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Sábado, 5 de septiembre de 2009

MAS DARWIN: CELULAS, BACTERIAS Y UN ENTRAMADO BIOLOGICO

Redes de la evolución y árbol de la vida

Arbol de la vida tendido hacia el cielo, “arbusto de la vida”, en el que cada ramita es azarosa y contingente, como sostenía Stephen Jay Gould (con quien simpatiza especialmente Futuro); ahora se agrega otra imagen, controvertida, discutida, no aceptada: la evolución en red, que no sólo tiene un aire de actualidad (estamos en la época de las redes, al fin y al cabo), sino que incluye orgías genéticas entre especies distintas (¿también esto tiene un aire de actualidad?), en fin, una de las tantas cosas a que da lugar la riqueza inagotable de la Teoría de Darwin. Todo sea por evolucionar.

 Por Lucas Viano

De algún modo, Charles Darwin se las ingenió bastante para simplificar la historia de la vida en la Tierra. Hace 150 años, la única ilustración del libro El Origen de las Especies era el “árbol de la vida”. Una metáfora sencilla y bella para ordenar y explicar la evolución de las especies a lo largo de las eras geológicas de nuestro planeta.

La necesidad de un orden ya asomaba en el Génesis de la Biblia: “Dios formó de la tierra todos los animales del campo y todas las aves del cielo y se los trajo al hombre para ver cómo los llamaría”. Darles un nombre para clasificarlos, para tener poder sobre ellos.

Los griegos luego ordenaron la naturaleza en una cadena o escalera (Scala naturae) que iba de los seres más perfectos y complejos a los más simples e imperfectos. Para Platón, las formas animales eran el resultado de la degradación del ser humano, la perfección. La Scala naturae fue una metáfora muy usada durante el Renacimiento y que Jean Baptiste Lamarck empleó en su versión de la evolución.

Hasta que apareció Darwin y su “árbol de la vida”: “Así como las ramas originan por crecimiento ramas nuevas, y éstas, si son vigorosas, se ramifican y dominan en todas las direcciones muchas ramas más débiles, así también, creo, ha ocurrido por generación con el gran Arbol de la Vida, que llena con sus ramas muertas y desgajadas la corteza de la tierra, y cubre su superficie con sus ramificaciones tan bellas y siempre lozanas”. Cada nueva rama del árbol es, a su vez, una nueva especie (o un nuevo género, filo o reino).

Todo ello producto del azar genético y la selección natural. Pero esta metáfora lleva consigo un tabú implícito. Las ramas crecen hacia arriba, es decir, que la transferencia de genes, fuente esencial de la evolución, se da en sentido vertical. Seres de diferentes especies no mezclan sus genes. Las ramas no se juntan. Sin embargo, hace varias décadas que se conocen episodios de transferencia horizontal de genes.

Se supone que la primera vez que ocurrió esto fue en los inicios de la vida, cuando las primeras células eucariotas aparecieron en la Tierra, hace unos 3 mil millones de años, semanas más o menos. Las eucariotas se distinguen de las procariotas (bacterias) por tener un núcleo en donde está guardada la información genética. Otra característica es la presencia de orgánulos como las mitocondrias, las usinas celulares.

Ahora se sabe que esta parte de la maquinaria celular (presente en las plantas y animales, incluido el hombre) fueron bacterias engullidas por una primitiva célula eucariota.

Las mitocondrias generan energía a partir del oxígeno. En la Tierra primitiva el oxígeno era venenoso para la vida. Todos los seres vivos eran organismos anaerobios que, como desperdicio metabólico, liberaban precisamente oxígeno. La tragedia se veía venir; el oxígeno se fue acumulando en el ambiente y mientras algunos organismos se adaptaron otros no sobrevivieron al “holocausto del oxígeno”.

Precisamente, uno de estos organismos era una bacteria que luego fue fagocitada por una célula eucariota. El fagocito se dio cuenta de que si la cobijaba en su interior le sacaría más provecho que si se la comía. La pequeña bacteria procariota se transformó en una mitocondria. La teoría endosimbiótica fue popularizada por Lynn Margulis en 1967, aunque ya se hablaba de ella a principios del siglo XX (www.youtube.com/watch?v=o_RfwX7ZiIc).

Dos dominios de seres vivos distintos, procariotas y eucariotas, dos ramas de árbol de la vida, se unieron hace 2 mil millones de años cuando la mayoría de los genes de la bacteriamitocondria se transfirieron gradualmente (y en sentido horizontal) al núcleo de la célula eucariota hospedadora.

Incluso hubo una segunda endosimbiosis miles de años después, cuando otra célula eucariota engulló cianobacterias que luego se transformaron en cloroplastos. El resultado: organismos fotosintéticos y una prole variada de plantas, algunas de las cuales sobreviven hasta hoy.

EL TERCERO EN CUESTION

Pero la naturaleza cometió otra herejía similar mucho antes. Habíamos dicho que los seres vivos están divididos en dos grandes dominios: procariotas y eucariotas. Eso hasta que a fines de 1979 el microbiólogo Carl Woese propusiera un tercero en cuestión: archaea, microorganismos que se asemejan a las bacterias porque no tienen núcleo, pero que presentan caracteres de las células eucariotas en cuanto a la transcripción del material genético.

Ahora era necesario resolver cuál era el grupo primitivo, es decir, el tronco del árbol de la vida desde el cual crecieron los seres que hoy habitan la Tierra. ¿Las procariotas o las archaea? Desde fines de la década del 80, la secuenciación de genomas está aclarando el panorama. O mejor dicho, enredándolo.

Ford Doolittle, un bioquímico estadounidense, lanzó la hipótesis de que en sus inicios, la evolución no fue un proceso dendriforme y ordenado como imaginó Darwin. Miles de millones de años atrás, procariotas, archaea y eucariotas transfirieron sus genes no de padres a hijos, sino entre primos y hermanos. Otra vez, la transferencia horizontal de genes. La prueba es que en cada uno de estos tres tipos celulares se encuentra material genético exclusivo de los otros dominios.

Entonces, más que un tronco principal y un par de ramas importantes, la base del árbol de la vida sería un entramado de raíces que se unen y se separan, representando intercambios parciales de genes: una red. Según Woese, el antepasado ancestral fue un conglomerado diverso de células primitivas que evolucionaron juntas hasta alcanzar un estadio en que los lazos terminaron por cortarse y se delinearon los tres dominios que sobrevivieron hasta hoy.

En el mundo microscópico, que representa alrededor del 90 por ciento de las especies existentes, el intercambio horizontal de genes es más común de lo que se cree. ¿Qué sucede entre los seres pluricelulares? Para el botánico Loren Rieseber, cerca de 14 por ciento de las plantas actuales son el resultado de la fusión de dos ramas distintas del árbol de la vida. Los virus son los principales agentes que llevan y traen ADN entre especies. De hecho, entre el 40 y el 50 por ciento de genoma humano es ADN importado por virus desde otras especies. Suena raro. Sin embargo, entre los animales con larvas sucedería algo más extraño aún.

LARVAS, DOS EN UNO

Ranas y mariposas atraviesan primero por un estado larvario. Las larvas de estos animales, y de muchos más, son completamente diferentes a las formas adultas. Las ranas fueron primero coludos renacuajos y las mariposas, orugas reptantes. Incluso tienen hábitos alimentarios diferentes: las mariposas beben el precioso néctar de las flores, las orugas son devoradoras de plantas. Pero es un solo bicho, aunque parezcan dos.

Sin embargo, Donald Williamson, autor de la controvertida hipótesis de la transferencia larvaria, cree que el animal adulto y su larva han evolucionado de dos diferentes ancestros que luego se han combinado para formar una verdadera quimera de la naturaleza. Una sola entidad viva que contiene dos baterías de genes de diferentes seres que se turnan para encenderse. Una especie de sociedad genética con el único fin de sobrevivir.

Mientras las larvas (verdaderas máquinas de comer) aseguran la provisión de alimentos, la belleza y movilidad de los adultos garantiza una buena reproducción. Al final de cuentas, quién puede resistirse a una mariposa.

Williamson sostiene que, en algún momento, los genes de los ancestros de larva y adulto se cruzaron. Sólo unos pocos seres híbridos sobrevivieron y resolvieron el “problema genético” (la quimera tenía dos genomas) mediante una expresión secuencial: primero se activa el genoma de la larva y luego el otro. La selección natural fue mejorando este animal quimérico.

Otro sacudón al árbol de la vida darwinista. La hipótesis de Williamson transformaría a este árbol en una red, ya que los genes de diferentes ramas, que representan especies y filos diversos, tuvieron contacto sexual. Esto es más fácil de imaginarse entre seres marinos que entre insectos, ya que en el océano la fertilización externa es más común, cuando huevos y esperma se encuentran en el medio exterior, en el mar.

Según la hipótesis de la transferencia larvaria, tiempo atrás los huevos y esperma de especies diferentes se encontraron por el azaroso efecto de las corrientes marinas. Los genes de larvas ancestrales se cruzaron con los ancestros de equinodermos, crustáceos, medusas y moluscos. A su vez, especies de estos filos que ya habían incorporado los genes larvarios se cruzaron luego con otras que no los tenían. Lo que se dice, una verdadera orgía de especies y filos para dar lugar a retoños quiméricos.

Williamson ha realizado experimentos de hibridación en laboratorio con relativo éxito. Y se ha servido de algunos estudios genéticos de otros científicos para verificar su hipótesis. Todo ello está documentado en su libro El origen de las larvas. Sin embargo, la comunidad científica y el neodarwinismo no aceptan su teoría.

También ha recolectado numerosos ejemplos en la naturaleza. El más sorprendente es el de la estrella de mar Luidia sarsi. Al igual que otras de su especie, el huevo fecundado genera luego una larva que contiene en su interior un ejemplar juvenil de la futura estrella de mar. Cuando eclosiona para dar lugar al animal adulto, lo normal sería que la larva cayera al fondo del mar para cederle la vida a la estrella.

En el caso de la Luidia sarsi, larva y estrella siguen vidas independientes por algunos meses. De un huevo surgen dos animales. La hipótesis de la transferencia larvaria lo explica por la hibridación de los dos genomas, los cuales todavía tienen la suficiente independencia como para expresarse simultáneamente.

La endosimbiosis, el enredado inicio de la vida y la transferencia larvaria no sólo distorsionan la perfecta imagen metafórica del árbol de la vida. También señalan que la competencia y el individualismo no serían los únicos mecanismos para sobrevivir y evolucionar. También puede haber cooperación y asociaciones por conveniencia en la naturaleza.

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COMO OTRAS ESPECIES, EL HUEVO FECUNDADO GENERA UNA LARVA QUE CONTIENE EN SU INTERIOR UN EJEMPLAR JUVENIL DE LA FUTURA ESTRELLA DE MAR.
 
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