2014-11-23

1

Convergencia genética extrema: el gen Pax-6—Casey Luskin


Se muestran los ojos de diversos animales (arriba) y los fenotipos mutantes del gen Pax-6 para cada uno de ellos (abajo). Mutaciones en el gen Pax-6 afectan negativamente al desarrollo del ojo en todos los casos.

Si la idea tan aceptada de la descendencia común está dando lugar a tantas malas predicciones, ¿por qué no considerar la posibilidad de que la similitud biológica sea el resultado de un diseño común? Después de todo, los diseñadores usualmente reutilizan piezas, programas o componentes que se encuentran en diferentes diseños (como el uso de ruedas tanto en autos como en aviones, o los teclados en las computadoras y los celulares).

Una de las evidencias que sugiere diseño común en lugar de descendencia común es el gen "Pax-6". Pax-6 es uno de esos casos incómodos en donde aparece similitud genética extrema en un lugar totalmente inesperado y no previsto por la biología evolutiva. En resumen, los científicos han descubierto que organismos tan diversos como las medusas, artrópodos, moluscos y vertebrados, todos ellos  usan el gen Pax-6  para controlar el desarrollo de los tipos muy diferentes de ojos que presentan. Debido a que sus clases o tipos de ojos son tan diferentes, anteriormente no se había pensado que estos organismos compartieran un ancestro común. El biólogo evolucionista Ernst Mayr explica los estragos que se ocasionaron dentro de la filogenia evolutiva estándar cuando se descubrió que este gen se encontraba controlando el desarrollo de los ojos en muchos organismos diferentes:

Se había demostrado a través de investigación morfológica y filogenética que los órganos fotorreceptores (ojos) se desarrollaron al menos 40 veces de forma independiente durante la evolución de la diversidad animal. Sin embargo, un genetista demostró que todos los animales con ojos tienen el mismo gen regulador, Pax 6, que organiza la construcción del ojo. Por lo tanto, se concluyó en un principio que todos los ojos derivaron de un solo ojo ancestral con el gen Pax 6. Pero el genetista también llegó a encontrar Pax 6 en especie sin ojos, y propuso que debieron haber descendido de ancestros con ojos. Sin embargo, este escenario resultó ser bastante improbable y esta distribución amplia del Pax 6 requirió una explicación diferente. Ahora se cree que el Pax 6, incluso antes del origen de los ojos, tenía una función desconocida en organismos sin ojos, y fue reclutado posteriormente para que cumpla un papel como organizador del ojo [1].

Típicamente se cree que la similitud genética extrema se debe a la herencia de un antepasado común, porque las probabilidades de que diferentes especies lleguen independientemente a la misma solución genética son extremadamente pequeñas. Pero si usamos un esquema de pensamiento evolutivo darwiniano, un acontecimiento altamente improbable es justo lo que debe haber ocurrido. La distribución que observamos en casos como el Pax-6  implica "evolución convergente" extrema a nivel genético. Mayr trata de argumentar que tales ejemplos improbables de extrema evolución convergente en la genética no sólo son aceptables, sino también comunes:

Que una estructura como el ojo pueda surgir en numerosas ocasiones de forma independiente en muy diferentes tipos de organismos no es algo único en el mundo viviente. Después de que los fotorreceptores habían evolucionado en los animales, la bioluminiscencia llego a producirse al menos 30 veces independientemente entre los diversos tipos de organismos. En la mayoría de los casos, se utilizaron mecanismos bioquímicos esencialmente similares. Prácticamente decenas de casos similares se han descubierto en los últimos años, y que a menudo se trata del uso de potenciales ocultos del genotipo heredado a partir de los ancestros primitivos. [2]

Mayr intenta explicar esta extrema convergencia genética apelando a "potenciales ocultos del genotipo." ¿Suena esto compatible con el tipo de procesos aleatorios ciegos, sin guía, e incluso inherentes, propios de la evolución Neodarwiniana? No. Esto suena más bien a un proceso dirigido hacia un objetivo—diseño inteligente.


Autor: Casey Luskin. Es abogado, con estudios de postgrado en ciencia y leyes. Obtuvo su B.S. y M.S. en Ciencias de la Tierra de la Universidad de California en San Diego. Su Licenciatura en Derecho la obtuvo en la misma universidad. Trabaja en el Discovery Institute como Coordinador del Center for Science and Culture. Anteriormente, realizó una investigación geológica en la Scripps Institution for Oceanography (1997-2002).

Traducción: Daniel Alonso. Estudia Licenciatura Ciencias Biológicas en UNT (Universidad Nacional de Tucumán), Argentina. 



REFERENCIAS:

[1] Ernst Mayr, What Evolution Is?, pg. 113 (Basic Books, 2001).

[2] Id. at 205-207.

2014-11-14

1

El instructivo de montaje flagelar y su irreductibilidad—Evolution News and Views


Cuando una estructura es irreductiblemente compleja, las instrucciones de su montaje pueden llegar a ser aún más irreductiblemente complejas. Este es el caso del flagelo bacteriano.

Cuando las revistas científicas top confirman las afirmaciones que venimos haciendo en apoyo de la teoría del diseño inteligente, somos de aquellos que nos da gusto señalarlo. Este tipo de cosas hace que con el tiempo la propuesta del DI sea más fuerte. Hace once años, en el documental de Illustra Media, La Clave del Misterio de la Vida [puedes verlo haciendo clic AQUÍ], Scott Minnich decía que las instrucciones de montaje para la construcción de un flagelo son aún más irreductiblemente complejas que la estructura en sí misma. Estaba en lo cierto; un nuevo paper en PNAS, con ilustraciones deslumbrantes, se ocupa de abrir un poco más la caja negra de Darwin,  mostrando de forma secuencial el increíble ensamblaje de este icono del DI.

Los 12 autores de 5 universidades de Estados Unidos no parecen ser muy útiles a la teoría evolutiva. Ellos nunca la mencionan. En su lugar, ellos nombran al flagelo como una "máquina molecular con auto-montaje sofisticado" y, dos veces "una máquina molecular compleja."

El organismo que estudiaron es la espiroqueta multi-flagelada que causa la enfermedad de Lyme—un tema secundario e ideal para filósofos o teólogos, pero no para el diseño inteligente. El DI va en busca de productos que impliquen causas inteligentes. No va por las razones filosóficas de su existencia.

El abstract describe brevemente sus hallazgos:

“En este estudio, hemos atrapado genéticamente pasos intermediarios en la construcción del flagelo y determinamos las estructuras 3D de estas fases intermedias, a una resolución de 4 nm mediante tomografía crioelectrónica. Proporcionamos evidencia estructural de que la secreción de sustratos del eje flagelar provoca una remodelación del canal central en el aparato de secreción flagelar, que pasa de una conformación cerrada a una abierta. Este canal abierto servirá entonces como una puerta de entrada y una plantilla para el ensamblaje del eje. Las proteínas individuales se ensamblan secuencialmente para formar el eje modular. El gancho capitanea el su propio montaje al final del eje, y la proteína cap del filamento facilita el montaje del filamento después de que la formación del gancho se ha completado”.

Así que ya tenemos una confirmación de la naturaleza secuencial de la construcción, al igual que Minnich describe en la película:


[Minnich] Incluso si usted se concede admitir que tiene todas las piezas necesarias para construir una de estas máquinas, eso es sólo una parte del problema. Tal vez aún más complejo —pienso que es más complejo—es el conjunto de instrucciones de montaje. Esa cuestión nunca es abordada por los opositores del argumento de la complejidad irreductible.

[Narrador] Los estudios sobre el motor bacteriano tienen, de hecho, un nivel más profundo de complejidad. Para su construcción no sólo se requiere de partes específicas, sino también de una secuencia precisa de instrucciones para su montaje.

[Minnich] Hay que hacer las cosas en el momento adecuado. Usted tiene que garantizar que el número de componentes sea el correcto. Tiene que montarlos de una manera secuencial. Tiene que ser capaz de corroborar si los ha ensamblado correctamente de modo que usted no pierda energía en la construcción de una estructura que no va a ser funcional [...].

Usted construye esta estructura de adentro hacia afuera. Cuenta el número de componentes en tal estructura anillada o tal vez en el estator, y una vez que todos estos se encuentran en la escena, hay un feedback o respuesta que dice: "Está bien, ya no más de eso"; Luego, se añade un eje; se añade un anillo; se añade otro eje; se añade un adaptador universal [gancho]. Una vez que se agrega el gancho, que tiene cierto tamaño y cierto grado de curvaturaaproximadamente un cuarto de vueltaesta etapa concluye, y luego se empiezan a añadir los componentes del elemento propulsor o filamento. Todas estas acciones son realizadas en una secuencia precisa, del mismo modo que cuando se construye un edificio.

Paul Nelson concluye que la construcción de una máquina irreductiblemente compleja (como el flagelo) requiere del trabajo de otras máquinas; y esas máquinas requieren de otras máquinas para su montaje. El aparato de montaje entero es en sí irreductiblemente complejo. En una frase memorable, Jonathan Wells dice, "lo que tenemos aquí es complejidad irreductible hasta el fin."

¿Qué hay de nuevo?

En el nuevo trabajo, los autores no utilizan la frase complejidad irreducible, pero su descripción es parecida a la de Minnich. Ejemplo:

El ensamblaje se inicia por la inserción del anillo MS (que consta de la proteína FliF) en la membrana citoplasmática. El anillo MS actúa entonces como una plataforma para el montaje del anillo C (el complejo que sirve de interruptor de cambio), el estator (el generador de torca), y el aparato de secreción de tipo III (TTSS) específico del flagelo. La mayoría de las proteínas flagelares son secretadas por el sistema TTSS, que es accionado por la fuerza ion-motriz transmembrana. La secreción y el montaje de cada sustrato se da de forma ordenada; el montaje flagelar procede de una forma lineal desde el eje hasta el extremo distal del filamento.

Los autores van a describir cómo es que es necesario el montaje de un primer componente para el montaje de componentes posteriores, todo ello de un modo secuencial y ordenado:

Cuando se completa el eje central, se requiere una proteína cap para el montaje del gancho. La proteína cap del gancho, FlgD, ha sido detectada en el extremo distal del mismo. Se piensa que los ganchos en general se montan en sus extremos distales mediante la inserción de subunidades FlgE debajo de la cap del gancho. Después de que el gancho alcanza su longitud de madurez (~55 nm), dos proteínas de unión, FlgK y FlgL, y la proteína cap del filamento, FliD, se añaden secuencialmente al extremo distal del gancho.

Sus hermosas micrografías crioelectrónica y modelos coloreados muestran la naturaleza exquisita del motor en desarrollo, con lo que las imágenes que se muestran en la película de hace 11 años ahora quedan con mayor claridad. La estructura del cuerpo basal es maravillosamente compleja, tanto como una obra de arte.

Los autores emplean libremente la jerga de un mecánico de taller:


El eje flagelar es un complejo de múltiples componentes que funciona como un canal de exportación y un eje de transmisión [...] llegamos a la conclusión de que el montaje apropiado del eje proximal requiere interacciones de cooperación entre las proteínas FlgB, FlgC, y FlhO. La FlgG puede, a continuación, formar un eje distal y servir como sustrato para la adición posterior del anillo P y el gancho.

El ensamblaje del  gancho y del filamento está mediado por la proteína cap del gancho (FlgD) y la proteína cap del filamento (FliD), respectivamente [...] Ambas estructuras se pueden dividir en dominios cap-leg... una arquitectura similar tipo cap-leg ha sido vista en la cap del filamento. Por consiguiente, proponemos que la cap del gancho facilita el montaje del gancho por un mecanismo de rotación similar a la utilizada por la cap del filamento, la cual promueve el ensamblaje del filamento.

Ellos hacen referencia al trabajo de unos científicos japoneses cuyas animaciones han capturado la imaginación de muchos espectadores. Estas muestran la delicada danza de la proteína cap en el momento en que los monómeros de filamento se agregan de forma rápida, secuencial, y ordenada (ver “TheFlagellar Filament Cap: 'One of the Most Dynamic Movements in ProteinStructures). El nuevo trabajo confirma esa propuesta.  Ellos hablan de una "longitud determinada" por el eje distal; cómo es medida tal longitud no se explica, pero seguramente debe ser una cuestión interesante. La terminación de una pieza "promueve" el montaje de la siguiente.

Revisitando al argumento de la Co-opción o Exaptación.

¿Es el flagelo similar a un inyectosoma de tipo III? Esta cuestión se abordó en el film. (Los evolucionistas han tratado de señalar a la máquina TTSS como fase intermedia; ver "Dos grandes de la biología flagelar y sus críticas a M. Behe ¿En que fallan?".) El nuevo diagrama muestra algunas similitudes entre las dos máquinas, pero muchas diferencias, incluyendo las partes constituyentes. Aquí está su discusión:  

El flagelo y el inyectosoma asociado a virulencia comparten una estructura análoga y homóloga en lo que respecta a componentes de la TTSS. Sin embargo, la estructura y la función del eje son muy diferentes en los dos sistemas. El eje del inyectosoma está formado por una proteína (PrgJ en S. typhimurium). Para que haya un anclaje correcto de la estructura de la aguja, primero es preciso ensamblar el eje. La función del eje del inyectisoma es proporcionar un conducto para el transporte de proteínas desde el citoplasma bacteriano a la célula huésped (Fig. 6D). En contraste, el eje flagelar y sus complejas interacciones con el anillo de MS, el anillo P, y el gancho (Fig. 6B) proporcionan funciones duales: un canal hueco para la secreción de proteínas y un eje de accionamiento robusto para transmitir la fuerza de torca entre el motor y el filamento.

Así que incluso si el flagelo ha exaptado partes del TTSS, otras partes llegan a ser únicas. Como lo declara Minnich en el documental:

Estamos hablando de una máquina que tiene 40 partes estructurales. Sí, nos encontramos con 10 de ellas involucradas en otra máquina molecular. Pero las otras 30 son únicas. Entonces, ¿de dónde las va a pedir prestadas? Con el tiempo usted va a tener que explicar la función de cada pieza como si tuviese originalmente algún otro propósito. Así que sólo se puede seguir ese argumento hasta el momento en que se encuentra con el problema de que está pidiendo prestado piezas de ningún lado.

El nuevo documento corrobora las declaraciones de Minnich. En conclusión, dicen los autores,

En resumen, el cryo-ET de alto rendimiento, junto con el análisis mutagénico, reveló una serie completa de imágenes moleculares de alta resolución sobre el proceso de montaje de flagelos periplásmicos en la espiroqueta de la enfermedad de Lyme. La imagen compuesta resultante proporciona un plano general del proceso de montaje de esta máquina molecular intrincada. Este enfoque debería ser aplicable también para determinar la secuencia de eventos en las otras celulas no evaluadas que generan una amplia gama de máquinas moleculares.

Once años es mucho tiempo para refutar las afirmaciones acerca de la construcción del flagelo hechas en La Clave del Misterio de la Vida, si es que acaso fueran vulnerables a la falsificación. Sin embargo, estudios de alta resolución la confirman. No sólo eso, la investigación sobre el ensamblaje preciso de los flagelos está incentivando que se genere más investigación acerca del proceso de ensamblaje de otras máquinas moleculares. Es una medida de la solidez de una teoría científica el hecho de que los datos refuercen sus principios a través del tiempo y motiven nuevas investigaciones. ¡La complejidad irreducible vive!


Traductor: Daniel Alonso - Estudia Licenciatura en Ciencias Biológicas en UNT, Argentina.