Los Algoritmos Genéticos y la evolución “vertical”

Por Cristian Aguirre

En anteriores post se trato la capacidad de los AG informáticos para refrendar la capacidad de los organismos biológicos de encontrar soluciones adaptativas eficaces ante cambios ambientales. Estos cambios de función y morfología vistos por Darwin en el siglo XIX le motivaron a concluir que este fenómeno puede extrapolarse a todo el desarrollo biológico a partir del origen de la vida e incluso más allá, desde el inanimado reino de la materia inorgánica.

Sin embargo, considerando todo lo que hoy sabemos sobre la maquinaria molecular biológica, a diferencia de lo conocido en la época en la cual Charles Darwin propuso su Teoría de la Evolución Biológica, resulta muy difícil, sino imposible, realizar hoy esta extrapolación. Y si hoy subsiste una gran fe en ella en gran parte del consenso científico actual es más por el influjo del dogma que por el dictado de la realidad como veremos a continuación.

La evolución “horizontal” es aquella que no implica incremento de complejidad funcional neta, aunque permite cambios morfológicos adaptativos que pueden ser espectaculares como es el caso, por ejemplo, del pez espinoso que presenta dos subespecies uno con espina dorsal y otro sin ella. Este cambio se produce por la inhabilitación de un intensificador. Este es un parámetro epigenético que funciona como un interruptor; si esta encendido indica que un gen pueda expresarse en la fase de desarrollo de la espina dorsal, si está bloqueado entonces no se desarrolla dicha espina dorsal. El resultado es notable y determina que uno sobreviva mejor en aguas profundas y el otro en aguas superficiales. Como vemos este es un ejemplo típico de evolución “horizontal”. Si habláramos de cómo un procariota se convierte en eucariota y luego de ser protista se convierte en un pluricelular acuático que luego se convierte en anfibio, en reptil, ave y luego mamífero ya no hablaríamos de evolución “horizontal”, sino de una autentica evolución “vertical”.

Darwin tuvo éxito al señalar que la selección natural funciona para la evolución horizontal, aunque él nunca hizo discriminación alguna entre este tipo de evolución y la vertical ni pudo hacerlo. Para él existía una sola evolución y un poder único en la selección natural que explicara todo incremento de complejidad funcional en el desarrollo de la vida e incluso de su origen desde la materia inanimada.

Ahora cabe preguntar:

¿Tiene poder la selección natural darwiniana para explicar la evolución vertical?

Veamos.

Los algoritmos genéticos nos enseñaron que para encontrar una solución coherente con la función de aptitud establecida necesitamos definir adecuadamente nuestro cromosoma de parámetros. Vimos también que la complejidad de las soluciones nunca puede superar a la complejidad de su cromosoma que constituye su cota superior. Esto significa que si quisiéramos añadir nuevas funciones y/o soluciones más complejas deberemos necesariamente aumentar el tamaño de nuestro cromosoma.

En la naturaleza existen muchos fenómenos que permiten que un cromosoma biológico aumente su tamaño, entonces:

¿No sería posible que ya existiendo el mecanismo de computo y teniendo la misma función de aptitud que constituye la mejor tasa de supervivencia, se pudiera también encontrar soluciones óptimas en los nuevos componentes cromosómicos de tal modo que pudieran evolucionar nuevas funciones?

Analicemos qué necesitamos para tener tan solo una función biológica. Imaginemos que tenemos un cromosoma con un solo gen ¿Podrá hacer algo? Definitivamente no, además de ser imposible dado que sólo la maquinaria de trascripción necesaria para expresar la proteína expresada en el gen requiere a su vez de muchos otros genes. Tampoco podríamos trabajar con 2, 3 o 10 genes, necesitamos muchos más para que el concierto mínimo, es decir, la complejidad mínima funcional necesaria para que dicha célula viva pueda funcionar.

Si decimos que un gen duplicado sujeto a mutaciones puede por un juego de carambola llegar a producir una nueva función, ello es falaz. Lo que sí puede hacer es generar una nueva subfunción dentro del contexto funcional previo en el que se desenvuelve, tal como sucede en el caso de los AG (algoritmos genéticos) informáticos para generar nuevas soluciones de un formato ya existente, pero no una nueva función porque para ello necesitamos no un gen sino un grupo de ellos. Necesitamos un nuevo conjunto de genes específicos para producir dicha función y la misma tendrá su respectiva complejidad mínima funcional (complejidad irreductible).

Por lo tanto, no podemos trabajar con piezas sueltas, ello si es útil, en efecto, para la evolución horizontal, pero no lo es para la vertical. La selección natural Darwiniana puede servirnos para elegir los individuos más aptos en base a nuevas características funcionales y morfológicas producto de una evolución horizontal. Pero pierde todo su poder, tal como lo señala el problema de la preadaptación, para elegir piezas sueltas subfuncionales para contextos plurigenéticos que se traducen en los componentes de máquinas multiprotéicas. La selección natural no puede elegir lo que aún no representa ventaja alguna. Solo puede elegir la mejor función que ya este presente.

Es por esta razón que el gradualismo de la Teoría Sintética se halla en serios aprietos en este escenario aunque ello no se suela reconocer. Sin embargo hay científicos que si son capaces de admitir y señalar con honestidad este problema. El destacado biólogo y periodista español Javier Sampedro en su obra “Desconstruyendo a Darwin” realiza una esclarecedora exposición de lo que los últimos descubrimientos científicos nos dicen sobre esta situación:

“En el año 2002, un equipo de 38 investigadores de la empresa Cellzome – una compañía fundada enteramente por científicos del Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL), en Heidelberg (Alemania) – presentó en Nature los resultados de la primera búsqueda sistemática de máquinas multiprotéicas. Este equipo dirigido por el italiano Giulio Superti-Furga, analizó de un golpe unos 1400 genes (una tercera parte del genoma) de la levadura Saccharomyces cerevisiae, el hongo unicelular que los panaderos utilizan para hacer el pan, los cerveceros para hacer cerveza, y los genetistas para hacer la pascua a sus colegas que estudian a otras especies eucariotas muchísimo más lentas y difíciles de manipular, como la mosca o el ser humano. El resultado fue una de las sorpresas científicas de los últimos años: las 1400 proteínas fabricadas por esos 1400 genes no vagan en solitario por la célula, cada una aportando su pequeña cuota de know how a la empresa celular, sino que todas están formando parte de máquinas multiprotéicas. Para ser más exactos, las 1400 proteínas analizadas por el equipo de Heidelberg constituyen 232 máquinas. La máquina más pequeña multiprotéica, esta formada por solo 2 proteínas. La más grande por 83. Una máquina media está compuesta por 12 proteínas (no se moleste en dividir 1400 por 232: no da 12, sino 6; veremos la razón dentro de dos párrafos).

¿A qué se dedican estas máquinas? Según el amplio muestreo del equipo de Hieldelberg, la mitad de las máquinas están implicadas en la manipulación y utilización del material genético: transcripción de los genes a ARN y estructura de la cromatina (24%), splicing y metabolismo del ARN (12%) y síntesis y y retirada de proteínas (14%). (Subtotal: 50%). Otro 19% de las máquinas están dedicadas al metabolismo energético. Otro 9% a construir las membranas de la célula. Otro 9% a transmitir señales. Un 6% al ciclo celular que ordena el crecimiento y la división, y un 3% a dotar a la célula de estructura y polaridad. (GAVIN y colaboradores, 2002.)”. Énfasis en negrita añadido.

Nótese como esta investigación nos ofrece un panorama muy diferente del requerido por el gradualismo. No partimos de una concertación de componentes que aportan, como dice, Sampedro, su pequeña cuota de Know how, tenemos mas bien conciertos de genes que sintetizan piezas de maquinarias moleculares. Luego continua diciendo:

“Pero las redes de interacciones no se limitan a los componentes de una máquina. Hay numerosas proteínas que pertenecen a varias máquinas a la vez (por eso no le hubiera salido la división). En algunas ocasiones esto refleja una interacción estable entre varias máquinas. Otras veces, esa interacción es sólo transitoria, depende de la fase del ciclo celular, las condiciones del entorno u otros factores. Cuando los científicos de Heidelberg representaron en un solo mapa todas esta interacciones, descubrieron un hecho inesperado más: la gran mayoría de las máquinas están asociadas entre sí, directa o indirectamente, a través de proteínas comunes. “En una primera aproximación, toda la célula es una sola máquina“, en palabras de Cayetano González, investigador del Laboratorio Europeo de Biología Molecular.

A nadie sorprenderá a estas alturas saber que estas máquinas muestran un altisimo grado de universalidad en todas las células eucariotas. Los estudios en humanos son todavía muy preliminares, pero la mayoría de las máquinas identificadas en levaduras existen también en nuestra especie. No es que una proteína o dos estén conservadas entre la levadura y el ser humano: es que la máquina en su conjunto es esencialmente la misma en todas las especies eucariotas, aunque sólo la mitad (la cifra varía) de las proteínas individuales que la componen son las mismas. La evolución ha jugado con estas máquinas de alta precisión sustituyendo algunos componentes, pero respetando su estructura básica y la lógica de su funcionamiento. Según Luis Serrano, otro científico del laboratorio europeo de Heidelberg, cada proteína está implicada en tantas interacciones con las otras proteínas de la máquina, o con las proteínas de otras máquinas, que prácticamente no queda sitio disponible en la superficie de la proteína para añadir nuevos componentes. Pero siempre será posible sustituir un componente por otro”. Énfasis en negrita añadido.

Un ejemplo más de lo señalado por Sampedro que refleja cómo un mismo algoritmo bioquímico se reproduce en especies muy distintas una de la otra, pero con diferentes actores moleculares es el caso de la ruta de señalización que conduce a la activación del morfógeno DL de Drosophila y la ruta de señalización que lleva a la transcripción NFkB de mamíferos. Los autores Anthony J.F. Griffiths, William M. Gelbart, Jeffrey H. Miller y Richard C. Lewontin lo expresan del siguiente modo:

“La conservación evolutiva de los genes Hox y HOM-C no es un hecho singular. Se han descubierto muchos ejemplos de conservación evolutiva y funcional de genes y rutas de desarrollo completas. Por ejemplo ver figura, existen rutas conservadas por completo para activar los factores de transcripción DL de Drosophila y NFkB de mamíferos. Las proteínas de Drosophila que actúan en cualquiera de los pasos de la ruta de activación de DL poseen una secuencia de aminoácidos similar a su correspondiente en la ruta de activación de NFkB en mamíferos (No se preocupe de qué hace cada proteína; aprecie, simplemente, la increíble conservación de las rutas celulares y de desarrollo, como indican los componentes de las rutas que se representan en los esquemas mediante figuras con la misma forma. Sabemos, en realidad, que DL y NFkB participan en algunas decisiones de desarrollo equivalentes.) Ciertamente, tal grado de conservación evolutiva y funcional parece la norma, más que la excepción”.  (énfasis en negrita añadidos)

Rutas de desarrollo

Ahora bien, ¿Estas complejas maquinarias biomoleculares son plausiblemente generables por los mecanismos de la Teoría Sintética?

Veamos lo que nos dice Sampedro:

La organización de la célula en máquinas altísimamente estructuradas supone una enorme restricción a los mecanismos evolutivos concebibles. En palabras de Superti-Furga: “Las levaduras y las células humanas comparten un altísimo número de máquinas similares, compuestas por proteínas relacionadas. Esto significa que, mientras cada proteína ha cambiado significativamente a través del curso de la evolución, las células de las nuevas especies siguen construyendo los mismos tipos de máquinas, usando para ello los componentes alterados”. Las graduales sustituciones de letras en el ADN, que van alterando poco a poco la secuencia de aminoácidos de una proteína – y que siempre ha hecho las delicias de los darwinistas ortodoxos – parecen ahora menos relevantes que nunca para la generación de novedad evolutiva. En el seno de una máquina multiprotéica, las lentas variaciones neodarwinianas de una proteína no tienen más remedio que venir compensadas por alteraciones en la proteína de al lado, de modo que la interacción entre las dos proteínas se mantenga y la máquina no se haga pedazos. Si todas las células eucariotas están basadas en máquinas multiprotéicas complejas, ajustadas y engrasadas, y si esas máquinas son en gran medida las mismas en todas las especies animales, lo más probable es que la materia prima de la innovación evolutiva no sea el gen, en su constante fluir acumulativo de cambios de aminoácidos, sino la máquina en su conjunto, que puede ser reclutada como tal en un nuevo lugar, tiempo o situación, tal vez mediante la mera sustitución de uno de sus componentes”. Énfasis en negrita añadido

Reparemos en lo siguiente: ¿Por qué conservar los métodos y cambiar a los protagonistas? Una buena razón es que dichas máquinas deben hacer lo mismo en diferentes contextos biológicos, es decir, si bien el algoritmo puede ser invariante con relación al contexto, las proteínas con las cuales interactúan con los distintos contextos moleculares deben estar sintonizadas a ellos para poder cumplir su función. Para entenderlo imaginemos una receta de cocina. La misma es en sí un algoritmo, pero sus elementos, las palabras, tienen que expresarse en otro idioma según el país en el cual se presente.

De lo visto hasta ahora tenemos un panorama en el cual un gradualismo neodarwiniano no nos sirve para la creación de nueva complejidad funcional. Dado que no podemos escalar gen a gen, sino por sociedades completas de ellos, hemos llegado a un punto en donde Darwin realmente ya no puede llegar. Le damos las gracias a él y a Wallace por empezar el recorrido por la evolución horizontal, pero en esta evolución vertical ellos ya no nos pueden acompañar.

Sin embargo, seguimos teniendo el problema de la aparición a lo largo de la historia de la vida de distintos seres vivientes en distintos grados de complejidad y morfología ¿Cómo surgieron?.

Cuando se considera la complejidad de un ser viviente con el tamaño de su genoma se podría pensar que existe una correlación ostensible entre ellos, pero resulta que no es así. Se ha descubierto que en los eucariotas existen enormes faltas de correlación entre el tamaño del ADN e incluso el número de genes y la complejidad externa del organismo. Por ejemplo, existe una ameba con un tamaño de ADN de 23,5 Mb y otro, de otra especie, pero también ameba, que tiene 686000 Mb, es decir, ¡29191 veces más ADN que la anterior y 200 veces más que un ser humano (3400 Mb según los últimos datos)! Cuando subimos la escala hacia los eucariotas pluricelulares las diferencias resultan mucho menores. No obstante, aún presentan distancias en cantidad de ADN y número de genes que no guardan relación con sus respectivas complejidades. Existen de hecho grandes solapamientos que, por ejemplo, nos humillarían al encontrar que, aparte de la ameba, muchas plantas, crustáceos, insectos e incluso moluscos tienen más genes que nosotros los seres humanos. Sin ir muy lejos el gusano nematodo C. Elegans tiene 18000 genes, la mosca Drosophila tiene 13000 y los seres humanos 36000 (según últimas estimaciones alrededor de sólo 24000). A este misterio se le llama paradoja del valor C (cantidad del ADN por genoma haploide, es decir, de una sola cadena).

¿Podemos entonces tener la esperanza de que, en muchos casos, el aumento de la complejidad funcional y morfológica de los organismos biológicos que observamos a lo largo de la historia de la vida es producto necesariamente de incrementos cromosómicos o puede existir algún otro mecanismo insospechado que de cuenta de ellos?

Veamos lo que nos dicen Sean B. Carroll, Benjamin Prud’homme y Nicolas Gompel en el artículo “La regulación de la evolución” de la revista Investigación y Ciencia julio 2008:

“Durante mucho tiempo se estuvo creyendo que las diferencias anatómicas entre los animales se reflejaban en nítidas diferencias en los contenidos de sus genomas. Sin embargo, cuando comparamos los genomas de mamíferos muy diferentes, del ratón, la rata, el perro, el ser humano y el chimpancé, observamos que sus respectivos catálogos de genes se parecen mucho. El número aproximado de genes de cada animal (alrededor de 20,000) y las posiciones relativas de muchos de ellos se han conservado bastante bien durante más de cien millones de años de evolución. Eso no significa que no existan diferencias en el número de genes y su ubicación. Pero, a primera vista, no hay nada en esos catálogos de genes que diga que corresponde a un ratón, a un perro o a una persona. Por ejemplo, la comparación de los genomas del ratón y del ser humano les encuentra un homologo murino a un 99 por ciento de nuestros genes, por lo menos.

En otras palabras, los seres humanos no tenemos, pese a lo que alguna vez se supuso, más genes que un chinche, una vaca o un pez globo.

Cuando se observa con detalle un gen concreto, el parecido entre especies constituye también la norma. Por lo general, las secuencias de ADN de dos versiones cualesquiera de un gen, así como de las proteínas que codifican, se parecen; que el grado de semejanza sea mayor o menor sólo refleja el período de tiempo que ha transcurrido desde que las dos especies se diversificaron a partir de un ancestro común. Tamaña conservación de las secuencias codificadoras durante un período evolutivo produce desconcierto; aún más, cuando se trata de los genes implicados en la construcción y el diseño del cuerpo.

Solo una pequeña fracción de los genes (menos del 10%) participa en la construcción y el diséño del cuerpo de los animales durante su desarrollo, desde su fase huevo fecundado hasta el estado adulto. El resto interviene en las tareas celulares de los diversos órganos y tejidos. En las diferencias anatómicas entre animales (en el número, tamaño, forma o color de las partes del cuerpo) algo han de tener que ver los genes responsables de la construcción del cuerpo. El estudio del papel crucial que durante la evolución han desempeñado los genes y procesos asociados con el desarrollo anatómico se ha ganado su propio nombre: EVO-DEVO (de evolutionary developmental biology, biología evolutiva del desarrollo).

A los especialistas en esta área de investigación nos intriga el descubrimiento de que las proteínas utilizadas para construir el cuerpo se parecen entre sí, por termino medio, todavía más que el resto de proteínas. Parece una paradoja: animales tan distintos como un ratón y un elefante se forman a partir de un conjunto muy parecido de proteínas, que intervienen en la formación del cuerpo y cuyas funciones son iguales”. Énfasis en negrita añadido.

¿Por qué el desconcierto y la intriga? Por qué no es lo que se esperaría que sucediera según los dictados de la Teoría Sintética. Las rutas de desarrollo y sus componentes proteicos deberían exhibir tasas de diferenciación muy superiores para equiparar las distancias evolutivas y morfológicas implicadas, sin embargo se da que ello no es así, siendo la diferenciación morfológica y funcional más derivada de los parámetros que de las rutas de desarrollo o algoritmos biológicos que se conservan.

Esto nos lleva a ofrecer una conjetura interesante con concilia el diseño común propuesto por el DI y la evolución de la morfología animal basada en la epigenética que sugiere la EVO-DEVO. Podríamos conjeturar qué, así como en los AG una solución ingeniosa surge de un cromosoma ya definido, podríamos establecer que los genomas animales ya incorporan en potencia muchas posibilidades de organización morfológica y que la misma se expresará mediante la habilitación o inhabilitación de los interruptores epigenéticos. Esto es como tener una radiola y colocarle una partitura diferente. La música será distinta según la partitura que toca, pero la radiola es la misma. De este modo los seres vivientes hasta el grado de orden o incluso clase, podrían tener un plan básico sujeto a programación epigenética que sea la que al final realice una evolución no vertical en el sentido neodarwiniano, pero sí rotundamente notable en lo morfológico y que de cuenta de importantes cambios en la historia de la vida.

Esta conjetura requiere de más investigación para refrendarse, pero resolvería, si bien no todo, sí gran parte del problema evolutivo.

¿Puede existir una reserva genética que pueda generar tal diversidad?

Veamos que ha descubierto el Consorcio ENCODE (Enciclopedia de elementos de ADN) al respecto:

“Otras sorpresas en los datos de ENCODE tienen mayores implicaciones para nuestra comprensión de la evolución de los genomas, en especial de los genomas de mamíferos. Hasta hace poco, los investigadores pensaban que la mayoría de secuencias del ADN importantes para la función biológica se encontraban en áreas del genoma sujetas a restricciones evolutivas, es decir, en áreas en que era más probable que la secuencia se conservara durante el proceso evolutivo. Sin embargo, el trabajo de ENCODE ha revelado que alrededor de la mitad de los elementos funcionales en el genoma humano no parecen haber sido sometidos a restricciones evolutivas, al menos cuando son examinadas mediante los métodos más actuales empleados por biólogos computacionales en el proyecto ENCODE.

Según los investigadores, esta falta de restricción evolutiva podría indicar que los genomas de muchas especies contienen una reserva de elementos funcionales, incluyendo transcritos de ARN, que no proporcionan beneficios específicos en términos de supervivencia o reproducción. A medida que esta reserva avanza en la evolución, los investigadores especulan que puede servir como “almacén para la selección natural”, al actuar como fuente única de elementos funcionales para cada especie y de elementos que realizan funciones similares entre las especies a pesar de tener secuencias aparentemente distintas”. énfasis en negrita añadido.

¿Ha leído bien el último párrafo?

Habla de una reserva de elementos funcionales incluyendo transcritos de ARN que NO PUEDEN SURGIR POR SELECCION NATURAL porque no proporcionan beneficios en términos de supervivencia o reproducción. Y que esta puede constituir un almacén para la selección natural a fin de que elija LO QUE YA EXISTE.

Finalmente podemos concluir qué, aunque esto sea lógicamente rechazado por los materialistas, estos elementos no surgieron de un fenómeno naturalista, sino que, mas bien, fueron diseñados con una estructura, funciones y parámetros que les permitieran poder desarrollarse evolutivamente a lo largo de la historia de la vida en la Tierra en un proceso de evolución horizontal tan formidable que puede confundirse con la evolución vertical, pero que en realidad ya incorpora desde el principio la información, y en consecuencia la complejidad funcional necesaria para sufrir los cambios de funcionalidad y morfología adaptativos que sean oportunos en respuesta al influjo ambiental.

Referencias:

1. Javier Sanpedro. Deconstruyendo a Darwin. Editorial Critica. 2. Anthony J.F. Griffiths, William M. Gelbart, Jeffrey H. Miller y Richard C. Lewontin. Genética Moderna Mc GRAW HILL INTERAMERICANA. 2000

3. Sean B. Carroll, Benjamin Prud’homme y Nicolas Gompel. La regulación de la evolución. Investigación y Ciencia. Julio 2008

4. Anónimo, Tal vez debamos modificar nuestra idea del genoma humano. Web site de IntraMed. http://www.intramed.net/actualidad/not_1.asp?idNoticia=47273

5. Cristian Aguirre del Pino. Elementos de Estructuras Funcionales. OIACDI 2010

8 Respuestas para Los Algoritmos Genéticos y la evolución “vertical”

  1. Cristian:

    • Es totalmente factible y esperable que la selección natural preserve los componentes sueltos de una maquina multiprotéica que aun no existe, si por separado estos componentes forman parte de otras máquinas multiprotéicas que sí ofrecen una ventaja a la supervivencia.

    • Si entendí bien el artículo, la así llamada evolución vertical se puede reducir entonces a dos niveles de evolución horizontal: genes codificando máquinas multiprotéicas; y maquinas multiprotéicas “codificando” las funcionalidades y morfologías del organismo). Y según tus propias palabras, la evolución horizontal es un mecanismo factible desde el punto de vista biológico.

    • Los resultados del proyecto ENCODE y en particular la interpretación que de ellos hacen sus autores ha recibido bastantes cuestionamientos, de los cuales puedes encontrar un resumen aquí.

    • El que organismos tan simples como la ameba Polychaos dubium tengan un genoma tan grande en comparación con organismos más complejos y que sin embargo requieren de un genoma cientos de veces más pequeño, como los humanos, no hace más que apoyar la idea de que gran parte del genoma de los seres vivos está constituido por ADN basura, pero no contradice la idea de que mecanismos como la duplicación genética cumplan un rol importante en la aparición de novedades biológicas.

    • El que los genes que participan en el desarrollo de un organismo en sus primeras etapas de la gestación (cuando pequeñas variaciones pueden resultar fatales) sean particularmente resilentes y extendidos dentro de los seres vivos, no contradice a la teoría de la evolución a partir de un ancestro común, sino que por el contrario es un resultado esperable de esta teoría.

  2. Gracias Jonathan por tu apreciación.

    Roberto te respondo adjuntando previamente tus observaciones.

    • Es totalmente factible y esperable que la selección natural preserve los componentes sueltos de una maquina multiprotéica que aun no existe, si por separado estos componentes forman parte de otras máquinas multiprotéicas que sí ofrecen una ventaja a la supervivencia.

    Es correcto lo que dices aquí, pero ¿Y qué de los componentes de una nueva máquina que no tenga precedentes en otras máquinas multiprotéicas? Si retrocedemos con en el argumento hasta el principio ¿Cómo surgieron los componentes de la primera máquina multiprotéica cuando no existían otras precedentes?

    • Si entendí bien el artículo, la así llamada evolución vertical se puede reducir entonces a dos niveles de evolución horizontal: genes codificando máquinas multiprotéicas; y maquinas multiprotéicas “codificando” las funcionalidades y morfologías del organismo). Y según tus propias palabras, la evolución horizontal es un mecanismo factible desde el punto de vista biológico.

    No he dado a entender ninguna codificación en el sentido que señalas. Tampoco hablo de 2 evoluciones horizontales que forman la evolución vertical. Hablo de una evolución horizontal con tal grado de poder de diversificación que puede confundirse en algunos puntos y se expone a extrapolarse erróneamente a una evolución vertical la cual, a diferencia de la horizontal sin aumento de complejidad funcional, implicaría todas las etapas desde el origen de la vida hasta el presente, pero repito; no refrendo esta última.
    Si afirmo como señalas al final de esta observación, no que la evolución horizontal es factible, sino que en verdad ha sucedido.

    • Los resultados del proyecto ENCODE y en particular la interpretación que de ellos hacen sus autores ha recibido bastantes cuestionamientos, de los cuales puedes encontrar un resumen aquí.

    Roberto el que este señor u otros sean escépticos de ENCODE no me tiene que obligar a descartar ni su investigación ni sus conclusiones. Siempre se puede buscar en Google voces discordantes a casi cualquier investigación realizada.

    • El que organismos tan simples como la ameba Polychaos dubium tengan un genoma tan grande en comparación con organismos más complejos y que sin embargo requieren de un genoma cientos de veces más pequeño, como los humanos, no hace más que apoyar la idea de que gran parte del genoma de los seres vivos está constituido por ADN basura, pero no contradice la idea de que mecanismos como la duplicación genética cumplan un rol importante en la aparición de novedades biológicas.

    Señalar la paradoja del valor C tenía por propósito poner en relieve que el principal almacén, aunque no el único, de la información parametrica de la morfología animal no está en el genoma, sino en el epigenoma y eso no lo digo yo ni lo dice el DI, lo dice la EVO-DEVO. En cuanto a la duplicación genética ya mencioné en el post que, de acuerdo a lo aprendido con los AG, lo que se necesita para una evolución vertical no es un escalamiento gen de novo a gen de novo, sino un escalamiento con sociedades completas de genes. Descarto por ello, es mi opinión, que los mecanismos como la duplicación genética cumplan un rol importante en la aparición de novedades biológicas en el sentido de la evolución vertical. Aunque si puedan servir para adicionar, en algunos casos, nuevos alelos a locis heterocigóticos y contribuír a la evolución horizontal.

    • El que los genes que participan en el desarrollo de un organismo en sus primeras etapas de la gestación (cuando pequeñas variaciones pueden resultar fatales) sean particularmente resilentes y extendidos dentro de los seres vivos, no contradice a la teoría de la evolución a partir de un ancestro común, sino que por el contrario es un resultado esperable de esta teoría.

    Si hablo de una divergencia evolutiva hasta el grado de clase e incluso de orden debo esperar por supuesto que exista una ascendencia común hasta dichos grados con todos los rastros genéticos esperables, aunque no hasta LUCA (Last universal common ancestro / último ancestro común universal) y de eso hablaré en otro post.

  3. “Si retrocedemos con en el argumento hasta el principio ¿Cómo surgieron los componentes de la primera máquina multiprotéica cuando no existían otras precedentes?”

    Como bien debes saber, el problema de la abiogénesis sólo está tangencialmente relacionado con la teoría de la evolución. Incluso si un día se demostrara que el ancestro común de todos los seres vivos fue diseñado, eso no le quitaría validez a la teoría de la evolución por causas naturales para explicar el origen de la biodiversidad a partir de un ancestro común.

    Dicho lo anterior, no se conoce ninguna restricción teórica o evidencias que contradigan la idea de que la vida o la capacidad de ciertas moleculas sencillas para transcribirse y replicarse no pueda haber surgido por causas naturales, desde luego inicialmente a partir de moléculas mucho más sencillas que las complejas moléculas que se observan en la actualidad en los seres vivos. Un escenario factible y verosímil para el origen de las primeras moléculas autorreplicantes pudo ser algo parecido a lo siguiente:

    http://www.evolutionofdna.com/Protein-Transcription.html

    “Tampoco hablo de 2 evoluciones horizontales que forman la evolución vertical.”

    No quise decir que tú hayas afirmado esto explícitamente, sino que parece derivarse de tu exposición y en particular de lo que citas de Sampedro que la evolución vertical puede reducirse a dos problemas de menor complejidad, a saber, la evolución horizontal de las moleculas multiproteicas, condicionada por el genoma; y la evolución horizontal de las funciones y morfología de los seres vivos, condicionada por las maquinas multiproteicas. Así, al mismo tiempo en que la evolución seleccionará aquellas mutaciones genéticas que deriven en un set de maquinas multiproteicas más ventajoso para la supervivencia, serán seleccionadas las mutaciones en el set de maquinas proteicas que se traduzcan en un set de funciones y morfologias más ventajosos.

    Por lo visto eres un programador aventajado, estoy seguro de que tu mismo podrías diseñar una aplicación que emule aquello que llamas evolución vertical, mecanismo que no parece estar fuera del alcance de los así llamados Algoritmos Genéticos Multi-objetivo. En relación a este último concepto, podrían interesarte los siguientes enlaces:

    http://www.eng.auburn.edu/~smithae/publications/journal/Multi-objective%20optimization%20using%20genetic%20algorithms.pdf

    http://www.talkorigins.org/faqs/genalg/genalg.html#creationists

    Y adicionalmente podrían interesarte estos:

    http://db.tt/iDGliSW
    http://db.tt/rL4fiVN

    “(…)el principal almacén, aunque no el único, de la información parametrica de la morfología animal no está en el genoma, sino en el epigenoma y eso no lo digo yo ni lo dice el DI, lo dice la EVO-DEVO.”

    Tal vez. Si los priones pueden reproducirse y evolucionar sin siquiera tener código genético, no veo por que el genoma no podría tener un rol menos prominente del que presumiblemente tiene respecto a la plasticidad fenotípica y otros mecanismos epigenéticos. Lo relevante es que eso no significa una restricción adicional a la idea de que la evolución se produce por causas naturales. De hecho, podría significar que el mecanismo evolutivo es aun más sencillo de lo esperado.

  4. Gracias por los links. Por cierto el de los AG y el creacionismo está en español (http://the-geek.org/docs/algen/) y ya lo había leído junto con otros referentes a los AG antes de hacer el primer post. Si observas los ejemplos del chocolatero nacen de este artículo. En cuanto al pdf de los AG multiobjetivo es muy interesante y ya lo he descargado ya que me interesa este tema también por motivos profesionales. Ahora bien en cuanto a lo que afirmas de que los AG multiobjetivo no están fuera del alcance de generar una evolución vertical te diré que ya quisiera que ello fuera posible y también refrendaría el Diseño Inteligente, pero los AG multiobjetivo en el que basas tus esperanzas sólo incorpora otras funciones de aptitud para cada objetivo respectivamente, no genera ni puede generar nueva complejidad funcional. En otras palabras los AG multiobjetivo nada tienen que decir sobre la factibilidad natural de una evolución vertical.

    Lo que he pretendido comunicar en los post es que los últimos descubrimientos e investigaciones nos permiten establecer que la información de la planificación morfológica ya están presentes en parte en el genoma y en gran medida en el epigenoma y que las posibilidades de variación que arrojan los parámetros de los mismos unidos a la algorítmica básica que comparten los metazoos puede explicar las diversas morfologías que han surgido en la historia de la vida a partir del acontecimiento creativo de la explosión cámbrica. Esta diversificación morfológica puede aplicarse desde la clasificación taxonómica de clase hacia abajo, es decir, a familia, genero y especie. Y, como dices al final de tu comentario, sería un proceso más sencillo y veloz que el propuesto por la Teoría Sintética si bien dicha propuesta no se basa en el naturalismo, sino en el Diseño Inteligente.

    Ahora bien para argumentar por qué no podría aplicarse a mayores categorías taxonómicas no es posible hacerlo en un comentario ya que sería demasiado extenso, pero voy a preparar un post para exponer estos argumentos con mayor detalle a fin de aclarar mejor mi postura al respecto.

  5. ya quisiera que ello fuera posible y también refrendaría el Diseño Inteligente

    Ah, de manera que si los algoritmos genéticos no pueden emular la evolución vertical es un argumento a favor del DI, en cambio si los algoritmos genéticos sí pueden emular la evolución vertical…también. Cuál era el punto entonces de siquiera mencionar los algoritmos genéticos entonces, si el que funcionen o no es según tus palabras irrelevante para juzgar la hipótesis de diseño?

    (…)la información de la planificación morfológica ya están presentes en parte en el genoma(…)

    A mi me parece que estás viendo el problema al revés. El supuesto de que los seres vivos contienen una reserva de información prescriptiva para enfrentar problemas adaptativos nuevos resulta innecesario si observas que es el entorno el que contiene toda la información prescriptiva y la reserva de elementos funcionales necesaria para generar seres vivos susceptibles de ser seleccionados para sobrevivir y reproducirse. En ese sentido, los seres vivos y su genoma corresponden a un registro descriptivo de su entorno, basado en modificaciones incrementales de las descripciones pasadas definidas por sus ancestros. Desde luego, cuanto más ajustada a la realidad sea dicha descripción del entorno definida por un ser vivo, mayores probabilidades tendrá de sobrevivir y reproducirse.

    Desde la perspectiva de los algoritmos genéticos, el entorno y en particular los distintos nichos ecológicos que este contiende definen el siempre cambiante objetivo de la búsqueda, esto es, la descripción más exacta posible del estado actual (y no futuro) del entorno, mientras que la supervivencia corresponde a la función de fitness que determina que organismos y especies describen lo suficientemente bien a su entorno como para que sus descendientes sean seleccionados. Esto trae como consecuencia que, para usar la jerga de Dembski y otros, es el ambiente el que entrega “de contrabando” toda la información “gratis” que los organismos puedan “almorzar”.

    Ahora bien para argumentar por qué no podría aplicarse a mayores categorías taxonómicas

    Aparte de que las categorías taxonómicas son conceptos relativos, me parece que aun no está claramente establecida la diferencia cualitativa que haces entre “evolución vertical” y “mucha evolución horizontal”.

    Por ejemplo, los saltarines del fango son peces bien adaptados para la vida terrestre, al punto de que pueden fijar oxígeno desde el aire a través de su piel; y pueden desplazarse en tierra gracias a sus aletas. Acaso esto no es considerado un aumento significativo de la “complejidad funcional” respecto a otros peces adaptados a la vida acuática que de acuerdo a todos los criterios de clasificación pertenecen a la misma familia?

  6. “Ah, de manera que si los algoritmos genéticos no pueden emular la evolución vertical es un argumento a favor del DI, en cambio si los algoritmos genéticos sí pueden emular la evolución vertical…también. Cuál era el punto entonces de siquiera mencionar los algoritmos genéticos entonces, si el que funcionen o no es según tus palabras irrelevante para juzgar la hipótesis de diseño?”

    Roberto hasta ahora no has entendido lo que he querido comunicar en los post. Evolución horizontal es diversificación sin incremento de complejidad y la evolución vertical, si esta existiese, tiene que tener incremento de complejidad funcional. (ejemplos: un procariota necesita 347 genes para tener la complejidad funcional de un eucariota (Hartman y Fedorov, 2002). Un ser con simetría radial necesita adquirir 8 genes HOX especializados, con el orden preciso y cada uno comandando a un numeroso grupo de genes realizadores (downstream) para convertirse en un ser con simetría bilateral (Sampedro, 2002) . Para que un AG pudiera producirlo tendría que ya incorporar dicha complejidad y las matemáticas de colegio son claras. NO ES POSIBLE sacar mas complejidad de la aportada por el cromosoma especificado en el AG. Por eso digo que los AG no sirven para la evolución vertical. Cuando dije “ya quisiera” me refería a la posibilidad que la cobertura de la evolución horizontal abarcara una diversificación desde un protozoo hasta metazoos, pero esto es IMPOSIBLE. No lo es en cambio entre metazoos y otros metazoos porque eso puede ser sin problemas evolución horizontal.
    Luego dices: “El supuesto de que los seres vivos contienen una reserva de información prescriptiva para enfrentar problemas adaptativos nuevos resulta innecesario si observas que es el entorno el que contiene toda la información prescriptiva y la reserva de elementos funcionales necesaria para generar seres vivos susceptibles de ser seleccionados para sobrevivir y reproducirse”.

    ¿El entorno contiene la información prescriptiva y la reserva de elementos funcionales? ¡Pues si que vemos terriblemente al revés las cosas!. El entorno puede sintonizar con un juego de parámetros genéticos o epigenéticos determinado por el mismo que impliquen ventaja de sobrevivencia, pero esto no significa que el entorno proporcione la información prescriptiva a un ente biológico. Con perdón Lo que dices es una aberración de la lógica de los AG. Esto es como decir que los compradores de un supermercado que compran los productos por sus criterios de necesidad y calidad sean los que le dicen a los fabricantes cómo deben de construir y/o fabricar los productos. No. Ellos no saben cómo se hacen ni prescriben información a los fabricantes para indicarles cómo hacerlos. La naturaleza tampoco lo hace con los seres vivientes. La función de aptitud (fitness) no prescribe cómo debe ser el cromosoma. Solo especifica el valor o los valores considerados óptimos sujetos de elección.

  7. NO ES POSIBLE sacar mas complejidad de la aportada por el cromosoma especificado en el AG

    Por qué no? acaso no bastaría con incorporar dentro de los parámetros variables del cromosoma su propio largo o, para emular lo que ocurre en la naturaleza, incorporar errores aleatorios que deriven en el equivalente a la duplicación de genes y otros mecanismos naturales conocidos?

    Y ni siquiera parece indispensable alterar la complejidad del cromosoma para generar nuevas funcionalidades. Supongamos que diseñamos un algoritmo genético para buscar la forma optima de un tenedor. En el cromosoma estaría especificado el largo del mango, la cantidad de dientes y su ancho, su concavidad, etc. Supongamos que nuestro cromosoma original codifica un tenedor razonablemente funcional. Por un proceso de evolución ‘horizontal’, es razonable esperar que nuestro AG generaría morfologías óptimas para distintos ‘nichos’: tenedores para carne, tenedores para pescado, etc. Pero no es acaso cierto que probablemente obtendríamos también algunos tenedores con un sólo diente, particularmente cóncavos y que resultarán útiles para la función totalmente novedosa de tomar sopa? no es esto un legítimo caso de evolución ‘vertical’ entre tenedores y cucharas? cómo pudimos obtener esta nueva funcionalidad si no la estábamos buscando, ni estaba prescrita de antemano en el genoma del tenedor?

    La falacia que parece rondar este concepto de la complejidad funcional usado por los promotores del DI es que se infiere propósito después de que el objetivo fue alcanzado. Esto equivale a observar un deslizamiento de rocas e inferir que aquellas rocas que llegaron al fondo de la ladera tenían el propósito de hacerlo desde el momento en que empezaron a rodar; y que detrás de todos los saltos que dieron y cada obstáculo que esquivaron está el propósito de alcanzar el objetivo final.

    Lo que en realidad deberían mostrar los proponentes del DI para que sus argumentos sean considerados es evidencia de alguna estructura biológica que, sin ofrecer ningún tipo de ventaja evolutiva presente, exhiba evidencias de estar siendo seleccionada y sea además reconocible su aún inexistente función futura. Sin esto, sus argumentos no son distinguibles de una postdicción.

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