Una razón inesperada para la existencia de formas de vida complejas.
Charles Darwin ni siquiera tenía 30 años cuando ya había logrado formar las bases de la teoría de la evolución. Pero no reveló su razonamiento al mundo hasta que cumplió 50 años. Durante dos décadas, reunió metódicamente evidencia para su teoría y encontró respuestas a todos los argumentos escépticos que podía imaginar. Y el contraargumento más esperado fue que un proceso evolutivo gradual no podría conducir al surgimiento de ciertas estructuras complejas.Toma el ojo humano. Se compone de muchas partes: retina, lente, músculos, gelatina, etc. - y todos deben interactuar para proporcionar visión. Dañar una parte, y esto puede conducir a la ceguera. El ojo funciona solo si todas sus partes tienen el tamaño y la forma correctos para trabajar juntos. Si Darwin tenía razón, entonces el ojo complejo evolucionó de predecesores más simples. En El origen de las especies, Darwin escribió que esta idea "parece, y lo admito abiertamente, increíblemente absurda".Pero Darwin pudo ver el camino para la evolución de la complejidad. En cada generación, las propiedades de los individuos variaban. Algunas opciones aumentaron su supervivencia y les permitieron dejar más descendencia. A través de las generaciones, estas ventajas se han generalizado, es decir, han sido "seleccionadas". Emergiendo y extendiéndose, las nuevas variantes podrían jugarse con anatomía y generar estructuras complejas.Darwin argumentó que el ojo humano podría evolucionar a partir de un simple parche de tejido que responde a la luz, como lo han hecho las lombrices de hoy. La selección natural podría convertir esta área en un receso capaz de reconocer la dirección de la luz. Entonces, una propiedad adicional funcionaría con la profundización adicional, adaptando el organismo a las condiciones circundantes, y este antepasado intermedio del ojo se transmitiría a las generaciones posteriores. Paso a paso, la selección natural conduciría a un aumento de la complejidad, ya que cada forma intermedia tendría una ventaja sobre la anterior.El razonamiento de Darwin sobre el origen de la complejidad encontró apoyo en la biología moderna. Hoy, los biólogos pueden examinar el ojo y otros órganos en detalle, y a nivel molecular encuentran proteínas extremadamente complejas que se combinan para formar estructuras que son sorprendentemente similares a las cintas transportadoras, motores y válvulas. Tales sistemas intrincados de proteínas podrían provenir de sistemas más simples cuando la selección natural juega a favor de las variantes intermedias.Pero recientemente, algunos científicos y filósofos han sugerido que la complejidad puede aparecer de otras maneras. Algunos sostienen que la vida tiende a volverse más compleja con el tiempo. Otros sugieren que en el proceso de aparición de mutaciones aleatorias, la complejidad es un efecto secundario, incluso sin la ayuda de la selección natural. Dicen que la complejidad no es solo el resultado de millones de años de ajuste a través de la selección natural, un proceso que Richard Dawkins llamó el "relojero ciego". Se puede decir que esto simplemente sucede.Suma de partes cambiables
Los biólogos y filósofos han reflexionado sobre la evolución de las estructuras complejas durante décadas, pero según Daniel W. McShea, un paleobiólogo de la Universidad de Duke, se vieron obstaculizados por la vaguedad de las definiciones. “El problema no es solo que no saben cómo cuantificar esto. No saben a qué se refieren con esa palabra ", dice Makshey.Makshey ha estado trabajando en este tema durante varios años con Robert N. Brandon en la Universidad de Duke. Makshey y Brandon sugieren prestar atención no solo a la cantidad de partes que componen los organismos, sino también a los tipos de estas partes. Nuestros cuerpos están formados por 10 billones de células. Si todos fueran del mismo tipo, seríamos un montón de protoplasma sin características. En cambio, tenemos células musculares, glóbulos rojos, células de la piel, etc. Incluso en un órgano puede haber diferentes tipos de células. Hay 60 tipos diferentes de neuronas en la retina, cada una de las cuales realiza su tarea. Este enfoque nos permite decir que las personas son excepcionalmente más complejas que un animal como una esponja, que tiene solo seis tipos de células.Una de las ventajas de esta definición es la capacidad de medir la complejidad de varias maneras. En nuestros esqueletos hay diferentes tipos de huesos, cada uno de los cuales tiene una determinada forma. Incluso la columna vertebral consta de varias partes, desde las vértebras del cuello que sostienen la cabeza hasta las que sostienen el pecho.En su libro de 2010, Biology's First Law, Makshey y Brandon describieron una forma en que se pueden crear estructuras complejas que se definen de esta manera. Argumentan que varias partes, más o menos similares al comienzo, deberían comenzar a diferir con el tiempo. Cuando los organismos se reproducen, uno o más de sus genes pueden mutar. A veces, debido a mutaciones, aparecen nuevos tipos de partes. Si el cuerpo tiene más componentes, tienen la oportunidad de comenzar a diferir. Después de copiar accidentalmente un gen, su duplicado puede detectar mutaciones que no están en el gen original. Entonces, comenzando con un conjunto de partes idénticas, puede ver cómo gradualmente comienzan a diferir más y más entre sí. Es decir, la complejidad del cuerpo aumenta.El aumento de la complejidad puede ayudar al cuerpo a sobrevivir mejor o dejar más descendencia. En este caso, la selección natural recogerá esta tendencia y la extenderá a la población. Por ejemplo, en los mamíferos, el sentido del olfato funciona al unir las moléculas de olor a los receptores en las terminaciones nerviosas de la nariz. Los genes receptores se han duplicado continuamente durante millones de años. Nuevas copias mutan y permiten a los mamíferos oler más aromas. Los animales que dependen de aromas, como ratones y perros, tienen más de 1000 genes para estos receptores. Por otro lado, la complejidad puede ser una carga. Las mutaciones pueden, por ejemplo, cambiar la forma de las vértebras, lo que dificultará la rotación de la cabeza. La selección natural evitará que estas mutaciones se propaguen sobre la población. Los organismos que nacen con estas propiedades generalmente morirán antes de la reproducción,y de ese modo eliminar las propiedades maliciosas de la circulación. En estos casos, la selección natural funciona contra la complejidad.A diferencia de la teoría habitual de la evolución, la teoría de Maxey y Brandon muestra un aumento de la complejidad incluso en ausencia de selección natural. Consideran que esta es una ley fundamental de la biología, quizás la única. Lo llamaron la ley de la evolución de fuerza cero.Prueba de drosophila
Recientemente, Makshey y Leonore Fleming, un estudiante graduado en la Universidad de Duke, probaron la ley de evolución de fuerza cero. Las moscas de Drosophila se convirtieron en sujetos. Durante más de cien años, los científicos han cultivado bandadas de tales moscas para su uso en experimentos. En las casas de laboratorio, las moscas llevan una vida mimada; tienen una fuente constante de alimentos y un clima cálido y uniforme. Sus parientes salvajes tienen que lidiar con el hambre, los depredadores, el frío y el calor. La selección natural interviene activamente en la vida de las moscas salvajes, eliminando mutaciones que no les permiten hacer frente a sus muchas pruebas. En un entorno de laboratorio protegido, la selección natural está muy poco manifestada.Los Drosophila de laboratorio son más complejos que los salvajes, porque incluso las mutaciones fallidas se propagan en un entorno protegido. Esta mosca tiene ojos en forma de rectángulos,
más pequeños que las moscas comunes.La ley de la evolución de fuerza cero da una predicción clara: en los últimos cien años, las moscas de laboratorio han sufrido una eliminación más débil de mutaciones adversas, y por lo tanto deberían haberse vuelto más complejas que las salvajes.Fleming y Makshey estudiaron la literatura científica en 916 genealogías de moscas de laboratorio. Llevaron a cabo muchas dimensiones de la complejidad de cada población. Recientemente informaron en la revista Evolution & Development que las moscas de laboratorio eran realmente más duras que las salvajes.Aunque algunos biólogos apoyan la ley de evolución de fuerza cero, Douglas Erwin, un destacado paleontólogo del Museo Nacional de Historia Natural del Smithsonian, cree que tiene serios defectos. "Uno de sus supuestos principales no funciona", dijo. Según la ley, la complejidad puede aumentar en ausencia de selección. Pero esto sería cierto solo si los organismos pudieran existir fuera de la influencia de la selección. En la vida real, incluso si los científicos que los adoran los cuidan ciegamente, la selección aún funciona. Para que un animal como una mosca se desarrolle correctamente, cientos de genes deben interactuar en un sistema complejo, convirtiendo una célula en muchas, desarrollando varios órganos, etc. Las mutaciones pueden interrumpir esta coreografía y evitar que las moscas crezcan en adultos viables.Un organismo puede existir sin una selección externa, sin que el entorno determine quién ganó y quién perdió en la carrera evolutiva, pero aún se someterá a una selección interna que tiene lugar dentro de los organismos. Erwin cree que en el nuevo trabajo, Maxey y Fleming no proporcionan evidencia de su ley, porque "consideran solo opciones para adultos". Los investigadores no tienen en cuenta los mutantes que murieron por discapacidades del desarrollo antes de alcanzar la madurez, a pesar de la partida de los científicos.Algunos insectos tienen patas desiguales. Otros tienen patrones de alas complejos. La forma de los segmentos de sus antenas está cambiando. Liberados de la selección natural, caminaron en complejidad.Otra objeción de Erwin y otros críticos: la opción de complejidad de Makshe y Brandon no es consistente con la forma en que la mayoría de la gente la define. Después de todo, el ojo está determinado no solo por la presencia de varias partes. Estas partes, trabajando juntas, realizan un trabajo, y cada una de ellas tiene su propia tarea. Pero Maxey y Brandon creen que la complejidad que estudian puede conducir a otros tipos de complejidad. "La complejidad que observamos en la población de Drosophila sirve como base para fenómenos muy interesantes que puede conducir la selección", para construir estructuras complejas que funcionen para garantizar la supervivencia, dice Makshey.Complejidad molecular
Como paleobiólogo, Makshey se utiliza para reflexionar sobre la complejidad que se encuentra en los fósiles, por ejemplo, los huesos que forman el esqueleto. En los últimos años, varios biólogos moleculares han comenzado a especular independientemente sobre las causas de la complejidad en la misma línea que él.En la década de 1990, un grupo de biólogos canadienses comenzó a estudiar el hecho de que no había un efecto visible de ciertas mutaciones en el cuerpo. En la jerga de la biología evolutiva, se llaman neutrales. Los científicos, entre los que se encontraba Michael Gray, de la Universidad de Dalhousie en Halifax, sugirieron que estas mutaciones podrían conducir a la aparición de estructuras complejas, evitando las opciones intermedias seleccionadas por su ayuda para adaptar el cuerpo al medio ambiente. Llamaron a este proceso "evolución neutral constructiva".Gray se inspiró en estudios recientes que ofrecen evidencia muy interesante de la existencia de una evolución neutral constructiva. Uno de los líderes en este estudio es Joe Thornton, de la Universidad de Oregon. Él y sus colegas encontraron un ejemplo de tal evolución en las células fúngicas. En hongos como el bicúspide de champiñón , las células necesitan mover átomos de un lugar a otro para mantener la vida. Para esto, en particular, usan bombas moleculares llamadas "complejo de trifosfato de adenosina vacuolar" [V-ATPasa]. Un anillo de proteína giratorio envía átomos de un lado de la membrana en el hongo al otro. Este anillo es obviamente una estructura compleja. Contiene seis moléculas de proteínas. Cuatro de ellos consisten en la proteína Vma3, el quinto - Vma11, el sexto - Vma16. Y los tres tipos de proteínas son necesarios para la rotación del anillo.
Corrección de errores
Gray descubrió otro ejemplo más de evolución constructiva neutral en la forma en que muchas especies editan sus genes. Cuando las células necesitan crear una proteína, copian el ADN de su gen en ARN, una copia de ADN de una sola cadena, y luego usan enzimas especiales para reemplazar algunas partes del ILV (nucleótidos) con otras. La edición de ARN es necesaria para muchas especies, incluidos nosotros: los ARN sin editar producen proteínas que no funcionan. Pero esto sigue siendo extraño: ¿por qué simplemente no tenemos genes con la secuencia inicialmente correcta que eliminaría la necesidad de editar ARN?El escenario de evolución de ARN propuesto por Gray es el siguiente: la enzima muta de tal manera que puede unirse al ARN y cambiar ciertos nucleótidos. Esta enzima no daña y no ayuda a la célula, al menos no al principio. En ausencia de daño, persiste. Una mutación dañina ocurre más tarde en el gen. Afortunadamente, la célula ya tiene una enzima que se une al ARN que puede compensar esta mutación editando el ARN. Protege a la célula del daño de la mutación y permite que se transmita a la próxima generación y se extienda a toda la población. La evolución de una enzima de edición de ARN, y la mutación que fue reparada por ella, no fue una consecuencia de la selección natural, dice Gray. Por el contrario, este nivel adicional de complejidad surgió por sí solo: "neutral". Después de su propagación, ya no era posible deshacerse de él.David Speijer, bioquímico de la Universidad de Amsterdam, cree que Gray y sus colegas le han hecho un favor a la biología al expresar la idea de una evolución constructiva neutral, especialmente al poner en duda que la complejidad debe ser adaptativa. Pero a Speyer le preocupa que en algunos casos estén presionando demasiado su idea. Por un lado, cree que las bombas en hongos son un buen ejemplo de evolución constructiva neutral. "Cualquier persona razonable estará completamente de acuerdo con esto", dice. En otros casos, como la edición de ARN, los científicos, en su opinión, no deben descartar la posibilidad de participar en la selección natural, incluso si esta complejidad parece inútil.Gray, Makshey y Brandon reconocen el importante papel de la selección natural para aumentar la complejidad que nos rodea, desde la bioquímica inherente a las plumas hasta las fábricas de fotosíntesis contenidas en las hojas de los árboles. Pero esperan que su investigación convenza a otros biólogos de ir más allá de la selección natural y vean la posibilidad de que mutaciones aleatorias puedan alimentar independientemente la evolución de la complejidad. "No estamos descartando el papel de la adaptación en este proceso", dice Gray. "Simplemente no creemos que ella pueda explicar todo". Source: https://habr.com/ru/post/es401953/
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