de los trabajos recogidos por Pigliucci en su “The Extended Synthesis” deben ser considerados como un cambio radical de perspectiva. El argumento principal de Craig sugiere que los nuevos datos obtenidos por la investigación sobre los procesos de desarrollo embrionario resultan incompatibles con las formulaciones de la teoría evolutiva que descansa en los viejos moldes de la genética de poblaciones tradicional.

Sea como fuere, lo que resulta innegable es que los nuevos conocimientos exigen una revisión profunda de los conceptos esenciales sobre los que ha descansado tradicionalmente el modelo evolucionista mayoritariamente aceptado. La idea de la genética como una simple acumulación de rasgos, como las cuentas enlazadas de un collar, y la consiguiente concepción de la información genética así entendida como un “blueprint”, una especie de plano descriptivo del organismo biológico, han quedado definitivamente obsoletas. Como hemos señalado en otras ocasiones el propio concepto de gen como unidad de causación ha resultado ser una quimera imposible de concretar. Para muchos la idea de gen debería de ser limitada al ARN mensajero una vez transcrito y editado, para otros debería ser identificado con el conjunto de secciones codificadoras más las secciones reguladoras; para otros simplemente la idea de unidad “ejecutante” debe de ser renovada y olvidando el carácter supuestamente prescriptivo de la secuencia del genoma tradicionalmente identificada como gen, debemos cambiar la perspectiva hacia el reconocimiento de la célula en su conjunto como única unidad o agente ejecutante de los procesos de la vida.

Cada vez resulta así más evidente que el papel tradicional del gen en dichos procesos es mucho menos determinante de lo que habíamos venido considerando y que la información prescriptiva contenida en las secuencias lineales del genoma no es otra cosa que un depósito inerte de recursos potenciales que deben ser utilizados para su expresión por parte del conjunto de la maquinaria celular de acuerdo con criterios que Denis Noble considerara encriptados en la “información analógica” celular. No solamente eso; el proceso de desarrollo embrionario nos muestra cómo el misterio de la forma biológica y de su exacta y específica ejecución descansa en último extremo, más allá de los procesos reguladores de los genes hox, en mecanismos epigenéticos de regulación de la expresión de los genes. Hemos abandonado por lo tanto ya la idea del genoma como “blueprint” y nos encontramos camino de ir abandonando la segunda de las metáforas tradicionales, la idea del genoma como un programa informático, como un soft-ware  ejecutado por el hard-ware de la maquinaria celular que es responsable único de la forma biológica.

La información prescriptiva que genera la forma biológica concreta se encuentra dispersa de manera difícil de identificar en el conjunto de la célula que queda configurada como una unidad indivisible, como una unidad irreduciblemente compleja si se me permite la expresión, que queda convertida en el “sujeto” agente elemental de los procesos biológicos. Como describe Richard C. Francis en su reciente y muy interesante libro “Epigenetics, The Ultimate Mystery of Inheritance”:

La función ejecutiva reside a nivel celular, no puede ser localizada en sus componentes. Los genes funcionan como recursos materiales para la célula. Pero más fundamentalmente la “decisión” de qué genes van a involucrarse en la producción de proteínas en un momento dado en el tiempo es una función de la célula no de los genes mismos. Esto es, la regulación de los genes es una actividad celular.

El problema es que los procesos de la vida implican una gran diversidad de formas de reacción y agencia de las distintas células de nuestro organismo en respuesta a las condiciones del entorno y ello a pesar de contener idéntico material genético básico. Este es el campo de estudio de la disciplina conocida como epigenética, la regulación de la expresión de los genes, el control de su actividad, a través de mecanismos celulares como por ejemplo la metilación, que supone la aparición de elementos moleculares que se adhieren al genoma en diferentes momentos o secciones del mismo, como por ejemplo los grupos metilo (CH3) formados por un átomo de carbono y tres de hidrógeno, y que afectando de manera diferente y gradual a los distintos genes en la célula, limitan la capacidad de expresión de ciertos genes (normalmente) y desencadenan la expresión de otros (a veces).

Pero el avance en el conocimiento de la embriología nos ha enfrentado precisamente al misterio de todos los misterios, el de la forma biológica y por lo tanto el misterio principal de la causación. Recapitulemos.

1. Los genes no son sino depósitos inertes de recursos informacionales.

2. Dichos recursos de información prescriptiva para la construcción de los materiales de la vida (las proteínas) están regulados por secciones del genoma que acumulan capas superpuestas y jerarquizadas de información que condicionan y regulan el proceso de expresión de los genes.

3. La regulación a su vez de cómo y cuándo deben de desencadenarse dichos procesos de expresión corresponde a mecanismos epigenéticos y en definitiva descansan a nivel celular.

4. Los procesos de expresión tienen una naturaleza cibernética, ya que desencadenan episodios que no están determinados por reacciones de naturaleza estrictamente físico-química sino que implican algún tipo de fenómeno de elección contingente.

5. Dichos procesos cibernéticos están controlados por mecanismos de naturaleza semiótica mediante códigos y memorias orgánicas.

6. La explicación de dichos procesos semióticos no puede residir en la naturaleza “consciente” de la célula pero sí necesariamente en la naturaleza “cognitiva y sintiente” de la misma según palabras exactas de James A. Shapiro en su libro “Evolution; a View from the 21st Century”

Lo que ahora se trata es de ver si podemos explicar todos estos datos novedosos que la ciencia viene desvelando en los últimos años como un proceso estrictamente natural al margen de una causación intencional e inteligente responsable del diseño y la complejidad evidentes en los mismos. Algunos autores lo han intentado aunque, tal como veremos en futuros posts, no parece que lo hayan hecho de manera convincente.

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