Simetrías

Publicado: 18 febrero 2015 en Evolución
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Al observar la morfología de los seres vivos encontramos regularidades, simetrías y repeticiones por doquier. Gran parte de los seres vivos tienen simetría bilateral (los lados izquierdo y derecho son iguales), también existen muchos animales formados por segmentos que se repiten a lo largo de su estructura (por ejemplo, los artrópodos, el filo más grande del reino animal), e incluso, otros, con una impresionante simetría radial (una estructura se repite girando en torno a un eje). La regularidad es tal que un criterio para encontrar vida en un planeta remoto es encontrar estas simetrías o repeticiones. ¿Por qué? ¿Por qué los seres vivos no somos más irregulares?

La respuesta consiste en economizar. En una naturaleza en competencia los recursos suelen ser escasos, por lo que la selección natural premiará los sistemas de almacenamiento de información más económicos, aquellos que transmitan la mayor cantidad de información con los mínimos medios. Estoy seguro que, en los albores de la vida, diversos modelos de almacenamiento de información compitieron en función de su eficiencia. El modelo actual de ADN tuvo que ser el vencedor, si bien dista mucho de ser perfecto.

Generar un organismo irregular requiere mucha más información que generar uno más repetitivo. Pensemos que en un ser irregular, cada parte diferente de las otras requiere una nueva serie de instrucciones para su creación, mientras que cuantas más repeticiones tenga, menos instrucciones harán falta. En el caso de la simetría bilateral nos ahorramos, nada más y nada menos, que la mitad de las instrucciones. Creamos un lado y, simplemente, decimos: “Ahora repite lo mismo en el otro”. Desde una perspectiva mutacional, la simetría bilateral tiene otra gran ventaja. Si tenemos un insecto al que una mutación le otorga una nueva pata en uno de sus lados, si la misma mutación no le crea otra igual en el otro lado, el insecto debería esperar quién sabe cuánto tiempo biológico hasta tener una nueva mutación que cree una nueva pata en el lugar requerido. La simetría bilateral suele ir acompañada del hecho de que ciertas mutaciones afectan por igual a ambos lados: una mutación que haga aparecer dos nuevas patas y no solo una (lo que Dawkins llamará una “embriología caleidoscópica”) será mucho más beneficiosa para su portador. Esto ocurre, de forma muy ilustrativa, en los organismos segmentados: es muy económico repetir una y otra vez la misma instrucción y muy útil que una misma mutación pueda afectar por igual a muchas partes del animal. Es una idea sumamente interesante. Si, para que una mutación tenga un efecto de largo alcance, tiene que darse en fase embrionaria, una gran estrategia evolutiva consistirá en tener un desarrollo embrionario que prevea que si se van a dar mutaciones, éstas tengan el mejor efecto posible. Que las mutaciones tengan efectos bilaterales o que se repitan en muchos segmentos es un claro ejemplo de embriologías que “se llevan mejor con las mutaciones” que otras. Estamos hablando de metaevolución, de controlar los mismos mecanismos evolutivos. Igual que ahora tenemos ingeniería genética, mucho antes que nosotros ya había métodos para intervenir en el proceso evolutivo. La evolucionabilidad evoluciona.

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Pero, si la selección natural ha premiado diseños bilaterales, ¿por qué no ha premiado la simetría dorso-ventral (ser iguales por arriba y por abajo? ¿No seguiríamos ahorrando instrucciones? Tal simetría se da, por ejemplo, en organismos que viven en medios acuáticos (un atún tiene más simetría dorso-ventral que un caballo), pero en los organismos terrestres no. La razón está en que vivimos en un planeta con un suelo plano que nos atrae mediante la fuerza de la gravedad. Si vives en el suelo, tienes que adaptarte al suelo. Una babosa o un caracol son un ejemplo muy claro: por debajo son planos ya que se arrastran, mientras que por arriba no es nada útil ser también plano. Además, si tienes que desplazarte pronto desarrollarás sistemas de locomoción que se localizarán en tu parte ventral, siendo absurdo que lo hagan también en la dorsal (si eres un caballo, no tiene sentido tener patas en tu espalda). Pero si eres un organismo que, simplemente, flota en un medio líquido (una bacteria, por ejemplo) y no tienes sistema de locomoción autónomo, no hace falta que rompas tu simetría (por eso las bacterias son, en muchos casos, simples formas redondeadas: cocosbacilos).

¿Y qué pasa con la simetría anteroposterior (ser iguales por delante y por detrás)? ¿Por qué no es demasiado exitosa en la mayoría de los animales? Porque éstos pronto desarrollaron sistemas perceptivos. Si aprendes a moverte parece muy útil saber a dónde vas, por lo que obtener información sensorial de tu entorno parece esencial. Siempre que te muevas lo harás en una única dirección, por lo que es conveniente que tu aparato perceptivo esté en la parte anterior de tu organismo si te mueves hacia delante (de poco vale tener ojos en el trasero). Hay que alinear tu visión con tu movimiento. Por eso la mayoría de los animales tienen sus ojos o sus antenas delante y no detrás ni en cualquier otro lado, rompiendo así su simetría anteroposterior. Y por esa misma razón el núcleo de sus sistemas nerviosos también suele estar delante. Si lo que hace principalmente tu cerebro es procesar información sensorial, lo lógico es que esté lo más cerca posible de tus principales órganos perceptivos.

El premio a la economía informacional se lo llevan, con mucho, los radiolarios. Son un grupo de protozoos cuyas estructuras representan una intrincada red de simetrías sorprendentes, tanto por su complejidad como por su belleza. Ernst Haeckel, el Huxley alemán, nos regaló unas hermosas ilustraciones de estos seres. Por su semejanza estructural con los cristales y sus esqueletos silíceos, Haeckel pensaba erróneamente que procedían directamente de los minerales, siendo un ejemplo de paso de la vida inorgánica a la orgánica. Nada más lejos de la realidad aunque su aspecto así lo sugiera.

Haeckel_Acanthophracta

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comentarios
  1. Jose dice:

    No se si tenga que ver necesariamente con economía de instrucciones, aunque algo de eso puede haber. Esencialmente no hay motivos para pensar que algo que pasa a la izquierda sea distinto de lo que pasa a la derecha; pero sí puede ser distinto lo que pasa arriba de abajo, por lo que se requieren adaptaciones especiales. Y cuando la estrategia es ser algo duro e inmóvil como un piure, corales o esponjas, puedes ser totalmente irregular sin problemas

    No obstante, cuando lo que está “a la izquierda” es distinto de “la derecha”, la naturaleza no tiene problemas en hacer asimetrías, tal como ocurre con los peces planos (curiosidades aparte, las aves por temas de ahorro de peso tienen sólo 1 ovario; más asimetría).

    El motivo por el cual creo que las simetrías no tienen que ver necesariamente con ahorro de instrucciones se muestra sobre todo en la embriología. Cuando el cigoto empieza a dividirse van surgiendo “surcos” de división que varían de acuerdo a la cantidad de vitelo (material de reserva para el huevo). Si hay poco vitelo, las divisiones son completas (como ocurre en mamíferos), mientras que si hay mucho vitelo, las divisiones son más lentas, no completas y/o asimétricas.

    Esencialmente puedo tener un pack de instrucciones muy simples pero que sea sensible a las condiciones inmediatas, lo cual puede derivar a asimetrías sin ningún problema. Un ejemplo que quizás te pueda ser más familiar que el de embriología es el juego de la vida de Conway: las instrucciones son solamente 2, pero el diseño final dependerá de las condiciones iniciales que le demos. La embriología creo opera igual

  2. José:

    Excepciones a la simetría las hay por doquier, pero no me negarás que la simetría, sobre todo la bilateral, reina entre las morfologías de los animales. Y creo que la explicación meramente ambiental, no justifica totalmente tal éxito. No hace falta, claramente, ser simétrico por ambos lados para adaptarte al medio. ¿Por qué entonces tanto bilateralismo? Creo que la economía informacional es la mejor explicación.

    Es más, este principio de economía puede aplicarse a organismos no simétricos con más contundencia si cabe. Por ejemplo, los árboles, que no son simétricos, crecen siguiendo patrones fractales que son el culmen de la economía: “repite toda tu estructura en cada una de tus partes”. O, por ejemplo, las mismas conchas de los moluscos, sin ser simétricas, crecen siguiendo patrones matemáticos bastante simples.

    Es cierto que instrucciones muy simples pueden dar lugar a organismos asimétricos, pero el caso es que:

    1. Lo normal es la simetría.
    2. Sabemos que, lo normal, es que construir un ser muy simétrico requiere menos instrucciones que crear uno más asimétrico.

    Entonces, la conexión entre instrucciones simples y simetría será lo normal, a pesar de que existan muchas formas de conseguir asimetría con instrucciones simples.

  3. Route 66 dice:

    No creo que la naturaleza economice instrucciones. Los códigos genéticos (en general) tienen redundancias, repeticiones, instrucciones inútiles (adn “basura”). Creo, de hecho, que hay una presión selectiva para NO economizar instrucciones. Hace al organismo menos frágil ante mutaciones malas.

    El hecho de que las mismas instrucciones se ejecuten en ambos lados para formar simetría lo veo más bien como una forma de evitar errores (reduce a la mitad los posibles errores genéticos), que una forma de economizar. Así, la misma necesidad de evitar errores, haría que los seres fueran simétrico, y no economizaran instrucciones en el ADN.

  4. Jose dice:

    Cuidado Santiago… El proyecto ha sido fuertemente criticado…Te dejo este link, un buen blog de divulgación cientifica y coloca un enlace a un paper bastante demoledor y mordaz. Creo que debe ser la única ve que me reí al leer un paper…

    El ADN basura está bastante vivo

    http://paleofreak.blogalia.com/historias/73055

  5. Jose dice:

    Algunas frases para el bronce del paper:

    “The ENCODE results were predicted by one of its authors to necessitate the rewriting of textbooks. We agree, many textbooksdealing with marketing, mass-media hype, and public relations may well have to be rewritten”.

    “According to Eric Lander, a Human Genome Project luminary, ENCODE is the “Google Maps of the human genome” (Durbin et al. 2010). We beg to differ, ENCODE is considerably worse than even Apple Maps.”

    Inusualmente agresivo para la academia, pero probablemente gatillado por la propia prepotencia de la gente de Encode

  6. José:

    Gracias, no tenía ni idea. Esta es la historia de una mala praxis de divulgación científica. 😦

  7. Ananías de Cantimplela dice:

    La simetría es un concepto matemático. No existe en sentido estricto en el mundo de los seres vivos. Todas las figuras presentadas, por ejemplo las de los radiolarios, son esencialemte asimétricas y no superan la prueba del algodón de la simetría. Es falso que los lados derechos sean iguales a los izquierdos como se afirma. Los seres vivos son esencialmente asimétricos. Pongamos un ejemplo práctico. Observemos detenida y concienzudamente nuestros dedos gordos de las manos juntos ante nuestros ojos a una distancia ideal de 15 cm. Al cabo de un minuto seremos absolutamente concientes de la enormidad de direfencias entre ambos. Las diferencias y desemejanzas se impondrán con rotundidad a cualquier consideración previa y poco meditada de simetría, igualdad o semejanza . Pues bien, esto ocurre a todas las escalas. Por lo tanto cualquier análisis de la realidad biológica que presuponga o parta de realidades simétricas está abocado a la esterilidad, al autoengaño y a la manipulación de pruebas para afrontar la realidad absolutamente asimétrica – por no decir cáotica (el caos hesiódico origen de todo) – que nos rodea.
    Sé que esto choca con lo expuesto pero son tantos los palos recibidos a lo largo de la vida en el acceso al conocimiento que uno ha aprendido a que no se la den con queso con esa facilidad que consiste en someterse inocentemente a la apariencia.

  8. Ananías:

    Ya sabemos que no existe la simetría perfecta o absoluta en la naturaleza. Pero que no exista al milímetro, no quita ninguna validez al hecho de que la “simetría aproximada” de la que gozan la inmensa mayoría de los seres vivos sea un hecho notable que requiera explicación.

  9. Jose dice:

    Un argumento a favor de la explicación ambiental como causal principal de la simetría es ver que la simetría es sólo externa.

    Internamente los organismos no son simétricos: tenemos 1 corazón (desigual en tamaño), 2 pulmones desiguales, 1 hígado, etc… Internamente no somos una imagen especular de nosotros mismos. Eso pone en relieve que la economía de recursos puede ser menos relevante que la influencia ambiental como causal de la simetría

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