La paradoja de Eigen

Publicado: 13 julio 2010 en Evolución
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Una definición clásica de gen es entenderlo como la unidad mínima de información biológica. Un gen es una instrucción para hacer algo, habitualmente para codificar una proteína o hacer que otro gen se exprese. Si tenemos genes como unidades discretas podemos cuantificar la información de todo el genoma de un individuo en bits. Eso es lo que hizo el bioquímico alemán Manfred Eigen, llegando a una interesante observación. Sabemos que la evolución funciona cuando hay errores en la réplica de las cadenas de ADN. Normalmente cualquier error tiene consecuencias fatales para el individuo como lo tendría un fallo en las instrucciones de una cadena de montaje para fabricar un coche, pero hay fallos más graves que otros. Un automóvil puede funcionar con una tuerca menos o sin espejo retrovisor mientras que un fallo en un cilindro será letal. Eigen mostró una relación entre el número de genes de un individuo y la tasa de error en la réplica necesaria para que el individuo o su linaje acaben por extinguirse, es decir, para llegar a lo que Eigen llama catástrofe de errores.

La relación dice que cuanto mayor sea el número de genes que tiene un organismo menor será la tasa de error necesaria para llegar a la catástrofe de errores. Así, los seres humanos, con un largo genoma, soportamos menos errores que individuos mucho más sencillos como las bacterias, que pueden soportar genomas muy dañados. Si hablamos en términos metaevolutivos, eso permite a los organismos más simples evolucionar más rápido que los más complejos. Más cuando los seres complejos hemos desarrollado un montón de dispositivos para corregir los errores de copias. La tasa de mutación de una bacteria es de un error por cada millón mientras que la del humano es de uno por cada mil millones, es decir, mil veces menor. Esto explica lo resistente que es la gripe a nuestras vacunas y por qué los seres humanos llevamos siendo casi iguales desde el Paleolítico.

Pero esta regla lleva a una insondable paradoja.  Si nos vamos a la primeros organismos capaces de replicación en los albores de la vida, debían tener genomas muy cortos para evitar la catástrofe de errores ya que no dispondrían de ningún mecanismo para evitar fallos de réplica, pero lo suficientemente largos para contener la información necesaria para replicarse… y según Eigen hace falta un genoma bastante complejo para que contenga las instrucciones mínimas que permitan una copia…

Entonces, ¿qué fue antes? ¿Un genoma complejo que se replica o un genoma corto y protegido de la catástrofe de errores? Ambas posibilidades son excluyentes. ¿Quién dijo que el problema del origen de la vida estaba solucionado?

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comentarios
  1. Masgüel dice:

    “¿Quién dijo que el problema del origen de la vida estaba solucionado?”.

    No sé, pero ya hay que echarle güevos para afirmar tal cosa.

    “Sabemos que la evolución funciona cuando hay errores en la réplica de las cadenas de ADN.”

    No. Eso es lo que opinan algunos. Otros explican la evolución de otra manera:

    “La idea general entre los neodarwinistas, básicamente zoólogos que en la actualidad se autodenominan biólogos evolucionistas, consiste en que la variación heredada deriva de los cambios aleatorios en la química de los genes. Las variaciones heredables son causadas por mutaciones, y estas son aleatorias. Impredecibles e independientes del comportamiento, de las condiciones sociales, del alimento o de cualquier otro elemento, las mutaciones son cambios genéticos permanentes. A medida que estos cambios genéticos aleatorios van acumulándose con el paso del tiempo, determinan el curso de la evolución. Tal es la visión presentada por la mayor parte de la literatura evolucionista.

    Sin duda estamos de acuerdo en que los cambios aleatorios heredables, o mutaciones genéticas, ocurren. Coincidimos también en que estas mutaciones aleatorias quedan expresadas en la química del organismo. La existencia de proteínas alteradas, cuyo origen puede remontarse a mutaciones genéticas en organismos vivos, ha quedado ampliamente demostrada. La diferencia principal entre nuestro punto de vista y la doctrina oficial neodarwinista actual trata de la importancia de la mutación aleatoria en la evolución. Opinamos que la trascendencia de la mutación aleatoria como fuente de variación hereditaria está siendo enormemente exagerada. Las mutaciones, los cambios genéticos en organismos vivos pueden ser inducidas; es algo que puede hacerse con rayos X o añadiendo compuestos químicos mutagénicos en el alimento del organismo. Se conocen numerosas formas de inducir mutaciones, pero ninguna de ellas conduce a la aparición de nuevos organismos. La acumulación de mutaciones no desemboca en el surgimiento de nuevas especies, ni siquiera de nuevos órganos o nuevos tejidos. Si el óvulo o la esperma de un mamífero son sometidos a mutación, ocurrirán efectivamente cambios hereditarios pero, como ya señalara tempranamente Hermann J. Muller (1890-1967), premio Nobel que demostró sobre la mosca de la fruta la capacidad mutagénica de los rayos X, el 99,9 por ciento de las mutaciones son dañinas. Incluso los biólogos evolucionistas profesionales tienen serias dificultades para encontrar mutaciones, ya sean inducidas experimentalmente o espontáneas, que contribuyan de forma positiva al cambio evolutivo.
    Demostraremos aquí que la fuente principal de variación hereditaria no es la mutación aleatoria, sino que la variación transmitida que conduce a la novedad evolutiva procede de la adquisición de genomas. Conjuntos enteros de genes, e incluso organismos completos con su propio genoma, son asimilados e incorporados por otros.”

    Lynn Margulis.

  2. […] La paradoja de Eigen vonneumannmachine.wordpress.com/2010/07/13/la-paradoja-de-ei…  por filopata hace 2 segundos […]

  3. Trotalomas dice:

    Desde luego, la aparición de nuevas especies a partir de otras es algo que sigue sin estar claro, así que ya no digamos qué fue antes, si el huevo o la gallina, tal y como planteas en la entrada (desde una perspectiva científica, claro está). De todos modos es un tema muy interesante este y lo expones con gran claridad.

    Saludos.

  4. Trotalomas:

    Gracias majo.

    Masgüel:

    La endosimbiogénesis serial de Margulis explica algunas cosas a nivel microscópico y es aceptada bajo esas acotaciones por el grosso de la comunidad científica. Sí que es cierto que las mitocóndrias y, seguramente, muchos más componentes de las células, han surgido así. No hay problema alguno.

    El problema está si pretendes explicar de este modo cómo evolucionan los osos pardos… ¿se comieron los osos a otros animales, no los digirieron y los llevan dentro?

    No sólo está la alternativa de Margulis a la selección natural, también está la deriva génica de Kimura o incluso han salido algunas formas de lamarckismo, o también hay casos desde la epigenética en los que sería discutible hablar de selección natural. Pero es que, ni el mismo Darwin aceptaba la selección como único motor evolutivo (de hecho él murió lamarckista). Aún así, el 99,9% de los cambios evolutivos se siguen explicando bien desde el darwinismo y, es más, yo creo que no hay contradicción alguna. Las células que incluyen elementos fagocitados son, a fin de cuentas, seleccionadas por el medio. Lo único que cambia es que no han evolucionado por factores génicos (aún así no lo tengo tan claro pues para que la célula no digiera a su huésped y lo incorpore de modo permanente seguramente que hay cambios en el genoma, si bien reconozco que no lo sé).

    Así que creo que, a día de hoy y dado el estado de la ciencia, lo más honesto es, en el campo de la biología, ser un darwinista heterodoxo, abierto a todas las excepciones que la gran maravilla que es el mundo natural, ofrece.

    PD: busca información de un bichillo que se llama Wolbachia, vas a flipar con lo que hace.

  5. Masgüel dice:

    Pere Alberch, un representante español de la evo devo, decía que la selección natural decide quién gana, pero las constricciones del desarrollo embrionario deciden quién juega. La diferencia con la ortodoxia neodarwinista no es banal, porque supone una explicación internalista de la variabilidad morfológica.

    El problema de la hipótesis que defiende la mutación genética como fuente de las formas biológicas es que es una de esas ideas que una comunidad científica acepta casi en bloque durante décadas, aunque carezca de corroboración experimental, simplemente porque se adecúa a su interpretación general del mundo (en este caso, mecanicista), hasta que alguien por fín se pone a jugar con mutágenos y descubre que nones.

    Yo no tengo la más remota idea de cómo se produce la evolución de las especies, pero es cierto que al neodarwinismo le están saliendo enanos por todas partes.

  6. Masgüel dice:

    Si no he entendido mal la simbiogénesis, la especiación de los organismos pluricelulares también se debe a un intercambio genético con bacterias. En una de las conferencias TED escuché a una bióloga afirmar que de nuestro cuerpo sólo el 10% de las células y el 1% del genoma son humanos. El resto corresponde a las bacterias con las que vivimos en simbiosis.

  7. La perspectiva evo-devo no supone contradicción alguna con la selección natural, sólo nos diría que hay selección natural también a nivel embriológico. Por la epigenética sabemos que hay muchos factores, quizá de vital importancia, que regulan la expresión génica, lo cual no es más que decirnos que todo no está en el estudio aislado del genoma sino que importa mucho su relación con el entorno a todos los niveles.

    “En una de las conferencias TED escuché a una bióloga afirmar que de nuestro cuerpo sólo el 10% de las células y el 1% del genoma son humanos. El resto corresponde a las bacterias con las que vivimos en simbiosis”

    Esta interpretación juega con las cifras. Los seres humanos tenemos más bacterias Escherichia coli que células propias porque la digestión es un proceso muy acaparador pero el número no dice nada. También somos un 70% de agua… ¿Tenía por eso razón Tales? Y es que con el concepto de simbiosis se puede jugar mucho. Con un poco de retórica mi pulmón está en simbiosis con mi sistema cardiovascular y éste con mis riñones… ¡¡¡Todo es simbiosis!!!

    Vuelvo a decirte que la inmensa mayoría de los cambios evolutivos se explican muy bien desde el darwinismo. Te digo que si no fuera así yo sería el primero que me hacía margulista ya que no me une ningún lazo sentimental ni nada por el estilo al darwinismo.

  8. Entonces, ¿qué fue antes? ¿Un genoma complejo que se replica o un genoma corto y protegido de la catástrofe de errores?

    Hasta dónde yo sé, no hay respuesta a tal pregunta. Ni creo que llegue a haberla nunca. Lo cual, no obstante, no es motivo ni para el desaliento ni para el regocijo. Tal vez para una prudente mezcla de ambas cosas, cuidando siempre de mantener la compostura.

    http://antoniolopezpelaez.com

  9. yack dice:

    Una posible explicación (no la Explicación) sería la Panspermia. Podría ocurrir que la vida, tal como la conocemos aquí es inexplicable en términos de generación espontanea en el marco temporal que ofrece este planeta.

    Saludos.

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