¿Tenemos
alguna evidencia experimental que confirme que las proteínas de secuencia larga
no pueden evolucionar? Tal evidencia existe. La investigación del biólogo
molecular Douglas Axe confirma que un dominio con aproximadamente 150 residuos
en la proteína TEM-1 β-lactamasa no puede evolucionar a través del proceso
Darwiniano. (Note que aunque este dominio es más extenso que el dominio de 25
residuos estudiado por Meier et. Al.,
150 residuos es un término medio cuando observamos otros). Existen proteínas que
tienen varios cientos de aminoácidos. Axe escogió esta proteína cuidadosamente.
Como el remarca, las β-lactamasas protegen “a las bacterias de los efectos de
antibióticos como la penicilina,” y por lo tanto nos proveen de “una forma
simple de seleccionar variantes funcionales a través de un rango extenso de
umbrales.” (1)
Esta
habilidad de las β-lactamasas de conferir resistencia a antibióticos le
permitió a Axe aplicar en su investigación una técnica muy difundida en el
campo de la informática evolutiva. La informática evolutiva, una rama de la
ingeniería en computación, trata de modelar al proceso Darwiniano a través de
algoritmos evolutivos. Tales algoritmos solucionan problemas optimizando las
tasas de rendimiento. Sin embargo, puede suceder que ciertas soluciones a un
problema ya sean conocidas. En tal caso, uno trata de mantener alejado al
algoritmo de aquellas soluciones y va por soluciones nuevas (con frecuencia
esto se hace asignando “penalidades” a las soluciones antiguas). (2)
Axe
ordenó aminoácidos al azar en un dominio de 150 residuos típico de la
β-lactamanasa, forzando a los dominios variantes a diferenciarse del original
en al menos 30 posiciones aminoacídicas. Luego él recompensó a aquellas
bacterias con las variantes de secuencia más diferenciadas de la del dominio original
y con los dominios lo suficientemente plegados para conferirle a la bacteria la
mínima protección necesaria contra antibióticos similares a la penicilina (note
que la dosificación de antibióticos estuvo bajo control experimental, así que
Axe solo tuvo que afinar la cantidad de funcionalidad contra antibióticos
retenida por esos variantes de dominio). Al forzar la divergencia y recompensar
la función, Axe usó selección natural a fin de aplicar el proceso evolutivo más
allá del tipo original de TEM-1 β-lactamanasa, para la cual el dominio en
cuestión presenta una fuerte estabilidad en el pliegue.
Debido
a la importancia de las interacciones hidrofóbicas en el pliegue de las
proteínas (y por consiguiente en su estructura terciaria y función), Axe se
enfocó especialmente sobre aquellas secuencias de aminoácidos con el patrón de
interacciones característico de su dominio de β-lactamanasa. Axe plantea que las
secuencias de aminoácidos con este patrón de interacciones hidrofóbicas, o
“código hidropático” como él denomina, son tan físicamente especificas que, o
presentan todas el mismo pliegue (es decir, estructura terciaria) como su
dominio de la β-lactamasa o no se plegaran adecuadamente. De esta manera las
secuencias de aminoácidos que tengan este código hidropático no pueden asumir
un pliegue funcional diferente. Axe aplicó esta constante en el pliegue de
proteínas como una forma de producir variación consistente solo dentro del
pliegue original.
Luego,
Axe estimó que para todas las secuencias de aminoácidos con este patrón
hidropático, solo una de 1064 produjo un “dominio funcional”. (3)
Axe definió como dominio funcional a aquel que, aunque presente algunos errores
en el plegamiento y por consiguiente le genere alguna desventaja, pueda
proveerle alguna resistencia mínima a antibióticos y de esta forma pueda ser
conservado por la selección natural. Los dominios no funcionales no tienen
significancia biológica, y son invisibles a la selección natural excepto como
desechos que deben ser eliminados. Uno en 1064 es número muy
pequeño. Aquí tenemos a la probabilidad deletreada:
Este
número es excesivamente pequeño cuando hablamos de probabilidades. El
matemático francés Émile Borel, con quién nos topamos en un capítulo anterior
en el tópico referido a los monos tipiando Shakespeare, propuso a uno en 1050
como el límite probabilístico universal debajo del cual los mecanismos basados
en el azar pierden poder explicativo (4). Así pues, el número de Axe está bien
por debajo del límite probabilístico universal de Borel.
A
la luz de los experimentos de Axe ¿Qué significa una improbabilidad uno en 1064?
Este número identifica a la improbabilidad de que un dominio proteico con el
mismo patrón de interacciones hidrofóbicas característico del dominio de la
β-lactamasa evolucione a través de un proceso Darwiniano. A fin de ver que es
segura esta interpretación de los resultados de Axe, nos será de mucha utilidad
repasar el exemplo de evolución lingüística de la sección 7.8 en el cual THE
CAT SAT ON THE MAT evoluciona a THE BOSS ON THE BOAT. Lo que le permitió a la
primera oración evolucionar hacia la segunda, incluso aunque sean
substancialmente diferentes tanto estrucutral como semánticamente, es que la
selección fue capaz de reastrear y explotar la variación. De forma específica,
cambios pequeños en las letras (del tipo permisible en cada paso evolutivo)
pueden inducir cambios en el significado que a su vez pueden ser seleccionados
(5).
La habilidad de la selección de seguir y
explotar la variación en este ejemplo puede parecer de tal manera obvio que no
precise ser expresado, pero da lugar a una pregunta menos obvia: ¿Qué es lo que
puede no estar bien en los recursos de la variación tal que la selección no
puede rastrearla y explotarla? Piense en esto. En los escenarios evolutivos,
las variaciones no suceden solo a lo velis
nolis. Más bien, suceden de acuerdo a mecanismos bien definidos que operan
sobre el sistema en evolución a cierto nivel de la organización del sistema. El
nivel de organización en el cual la variación ocurre se denomina unidad de variación. Así mismo, en los
escenarios evolutivos, la selección tampoco ocurre a lo velis nolis. En lugar de ello, preferencialmente se selecciona a
los descendientes de un sistema en evolución de acuerdo a como el ambiente juzga
más o menos competentes ciertas características a determinado nivel de la
organización del sistema. Al nivel de organización en el cual la selección es
efectiva lo nombramos como unidad de
selección (6). ¿Pueden las unidades de variación y selección encontrarse fuera
de sincronización de tal manera que la evolución lo haya pasado por alto?
En
nuestro primer ejemplo de evolución lingüística, en donde THE CAT SAT ON THE
MAT evoluciona hacia THE BOSS EATS ON THE BOAT, la unidad de variación (en este
caso, alteraciones en letras individuales) se encuentra coordinada con la unidad de selección (en este caso, el significado
de las oraciones). La investigación de Axe, en contraste, indica lo que sucede
cuando la unidad de variación falla en
coordinar con la unidad de selección. A fin de ilustrar tal falla en la
coordinación, modifiquemos al ejemplo THE CAT SAT ON THE MAT de la siguiente
manera: imagine que la unidad de variación no se trata de letras individuales
sino de pixeles individuales sobre una pantalla. Asuma que, dado el caso, se
requieren muchos pixeles para formar cada letra. En tal situación, si solo unos
pocos pixeles pueden cambiar en cada etapa evolutiva (lo cual es consistente
con el gradualismo Darwiniano), entonces THE CAT SAT ON THE MAT nunca evolucionará
hacia ninguna secuencia con significado diferente.
Para
corroborar esto, considere que incluso aunque muchos pixeles individuales
puedan cambiar por medio de algún proceso evolutivo, las letras constituidas
por estos pixeles permanecerán notablemente estables y su significado no
cambiará. Esto es porque la variación dirigida por el cambio de pixeles no
coordina con la selección dirigida por significados. La variación
pixel-dirigida de THE CAT SAT ON THE MAT dará lugar a un cambio que no sea
fácilmente percibido en las letras, letras que sean difusas, algo reconocibles,
pero sin cambios experimentados (y por lo tanto el significado será
preservado), o letras que sean de tal manera borrosas e irreconocibles (y por
lo tanto degenerando el significado y entregándolo a la selección negativa). En
adición, la variación pixel-dirigida puede introducir marcas ajenas (y otra vez
degenerando el significado y exponiéndolo a la selección negativa). Pero lo que
no sucederá con la variación pixel-dirigida es que las letras se transformarán
gradualmente por sí mismas en otras letras tal que cada intermediario evolutivo
consistirá solo de letras reconocibles y que siempre preserven el significado.
La ausencia de coordinación entre la unidad de variación y la unidad de
selección excluye esta posibilidad.
El
trabajo de Axe con la β-lactamasa remarca el mismo problema. En efecto, el
desfasaje entre la unidad de variación y la unidad de selección en ambas
instancias es virtualmente paralelo. La variación pixel-dirigida (en contrate
con la alfabética-dirigida) cambia la distribución de los pixeles pero no
afecta a las estructuras alfabéticas de nivel más elevado cuyo ordenamiento (en
una secuencia linear) determina el significado y es la unidad de selección. De
la misma manera, la variación neo-Darwiniana (la cual al fin y al cabo resulta
de cambios aleatorios en los genes que codifican a las proteínas) cambia la
secuencia linear de aminoácidos (es decir, la estructura primaria de las
proteínas) pero deja sin afectar al patrón de interacciones hidrofóbicas cuya
estructura terciaria asociada determina la función biológica y es la unidad de
selección. En ambas instancias tanto la unidad de variación como la unidad de
selección se encuentran fuera de sincronización.
¿Cómo
podemos corroborar que la variación vía cambios en los aminoácidos y la
selección vía función biológica se encuentran desfasadas en el caso de la
evolución de dominios con el patrón hidropático de la β-lactamasa de Axe? Axe
demostró que un dominio arbitrario con este código hidropático es
extremadamente improbable (uno en 1064) de que tenga alguna
actividad catalítica biológicamente significativa en la protección contra
antibióticos similares a la penicilina. En otras palabras, para una secuencia
de aminoácidos con este código hidropático elegida al azar, es arrolladoramente
probable de que no llegue a constituir un dominio funcional. Si tal dominio no
funcional apareciese, dejaría a la β-lactamasa inefectiva al no conferirle
resistencia a antibióticos. Por consiguiente la presión selectiva, resultante
en este caso de la aplicación de antibióticos, tenderá a eliminar a las
bacterias que tengan estos dominios no funcionales.
Sin
embargo, bajo principios Darwinianos el dominio de la β-lactamasa de Axe tiene
que evolucionar a partir de algún dominio precursor distinto y debe hacerlo a
través de una secuencia de intermediarios que, en cada etapa evolutiva, sean
funcionalmente seleccionables. En efecto, previo a asumir este patrón, el
dominio precursor tiene un patrón hidopatico, pliegue y función diferentes (si
no es así, no deberíamos estar hablando de la evolución de este precursor hacia
un dominio de β-lactamasa ya que estos dominios serían entonces equivalentes
tanto estructural como funcionalmente). Entonces ¿Cómo es que el dominio
precursor adquirió el código hidropático característico del dominio de la
β-lactamasa de Axe? Como Darwin registró en su libro El Origen de las Especies, “a no ser que se den variaciones
aprovechables, la selección natural no puede hacer nada”. (7) La variación y la
selección deben por consiguiente estar sincronizadas de la siguiente manera: la
variación debe producir sus variantes; la selección debe escudriñar estos
variantes, preservando aquellos que sean aprovechables y eliminando a los que
no lo sean. Este proceso de variación producida y selección inducida luego se
repite.
De
esta forma, cuando el precursor varía dentro de un dominio que tiene el código
hidropático del dominio de la β-lactamasa de Axe, le resta a la selección
actuar. Pero la unidad de variación son los aminoácidos y no los patrones de
interacciones hidrofobicas. De allí que, en la variación aleatoria de
aminoácidos antes de que la selección pueda actuar, el proceso Darwiniano no
tendrá preferencia entre dominios funcionales o no funcionales que tengan este
código hidropático (tal preferencia solo resulta de la selección, pero la
selección no puede operar hasta que la variación haya concluido su trabajo). Y
sin tal predilección, los dominios funcionales con este código hidropático
tienen solo una probabilidad de uno en 1064. Y como esos son los
únicos dominios con ese patrón que la selección puede preservar, en la
evolución de un dominio precursor hacia un dominio funcional de la versión del
dominio de la β-lactamasa de Axe los procesos darwinianos no son mejores que la
simple elección al azar entre todos los dominios posibles que tengan este
código hidopático.
Conclusión:
con la variación y selección desincronizadas, el proceso Darwiniano no puede
hacer nada mejor que el puro muestreo al azar. Y con esta improbabilidad de uno
en 1064, el muestreo al azar es desesperado. Por consiguiente, el
dominio de la β-lactamasa de Axe no es factible de que evolucione por procesos
Darwinianos. ¿Qué confirma esta conclusión? El trabajo de Axe sobre la incapacidad
de evolución de proteínas particulares a través de un proceso Darwiniano es el
mejor hasta la fecha. Si llega el día en que este trabajo convence a la
comunidad científica de que el diseño en las proteínas es real, aun resta
verse. Al menos, el trabajo de Axe demuestra que existe un debate de merito
científico digno de considerarse acerca del diseño de las proteínas. Mas
significativamente, su trabajo demuestra que la mejor evidencia ahora se
encuentra del lado de su dominio de β-lactamasa dejándola fuera del alcance del
proceso Darwiniano, exhibiendo complejidad especificada, y por consiguiente
dando indicios de diseño.
Ahora
para el Darwinista que busca generar controversia sobre el diseño del dominio
de la β-lactamasa de Axe, el peso de la evidencia debe cambiarse de lugar.
Intentará especular que el trabajo de Axe pudo haber pasado por alto alguna vía
Darwiniana desconocida por medio del cual este dominio pudo haber evolucionado.
Basar un argumento en el poder del proceso Darwiniano sobre posibilidades
desconocidas constituye un argumento a partir de la ignorancia: “La investigación de Axe no
excluye todas las vías Darwinianas concebibles, de tal manera que deben
existir”. La ciencia es considerada como un estándar elevado de evidencia.
¿Pero
qué si los Darwinistas terminan encontrando un precursor evolutivo plausible y
una ruta evolutiva completa para el dominio de la β-lactamasa estudiada por
Axe? De seguro, esto pondría al peso de la evidencia contra el teórico del
diseño —pero solo para este sistema. Para establecer que las proteínas exhiben
complejidad especificada y por consiguiente que han sido diseñadas, no es
necesario demostrar que todas las
proteínas exhiben complejidad especificada y que no pueden evolucionar a través
de un proceso Darwiniano. El Darwinista esta comisionado para afirmar que en
todos los aspectos la vida carece de diseño real. Así que, para refutar esta
visión, el teórico del diseño necesita demostrar meramente que algún aspecto de
la vida exhibe claramente diseño.
Aunque
los dominios proteicos de Axe no son fácilmente visualizados como los sistemas
bioquímicos irreduciblemente complejos de Behe, la investigación de Axe le
cierra el agujero de fuga al proceso Darwiniano en donde los sistemas de Behe
le dejan abierta (con lo cual no estoy diciendo que Behe ha sido refutado
—lejos de ello; el agujero de fuga consiste solamente en la imaginación de los
Darwinistas, no en alguna evidencia empírica de la biología). Considere al
flagelo bacteriano. Embebido en el flagelo (una hélice propulsada a motor) se
encuentra el sistema de secreción de tipo tres (una jeringa microscópica que
inyecta toxinas). Efectivamente, para la mayoría de los sistemas de Behe, uno
puede identificar subsistemas que podrían realizar alguna otra función. De
acuerdo con esto, los Darwinistas remarcan a esos subsistemas como precursores
evolutivos de los sistemas en los cuales están incluidos (es decir, los
Darwinistas plantean que el sistema de secreción de tipo tres es un precursor
del flagelo). Pero los dominios estudiados por Axe presentan una integridad que
no admite subdivisiones funcionales y por consiguiente deja a la evolución
Darwiniana sin precursores plausibles.
Autores: William Dembski -Tiene
un Ph.D. en filosofía (Universidad de Illions en Chicago) y un Ph.D. en
matematica (Universidad de Chicago). Es uno de los principales teóricos
del Diseño Inteligente y ha escrito varios libros sobre la temática. Es
autor del primer libro del Diseño Inteligente publicado por una editorial
universitaria renombrada:The Design Inference: Elimitating Chance Through
Small Probabilities. (Cambridge University Press, 1998). Es investigador
del Discovery Institute.
- Jonathan Wells
- Tiene un Ph.D. en biología celular y molecular de la Universidad de
California en Berkeley. Actualmente es uno de los principales investigadores
del Discovery Institute.
Traductor: Daniel Alonso - Estudia
Licenciatura en Ciencias Biológicas en la UNT, Argentina.
De: Dembski, W.; Wells J. (2008) the
Design of Life: Discovering Signs of Intelligence in Biological Systems,
The Foundation for Thought and Ethics, Dallas, p. 199-203
REFERENCIAS:
(1)
Douglas D. Axe, “Estimating the Prevalence of Protein Sequences Adopting
Functional Enzyme Folds,” Journal of Molecular Biology 341 (2004):1298.
(2) Vea
John R. Koza, Genetic
Programming: On the Programming of Computers by Means of Natural Selection (Cambridge, Mass: MIT Press, 1992)
como también John R. Koza, Forrest H. Bennett III, David Andre, y Martin A.
Keane, Genetic
Programming II: Darwinian Invention and Problem Solving (San Francisco: Morgan Kaufmann,
1999).
(3) Axe, “Estimating the Prevalence,” 1295. Nótese aquí el supuesto implícito de
probabilidad uniforme, por ejemplo, el de tratar como equivalentes
probabilísticamente a todas las proteínas con este patrón de interacciones
hidrofóbicas los cual está garantizado ya que los procesos aleatorios que
transformarían estas proteínas se encuentran, de acuerdo con la teoría neo
Darwiniana, mediados principalmente por mutaciones genéticas puntuales que
operan uniformemente a lo largo del genoma.
(4) Borel escribe: “Si dirigimos nuestra atención, no al
globo terráqueo, sino a la porción del universo accesible a nuestros
instrumentos físicos y astronómicos,… podemos ser inducidos a colocar en 1050 el valor de las probabilidades a una escala
cósmica.” Vea Émile Borel, Probabilities and Life, trans. M. Baudin (New York: Dover,
1962), 28. Un límite probabilístico universal más rigoroso ha
sido propuesto por Dembski (vea Dembski, The
Design Inference, captiulos 1 y 6), pero por cuestiones prácticas escogimos
a Borel.
(5) Tampoco afecta a la capacidad de evolucionar THE CAT
SAT ON THE MAT el hecho de que las palabras en esta oración sean todas muy
cortas. Intente hacer evolucionar a través de los mismos cambios limitados de
letras que hemos permitido, a la siguiente oración de un matemático:
DIFFEOMORPHIC DIFFERENTIABLE MANIFOLDS CONSTITUTE HOMEOMORPHIC TOPOLOGICAL
STRUCTURES. El léxico de Wordox, el cual lista a las palabras primero por su
longitud y luego por su orden alfabético, sugiere que las oraciones con
palabras largas y abstrusas tales como esta no pueden evolucionar a través de
pequeños cambios de letras.
(6) Existe un extenso debate en la comunidad de la
biología evolutiva acerca de si la selección natural funciona primariamente a
nivel de gen, celula, organismo, grupo, especie, etc. Vea Samir Okasha, Evolution and the Levels of
Selection.
(7)
Darwin, Origin
of Species, 82.
“Los distintos mecanismos post-duplicación que han sido considerados, y que involucran a mutaciones aleatorias y recombinaciones, han sido caracterizados por su capacidad de remendar, copiar, cortar, dividir, y barajar la información genética existente, pero se quedan cortos a la hora de generar funcionalidad enteramente novedosa y genuinamente distinta”.
