Evolución liberada

¿Debería revisarse seriamente la biología evolutiva, o no hay una "revolución" a la vista?

Cuando los investigadores de la Universidad de Amory en Atlanta entrenaron a los ratones para alarmarse por el olor a almendras (mediante descargas eléctricas), descubrieron con horror que los hijos y nietos de estos ratones también tenían miedo del olor a almendras. Pero esto no debería ser. A muchas generaciones de escolares se les dijo que era imposible heredar las propiedades adquiridas. Un ratón no puede nacer con el conocimiento adquirido por sus padres: es como si un ratón que perdiera la cola durante un accidente daría a luz a un ratón sin cola.

No hay nada vergonzoso en no saber sobre el estado de la biología evolutiva moderna, a menos que, por supuesto, usted sea biólogo. Se remonta a la síntesis de las ciencias, que surgió en 1940-60, unió el mecanismo de selección natural , descubierto por Charles Darwin , con el descubrimiento de la herencia de genes de Gregor Mendel . El enfoque tradicional, que aún prevalece, sugiere que la adaptación, todo, desde el cerebro humano hasta la cola del pavo real, se explica completa y satisfactoriamente por la selección natural (y la herencia posterior). Sin embargo, con el advenimiento de nuevas ideas de la genómica , la epigenética y la biología del desarrollo, la mayoría de los evolucionistas están de acuerdo en que su campo de conocimiento está cambiando. Muchos datos sugieren que el proceso de evolución es mucho más complejo de lo que se pensaba.

Muchos especialistas en biología evolutiva , incluido yo mismo, exigen ampliar la descripción de la teoría de la evolución a la llamada "síntesis evolutiva extendida" (EES). La pregunta principal es si qué les sucede a los organismos durante su vida, su desarrollo, un papel importante y previamente imprevisto en la evolución. La opinión ortodoxa dijo que el proceso de desarrollo en su mayor parte no está relacionado con la evolución, pero las opiniones de RES lo consideran el más importante. Los partidarios autorizados y eminentes de ambos enfoques se reúnen en ambos lados de esta disputa; los principales profesores de las universidades de la liga de hiedra y los miembros de las academias estatales se enfrentan por mecanismos evolutivos. Algunas personas incluso comienzan a sospechar que se está gestando una revolución en esta área.

En su libro On the Nature of Man (1978), el biólogo evolutivo Edward Wilson afirmó que la cultura humana está sujeta a una correa genética. Esta metáfora ha sido controvertida por dos razones. Primero, como veremos, es igualmente cierto que la cultura mantiene los genes atados. En segundo lugar, si el aprendizaje cultural está influenciado por las tendencias genéticas, las diferencias genéticas existentes pueden explicar pocas diferencias culturales.

Sin embargo, esta frase puede explicar mucho. Imagine a una persona (genes) caminando e intentando controlar un mastín muscular (cultura humana). La trayectoria de este par (el camino de la evolución) refleja el resultado de su lucha. Ahora imagine que la misma persona está luchando contra varios perros que caminan con correas de diferentes longitudes, con cada perro tirando de él en su dirección. Estos sorbos representan la influencia de factores de desarrollo: epigenética, anticuerpos, hormonas transmitidas por los padres, así como el patrimonio ecológico y cultural.
Las bandadas de perros incluyen herencia epigenética, cultural y ambiental, así como la influencia de los padres y la plasticidad cerebral

Una persona peleando con un perro caminando es una buena metáfora de cómo RES describe el proceso de adaptación. ¿Requiere esto una revolución en la evolución? Para responder a esta pregunta, debe comprender cómo funciona la ciencia. Y aquí las autoridades no son biólogos, sino filósofos e historiadores de la ciencia. El libro de Thomas Kuhn La estructura de las revoluciones científicas (1962) popularizó la idea de que la ciencia está cambiando a través de las revoluciones en la comprensión. Se creía que estos "cambios de paradigma" siguen a la crisis de confianza en la vieja teoría, que se manifiesta durante la acumulación de datos en conflicto.

También está Karl Popper , y su hipótesis de que las teorías científicas no se pueden probar, pero se pueden refutar o falsificar . Considere la hipótesis: "Todas las ovejas son blancas". Popper argumentó que ninguna cantidad de evidencia que confirme esta hipótesis puede servir como prueba, ya que es imposible excluir la posibilidad de que en el futuro haya evidencia que la contradiga; Por el contrario, observar una sola oveja negra definitivamente refutará esta hipótesis. Argumentó que los científicos deberían esforzarse por realizar experimentos cruciales que potencialmente podrían refutar su teoría.

Y aunque las ideas de Kuhn y Popper son bien conocidas, desde el punto de vista de filósofos e historiadores siguen siendo controvertidas. El estado actual de estas áreas es mejor formulado por el filósofo húngaro Imre Lakatos en el libro "Metodología de la Investigación Científica" (1978):

La historia de la ciencia refuta tanto a Popper como a Kuhn: tras una inspección más cercana, el criterio de Popper y la revolución de Kuhn resultan ser mitos.

El argumento de Popper puede parecer lógico, pero no siempre corresponde a cómo funciona la ciencia en el mundo real. Las observaciones científicas están sujetas a errores de medición; los científicos son personas apegadas a sus teorías; Las teorías científicas pueden ser infernalmente complicadas, debido a esto, la evaluación de hipótesis científicas es terriblemente confusa. En lugar de aceptar que nuestra hipótesis puede estar equivocada, criticamos la metodología ("Esta oveja no es negra, su instrumento está equivocado"), discutimos sobre la interpretación ("La oveja está sucia"), presentamos correcciones a la hipótesis ("Tengo mente ovejas domesticadas, no muflones salvajes "). Lakatos llama a tales correcciones y accesorios "una hipótesis auxiliar"; los científicos los proponen para proteger las ideas "básicas" para que no sean rechazadas.

Tal comportamiento es claramente discernible en el debate científico sobre la evolución. Tome la idea de que las nuevas propiedades adquiridas por el cuerpo a lo largo de la vida pueden transmitirse a la próxima generación. Esta hipótesis se hizo ampliamente conocida a principios del siglo XIX gracias al biólogo francés Jean-Baptiste Lamarck, quien la utilizó para explicar la evolución. Sin embargo, durante mucho tiempo se creyó que se había refutado experimentalmente, hasta el punto de que el término "lamarckiano" tiene una connotación despectiva en los círculos evolutivos, y cualquier investigador que exprese simpatía por esta idea, de hecho, recibe el estigma de un "excéntrico". La sabiduría adquirida por los padres no puede influir en la caracterización de su descendencia.

Eso es realmente posible. La forma en que la expresión génica forma el fenotipo del cuerpo, sus características reales, está influenciada por los químicos que se unen a los genes. Todo, desde la dieta hasta la contaminación del aire y el comportamiento de los padres, puede afectar la adición o eliminación de estos marcadores químicos, lo que puede hacer que los genes se activen y desactiven. Por lo general, estos llamados Los aditivos "epigenéticos" se eliminan durante la producción de esperma y óvulos, pero resulta que algunos de ellos escapan de la descarga y pasan a la siguiente generación junto con los genes. Este proceso se conoce como "herencia epigenética", y cada vez más investigaciones confirman su realidad.

Volvamos a los ratones, que tenían miedo a las almendras. A los ratones se les permitió heredar el miedo mediante una etiqueta epigenética transmitida en el semen. En 2011, otro estudio inusual informó que los gusanos responden al contacto con el virus, produciendo factores que ahogan el virus, químicos que lo apagan, pero, curiosamente, las generaciones posteriores de gusanos heredan epigenéticamente estos químicos a través de moléculas reguladoras conocidas como " ARN pequeño ". Ahora hay cientos de estudios similares, muchos de ellos publicados en las revistas más prestigiosas y conocidas. Los biólogos discuten si la herencia epigenética es lamarckiana, o si solo se parece a ella , pero el hecho mismo de la herencia de las características adquiridas no se puede evitar.

Según la lógica de Popper, la única demostración experimental de la herencia epigenética, la única oveja negra, debería ser suficiente para convencer a los biólogos evolucionistas de la posibilidad de esto. Sin embargo, en su mayor parte, los biólogos evolutivos no se han apresurado a cambiar sus teorías. En cambio, como sugirió Lacatos, se nos ocurrieron hipótesis auxiliares que nos permiten mantener nuestro punto de vista de larga data (es decir, que la herencia se debe a la transferencia de genes de generación en generación). Esto incluye ideas sobre la rareza de la herencia epigenética, que no afecta a las propiedades funcionalmente importantes, que está controlada por la genética y que es demasiado inestable para soportar la propagación de propiedades a través de la selección.

Desafortunadamente para los tradicionalistas, estos intentos de limitar la herencia epigenética no parecen convincentes. Ya se sabe que la epigenética es muy común en la naturaleza, y cada día aparecen más y más ejemplos. Afecta propiedades funcionalmente importantes, como el tamaño del fruto, el tiempo de floración y el crecimiento de las raíces en las plantas, y aunque solo una pequeña fracción de las variantes epigenéticas son adaptativas, lo mismo es cierto para las variantes genéticas, por lo que tales bases son poco adecuadas para descartar esto proceso En algunos sistemas, donde la tasa de cambios epigenéticos se midió cuidadosamente, por ejemplo, una planta de segador de Tal (Arabidopsis thaliana), la tasa resultó ser lo suficientemente baja como para que ocurriera la selección, lo que llevó a una evolución acumulativa. Los modelos matemáticos muestran que los sistemas con herencia epigenética no evolucionan como los sistemas que dependen únicamente de la herencia genética; por ejemplo, la selección de marcadores epigenéticos puede provocar cambios en la frecuencia de los genes. Ya no hay ninguna duda de que la herencia epigenética nos obliga a cambiar nuestro enfoque para el estudio de la evolución.

La epigenética es solo una parte de la historia. De la cultura y la sociedad, todos heredamos el conocimiento y las habilidades adquiridas por nuestros padres. Los biólogos evolucionistas aceptaron este hecho hace al menos cien años, pero hasta hace poco, se creía que esto solo se aplica a las personas. Pero esto no es tan sencillo : las diversas criaturas del reino animal adoptan socialmente la dieta, la tecnología alimentaria, la evitación de depredadores, la comunicación, la migración, las opciones de apareamiento y los lugares de reproducción. Cientos de estudios experimentales han demostrado la disponibilidad de aprendizaje social en mamíferos, aves, peces e insectos.

Entre los datos más interesantes se encuentran los estudios sobre el cruce de grandes pechos y bluebreaks comunes . Cuando los representantes de una especie son criados por representantes de otra, cambian varios aspectos del comportamiento, acercándose al comportamiento de sus padres adoptivos (incluida la altura de los árboles donde se alimentan, su elección de presa, método de alimentación, llamada y canción, e incluso la elección de una pareja de apareamiento). Todos asumieron que las diferencias de comportamiento entre las dos especies eran genéticas, pero resultó que muchas tradiciones son culturales.

En animales, la cultura puede durar sorprendentemente larga. Los restos arqueológicos muestran que los chimpancés usaron herramientas de piedra para abrir nueces durante al menos 4300 años. Sin embargo, para la herencia epigenética, sería erróneo suponer que el cultivo animal debe exhibir una estabilidad similar a la genética y ser evolutivamente significativo. En el proceso de una sola temporada de apareamiento, se pueden desarrollar características en cualidades que los individuos encuentran atractivas en sus parejas; Este proceso se ha demostrado experimentalmente para moscas de la fruta, peces, aves y mamíferos, y los modelos matemáticos muestran que tal "copia de la elección de la pareja" puede afectar en gran medida la selección sexual.

Otra ilustración vino del campo del canto de los pájaros. Cuando los machos jóvenes aprenden sus canciones (generalmente de machos cercanos), cambian la presión de los genes a través de la selección natural, lo que afecta cómo los machos adquieren las canciones y qué canciones prefieren las hembras. Se sabe que la transmisión cultural de canciones fomenta la evolución del parasitismo de la eclosión, cuando las aves, como los cuclillos, no hacen sus nidos y ponen huevos a otras aves, cuando algunas de estas aves parásitas dependen del entrenamiento cultural para elegir una pareja. También promueve la especiación, ya que las preferencias de ciertos "dialectos" de las canciones ayudan a mantener las diferencias genéticas de las poblaciones.

Del mismo modo, el conocimiento adquirido culturalmente sobre la alimentación de las orcas, cuando diferentes grupos se especializan en diferentes tipos de peces, lobos marinos o delfines, conduce a su división en varias especies. Por supuesto, la cultura alcanza su máximo potencial para nuestra especie: ya es bien sabido que nuestros hábitos culturales fueron la razón principal de la selección natural que se produjo en nuestros genes. La producción de productos lácteos y el consumo de leche llevaron a la selección de una variante genética que aumenta la producción de lactasa (una enzima necesaria para la absorción de productos lácteos), y las dietas agrícolas con almidón contribuyeron a un aumento de la amilasa (la enzima correspondiente que descompone el almidón).

Todas estas dificultades no pueden conciliarse con el enfoque exclusivamente genético de la evolución adaptativa, como muchos biólogos ya han reconocido. Indican que el proceso evolutivo en el que los genomas (en cientos y miles de generaciones), las modificaciones epigenéticas y los factores culturales heredados (en varias, quizás decenas o cientos de generaciones) y los efectos parentales (durante una sola generación) indican juntos características de adaptación de organismos. Estos tipos de herencia extragenéticos brindan a los organismos la flexibilidad de adaptarse rápidamente al medio ambiente y conllevan cambios genéticos, al igual que una jauría ruidosa de perros.

A pesar de todos estos nuevos datos interesantes, es poco probable que comiencen una revolución en la evolución, porque la ciencia no funciona así, al menos el estudio de la evolución. El cambio de paradigma de Kunovsky, como los experimentos críticos de Popper, está más cerca de los mitos que de la realidad. Estudie la historia de la biología evolutiva y no verá nada parecido a una revolución. Incluso la aceptación general de la teoría de la evolución de Charles Darwin a través de la selección natural tomó cerca de 70 años de la comunidad científica, y a principios del siglo XX la miraron con gran escepticismo. En las siguientes décadas, aparecieron nuevas ideas, fueron evaluadas críticamente en la comunidad científica y gradualmente se unieron al conocimiento existente. En su mayor parte, la biología evolutiva se ha actualizado sin experimentar períodos de "crisis" particulares.

Lo mismo está sucediendo hoy. La herencia epigenética no refuta la genética, pero muestra que es solo uno de varios mecanismos de herencia de propiedades. No conozco un solo biólogo que quiera romper libros de texto o tirar la selección natural. El debate sobre la biología evolutiva se trata de si queremos ampliar nuestra comprensión de las causas de la evolución, y si cambian la forma en que vemos el proceso en su conjunto. En este sentido, la "ciencia ordinaria" está sucediendo.

¿Por qué entonces los tradicionalistas entre los biólogos evolucionistas se quejan de errar los evolucionistas radicales haciendo campaña por un cambio de paradigma? ¿Por qué los periodistas escriben artículos sobre científicos que piden una revolución en la biología evolutiva? Si nadie necesita una revolución, y las revoluciones científicas rara vez ocurren en cualquier caso, ¿por qué tanto alboroto? La respuesta a esta pregunta ofrece una comprensión muy interesante de la sociología en biología evolutiva.

Una revolución en la evolución es un mito promovido por la improbable alianza de evolucionistas conservadores, creacionistas y medios de comunicación. No tengo dudas de que hay un pequeño número de radicales sinceros y revolucionarios, pero la mayoría de los investigadores que trabajan en la dirección de la síntesis evolutiva avanzada son simples trabajadores de la biología evolutiva.

Todos saben que las sensaciones venden bien los periódicos, y los artículos que presagian grandes trastornos se están volviendo populares. Los creacionistas y los defensores de la "creación racional" alimentan esta impresión con propaganda que exagera las diferencias de opinión entre los evolucionistas y da una falsa impresión de los cataclismos que ocurren en el campo de la biología evolutiva. Lo que es aún más sorprendente es cómo los biólogos conservadores afirman que sus colegas evolutivos están librando una guerra contra ellos. Retratar a tu oponente como extremista y decirle a la gente cómo están siendo atacados es una vieja táctica retórica destinada a ganar una disputa o ganar adeptos.

Siempre he asociado tales juegos con la política, no con la ciencia, pero ahora entiendo que era ingenuo. Algunos de los fraudes detrás de escena que observé, diseñados para evitar la difusión de nuevas ideas por todos los medios, me sorprendieron y no correspondían a la práctica en otras áreas de la ciencia que conocía. Los científicos también están en juego en carreras y patrimonio, así como en financiamiento, influencia y poder. Me molesta que la retórica de los tradicionalistas sea contraproducente, genere confusión y alimente involuntariamente el creacionismo, exagerando el tamaño de las probabilidades.Demasiados científicos respetados sienten la necesidad de cambios en la biología evolutiva, de modo que todos puedan ser eliminados, clasificados como radicales.

Si la síntesis evolutiva extendida no es un llamado a una revolución en la evolución, entonces, ¿qué es y por qué la necesitamos? Para responder a estas preguntas, uno debe admitir lo que Kuhn tenía razón, es decir, que en todos los campos científicos hay muchas formas de pensar o "plataformas conceptuales" compartidas. La biología evolutiva no es muy diferente en este sentido, y nuestros valores y supuestos compartidos afectan qué datos se recopilan, cómo se interpretan y qué factores están involucrados en explicar cómo funciona la evolución.

Por lo tanto, el pluralismo es necesario para la ciencia. Lakatos enfatizó que las plataformas conceptuales alternativas, lo que llamó varios "programas de investigación", pueden ser valiosas en el sentido de que fomentan el desarrollo y la prueba de nuevas hipótesis o conducen a ideas innovadoras. Esta es la función principal de RES: nutrir y descubrir nuevas áreas de investigación y métodos productivos de pensamiento.

Un buen ejemplo es el "sesgo de desarrollo". Imagine interesantes peces cíclidos del este de África. Para docenas, y posiblemente cientos, de especies de cíclidos del lago Malawi, existen "copias" de especies evolucionadas independientemente en el lago Tanganica- Con una forma corporal y una forma de comer sorprendentemente similares. Esta similitud generalmente se explica a través de la evolución convergente: variantes genéticas aleatorias aparecieron como de costumbre, pero condiciones ambientales similares eligieron genes que condujeron a resultados equivalentes. La forma en que los organismos crecen y se desarrollan puede limitar las propiedades que aparecen, pero la variación en sí misma se considera esencialmente aleatoria.

Sin embargo, el nivel extremo de paralelismo en la evolución en estos dos lagos sugiere la posibilidad de factores adicionales. ¿Qué pasa si algunos métodos de producción de pescado son más probables que otros? ¿Qué pasa si una variación de propiedades se inclina hacia ciertas decisiones? La reproducción todavía sería parte de la explicación, pero la evolución paralela sería más probable.

Los dientes molares en los mamíferos proporcionan algunas de las pruebas más convincentes de tal distorsión. Los estudios demuestran que puede usar un modelo matemático basado en ratones de laboratorio para predecir el tamaño y la cantidad de dientes en otros 29 tipos de roedores. En lugar de desarrollar libremente cualquier forma o número de dientes, la selección natural parece conducir a las especies a lo largo de un camino muy específico creado por mecanismos de desarrollo. La existencia de excepciones, como roedores como ratones de campo, con un número diferente de dientes, demuestra que la antigua forma de pensar (que las restricciones de desarrollo afectan la selección) no es del todo cierto. La influencia del desarrollo es más sutil y más interesante: los mecanismos de desarrollo distorsionan el paisaje para la selección y ayudan a determinar qué características deben aparecer.

Tales estudios son emocionantes porque ayudan a la biología evolutiva a convertirse en una ciencia más predictiva. ¿Por qué tales ideas no recibieron tanta atención hasta hace poco? Estamos volviendo a las plataformas conceptuales. Históricamente, los biólogos evolutivos han interpretado la distorsión de las variaciones del fenotipo como una "limitación", una explicación de por qué no ocurrió la evolución o la adaptación. La forma en que crecen los organismos limita las oportunidades que puede adquirir o a qué puede adaptarse. Los evolucionistas de mentalidad tradicional dijeron poco sobre esto, y no aceptaron el papel positivo del desarrollo como la causa del cambio y la dirección de la evolución.

Tomó un punto de vista diferente (en este caso, biología evolutiva), para el surgimiento de la motivación para tales experimentos. Desde el punto de vista de la biología evolutiva, la distorsión explica parcialmente la evolución y la adaptación que ocurrieron. Los dientes de los roedores y los cuerpos de los peces se ven así porque la forma en que crecieron estas criaturas aumenta la probabilidad de que aparezcan tales características. La distorsión se está convirtiendo en un concepto más importante en las explicaciones evolutivas. Al sacar a la luz este fenómeno, RES espera que sea investigado.

RES, o al menos la forma en que lo presentan mis colegas, se considera mejor como un programa de investigación alternativo para la biología evolutiva. Se inspiró en los descubrimientos recientes en biología evolutiva y campos relacionados, y comienza con la suposición de que los procesos de desarrollo juegan un papel importante como variaciones de fenotipo nuevas (y potencialmente útiles), las razones de las diferencias en la supervivencia de estas opciones y las razones de la herencia. En contraste con la forma en que tradicionalmente se consideraba la evolución, en la RES, la carga de la creatividad en la evolución conlleva más que la selección natural. Esta forma alternativa de pensar se utiliza para presentar nuevas hipótesis y nuevos programas de investigación. Hasta el momento, solo estamos al comienzo del viaje, pero ya hay signos visibles de que estos estudios están comenzando a dar sus frutos.

Si la evolución no puede explicarse únicamente por cambios en la frecuencia génica; si previamente se rechazaron mecanismos como la herencia de características adquiridas, sin embargo, resultan ser importantes; Si la evolución de todos los organismos depende del desarrollo, el entrenamiento y otros tipos de plasticidad, ¿significará todo esto la aparición de una evaluación radicalmente nueva y muy profunda de la evolución? Nadie lo sabe: pero desde el punto de vista de nuestra persona adaptativa paseando perros, la evolución es menos como una caminata genética pausada y más como una feroz batalla de genes que intentan seguir el duro proceso de desarrollo.

Kevin Laland - Profesor de biología conductual y evolutiva en St. Andrews en Escocia, Líder de Proyecto, Programa de Investigación de Síntesis Evolutiva Avanzada. Su libro más reciente es La sinfonía inacabada de Darwin: cómo la cultura hizo la mente humana (2017) [La sinfonía inacabada de Darwin: cómo la cultura hizo la mente humana].