Los modelos de auto-organización y los nuevos genes y proteínas. La Explosión Cámbrica. Parte 10

Stephen C. Meyer, Marcus Ross, Paul Nelson, y Paul Chien

LOS MODELOS DE AUTO-ORGANIZACIÓN Y LOS NUEVOS GENES Y PROTEÍNAS

Por supuesto, el Neodarwinismo no es el único modelo evolutivo para explicar el origen de nueva forma biológica de una manera indirecta. Stuart Kauffman, por ejemplo, recientemente ha avanzado un modelo de auto-organización para explicar la aparición de la forma y presumiblemente la información necesaria para generarla. Considerando que el Neodarwinismo intenta explicar la nueva forma como consecuencia de la selección actuando sobre mutaciones al azar, Kauffman sugiere que la selección no actúa principalmente en las variaciones al azar, sino en patrones emergentes de orden que se organizan a través de las leyes de la naturaleza.

Kauffman ilustra cómo esta puede trabajar con varios modelos de sistemas en un entorno informático. En uno, se concibe un sistema de botones conectados por cadenas. Los botones representan a nuevos genes o productos génicos y las cadenas las leyes de fuerzas de interacción que se obtienen entre los productos génicos, es decir, entre las proteínas. Kauffman sugiere que cuando la complejidad del sistema (como se representa por el número de botones conectados y cadenas) alcanza un umbral crítico, nuevos modos de organización pueden surgir en el sistema “de forma gratuita”, es decir, sin orientación inteligente a la manera de una transición de fase en la química. Él explica que, “como las ramas se hagan más grandes, estos empezarán a interconectarse. Y entonces surgirá la magia! Como la proporción de cadenas a botones supere la marca de 0,5, de repente, la mayoría de los grupos se habrán interconectado en una estructura gigante.” Kauffman luego traza una analogía entre el tipo de interconexión de las estructuras que surgen espontáneamente en su simulación por ordenador y la red de reacciones químicas interconectadas que caracterizan el metabolismo estable en la célula viva. Como lo define él, “cuando un número suficiente de reacciones sean catalizadas en un sistema de reacción química, una vasta red de reacciones catalizadas súbitamente se cristalizará.” 117

Otro modelo que Kauffman desarrolla es un sistema de luces interconectadas. Cada luz puede brillar en una variedad de estados encendido, apagado, centelleo, y así sucesivamente. Puesto que hay más de un posible estado de cada luz y muchas luces, hay un gran número de estados posibles que el sistema como un todo puede adoptar. Además, en su sistema, las reglas determinan cómo los estados anteriores influencian a los estados futuros. Kauffman afirma qué, como resultado de estas reglas, el sistema pronto, si está apropiadamente ajustado, producirá una especie de orden en el que algunos patrones básicos de la actividad de la luz se repiten con mayor frecuencia de forma aleatoria. Además, en la medida en que estos patrones reales de actividad ligera representen una pequeña porción del número total de estados posibles en que el sistema puede volver a lado, Kauffman sugiere que las leyes de la auto-organización de manera similar podrían encontrar resultados biológicos altamente improbables, tal vez incluso secuencias de bases (o aminoácidos) dentro de un mucho mayor espacio de secuencias posibles.

¿Estás simulaciones de procesos de auto-organización modelan con precisión el origen de nueva información genética? Es difícil pensar que sí.

Primero, en ambos ejemplos, presupone Kauffman, pero no explica, las importantes fuentes de información preexistente. En su sistema de botones y cadenas, los botones representan proteínas, siendo ellos mismos paquetes de información y el resultado de la información genética preexistente. ¿De dónde viene esta información? Kauffman no lo dice, pero el origen de tal información es una parte esencial de lo que tiene que explicarse en la historia de la vida. De manera similar, en su sistema de luces, el orden que supuestamente surge “de forma gratuita”, aparte de provenir de la información ingresada por un agente, en realidad sólo surge si el programador del modelo del sistema lo “ajusta” de tal manera que evite generar un orden excesivamente rígido o su vuelta al caos.118 Sin embargo, el ajuste necesario para alcanzar este fin implica un programa inteligente, seleccionando ciertos parámetros y excluyendo a otros, es decir, introduciendo información.

Segundo, los modelos de sistemas de Kauffman no están limitados por consideraciones funcionales y por lo tanto no son análogos a los sistemas biológicos. Un sistema de luces interconectadas regidas por reglas preprogramadas bien puede instalarse en un pequeño número de patrones dentro de un espacio mucho más grande de posibilidades. Pero puesto que estos patrones no tienen ninguna función y no es necesario cumplir con los requerimientos funcionales, no tienen especificidad análoga a la presente en organismos reales. En su lugar, el examen de los modelos de sistemas de Kauffman muestran que no producen secuencias o sistemas caracterizados por complejidad especificada, pero si, en cambio, por grandes cantidades de orden simétrico o redundancia interna intercalados con aperiodicidad o (mera) complejidad.119 Conseguir un sistema con leyes que gobiernen la generación de patrones repetitivos de destellos de luz, incluso con un cierto grado de variación, es claramente interesante, pero no son relevantes biológicamente. Por otro lado, un sistema que genere el mensaje “Coma en Joe” sería modelar un biológicamente relevante proceso de auto-organización, por lo menos, si el sistema producido es el tipo de mensajes sin agentes que tienen prestados anteriormente cantidades equivalentes de complejidad especificada. En cualquier caso, los sistemas de Kauffman no producen complejidad especificada y por lo tanto no ofrecen modelos promisorios para explicar una característica esencial de los animales que se presentan en el Cámbrico, a saber, la especificación presente en nuevos genes y proteínas.

LA AUTO-ORGANIZACIÓN Y LOS NUEVOS PLANES CORPORALES

Aun así, Kauffman sugiere que sus modelos de auto-organización pueden dilucidar específicamente los aspectos de la explosión cámbrica. Según Kauffman, los nuevos animales del Cámbrico surgieron como el resultado de un “gran salto” mutacional que establece nuevos planes corporales de un modo discreto en lugar de gradual.120 También reconoce que las mutaciones que afectan el desarrollo temprano son casi inevitablemente perjudiciales. Por lo tanto, concluye que los planes corporales, una vez establecidos, no van a cambiar y que cualquier evolución posterior debe realizarse dentro de un Baupläne (plan corporal) establecido. Y, en efecto, el registro fósil muestra un curioso (desde un punto de vista darwiniano) patrón de aparición de arriba para abajo en el cual los taxones superiores (y los planes corporales que estos representan) aparecerán en primer lugar, sólo que más tarde serían seguidos por la aparición de taxones inferiores que representan variaciones dentro de estos originales diseños corporales. Además, como Kauffman espera, los planes corporales aparecen súbitamente y persisten sin cambios significativos en el tiempo.

Pero aquí de nuevo Kauffman plantea la pregunta más importante: ¿Qué produce los nuevos planes Cámbricos en primer lugar? Por supuesto, él invoca el “gran salto” mutacional para explicar esto, pero no especifica ningún específico proceso auto-organizativo que puedan producir tales mutaciones. Por otra parte, reconoce un principio que socava la credibilidad de su propia propuesta. Kauffman reconoce que las mutaciones que ocurren temprano en el desarrollo son casi inevitablemente perjudiciales. Sin embargo, los biólogos del desarrollo saben que se trata de la única clase de mutaciones que tienen una oportunidad real de producción a gran escala de cambio evolutivo, es decir, los grandes saltos que Kauffman invoca. Aunque Kauffman repudia la confianza neodarwinista de mutaciones aleatorias en favor del orden de la auto-organización, al final él debe invocar el más inverosímil tipo de mutación al azar para proporcionar una auto-organización que dé cuenta de los nuevos planes corporales Cámbricos. Claramente, su modelo no es suficiente.

Próximo post: El Diseño Inteligente y el origen de la información biológica

Referencias en este post:

117. Kauffman, At Home, 47–92, esp. 56, 58.
118. Ibid., 86–88.
119. Ibid., 53, 89, 102.
120. Ibid., 199–201.

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