Julio Loras Zaera

fortanete

Profesor Francho de Fortanete A la luz de la ciencia. Biología y asuntos humanos

150 años de El origen de las especies (y 2)

Life: An Introduction to Complex Systems Biology

Cuando hice, bajo este título general, una recensión de la primera edición española de La variación de las plantas de Darwin, tenía la intención de redactar una serie de comentarios de trabajos que, para mí, habían marcado algún hito en relación con la teoría d ela evolución. El siguiente iba a ser un comentario del trabajo de Mendel y las supuestas “trampas” del monje agustino. El tercero habría reseñado el monumental La estructura d ela teoría de la evolución de Gould, un balance del darwinismo con algunas predicciones sobre su desarrollo futuro. Y, para terminar, me guardaba una recensión del libro de Kunihiro Kaneko, la exposición de un enfoque de la biología que me pareció revolucionario.

Mis diversas aficiones, que no mis pocas ocupaciones, no me hanpermitido la dedicación requerida para cumplir el plan, por lo que, ya a punto de finalizar el año Darwin, presento a los lectores una introducción a la lectura del libro del investigador japonés, que me parece lo más interesante de todo, porque presiento que el trabajo de est y de otros investigadores fuera de la corriente principal puede llevar a un avance teórico en biología del mismo tipo que el que supuso el de Einstein con respecto a la física newtoniana.

¿Qué es la vida? ¿Qué classe de sistema es? ¿Cómo podemos comprenderlo? Son preguntas que se plantean muchos desde el inicio de la biología. Kaneko considera que, a más de sesenta años de ¿Qué es la vida? de Schrödinger y después del auge y éxito de la biología molecular, esas preguntas están tan lejos como al principio de alcanzar alguna respuesta. Para él,las respuestas deben buscarse partiendo de un nuevo enfoque teórico y experimental, una aproximación a la manera de la que practican los físicos ensu disciplina.

Los inicios de la biología molecular fueron muy prometedores. Con la resolución de la estructura del ADN y el inicio de una aproximación desde el concepto de información,parecía que esas preguntas tan antiguas podrían empezar a responderse. Pero el posterior desarrollo de la disciplina ha llevado a un abigarrado cuadro de diversidad y complejidad máximas que en la elaboración de “-omas” y mapas de todo tipo se aleja cada vez más de las cuestiones iniciales. No es que se trate de un callejón sin salida, puesto que, de hecho, ese enfoque se está revelando muy fructífero para la biomedicina, sino que no lleva a donde se pretendía. Su valor científico, si se entiende por científico la búsqueda de una comprensión de los procesos fundamentales de la vida, es más bien escaso.

Partiendo de la base de que no tiene ninguna utilidad la elaboración de listas de molécular, estructuras químicas o condiciones basadas en lo que conocemos de los organismos terrestres actuales, por sus extremas diversidad y complejidad, fruto de miles de millones de años de evolución, Kaneko se pregunta por las condiciones que resultarían necesarias y suficientes para el surgimiento de sistemas vivos, para su mantenimiento y reproducción y para su evolución. No trata de investigar los procesos detallados de las criaturas actuales,como hace la corriente principal,para construir alguna clase de proyecto de tales organismos, sibno de averiguar cuáles son las propiedades esenciales de los sistemas vivos, tratando de construir los sistemas más simples que pueden exhibir esas propiedades y comprender la complejidad sobre la base de la mayor sencillez posible.

La lista de propiedades que le parecen fundamentales es la siguiente: 1) existencia de una clara barrera entre el sistema vivo y el ambiente; 2) algún grado de autonomía en el mantenimiento del estado interno; 3) algún grado de complejidad característica de la actividad metabólica que posibilita su mantenimiento; 4)capacidad de producir individuos similares,pero no idénticos; 5)existencia de una estructura portadora de información que permita la reproducción; 6) para los sistemas multicelulares, existencia deun mecanismo de diferenciación mediante el cual se formen células con una variedad de papeles; 7) capacidad de pasar el proceso de desarrollo a la generaciónsiguiente a través de células germinales; y 8) capacidad de diversificación de generaciónen generación.

En sus estudios, Kaneko 1) construye sistemas modelo con procedimientos diversos; 2) clarifica la clase universal de fenómenos a estudiar a través del modelo, 3) investiga la lógica formal subyacente a esa clase de fenómenos e intenta extraer la lógica del proceso vital y 4) aplica la lógica obtenida a los datos de los organismos existentes. Sigue esos pasos a tres niveles: experimento mental, modelo de ordenador y experimento real.

En el capítulo donde expone este enfoque, al que llama “biología constructiva”, Kaneko presenta la siguiente tabla de ejemplos de sus investigaciones, con lo que terminaré, prometiendo a los lectores que no puedan acceder al libro de Kaneko una serie de artículos basados en sus capítulos experimentales.

Constucción de: Experimento Teoría Pregunta planteada
Sistema replicador Sistema replicador in vitro con varios enzimas Control minoritario Origen de la información
Sistema celular Liposoma replicador con red interna de reacciones Cuello de botella dinámico en sistema de reacciones autocatalítico Evolucionabilidad y recursividad para el crecimiento
Sistema multicelular Diferenciación inducida por interacción de un conjunto de células Diversificación isóloga en dinámica inter-intra Robustez en el desarrollo
Proceso de desarrollo (I) Diferenciación controlada de células indiferenciadas Emergencia de reglas de diferenciación Irreversibilidad del desarrollo
Proceso de desarrollo (II) Construcción controlado por activina de formación de tejidos Autoconsistencia entre patrón y dinámica Origen de la información posicional
Evolución Selección artificial de bacterias Relaciones de respuesta por fluctuaciones Asimilación genética de la fluctuación fenotípica
especiación Evolucióninteracción-dependiente de bacterias Especiación simbiótica simpátrica Fijación genotípica de la diferenciación fenotípica
Sistema simbiótico Simbiosis entre diferentes organismos Plasticidad en sistemas acoplados “Unionibilidad” de sistemas

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