Complejidad Irreductible: El Flagelo Bacteriano —Michael Behe

Nosotros, los humanos, tendemos a tener la opinión más elevada sobre nosotros mismos, y esta actitud le da color a nuestra percepción del mundo biológico. En particular, nuestra visión de lo que es superior y de lo que es inferior, lo que es avanzado en un organismo y lo que es primitivo en un organismo, comienza naturalmente con la idea de que en la cima de la naturaleza nos encontramos nosotros. No obstante, otros organismos, si pudieran hablar, defenderían la idea de que ellos son superiores. Entre estos está incluida la bacteria, a la cual con frecuencia consideramos como una de las formas de vida más rusticas.

Muchas bacterias se jactan de tener un dispositivo extraordinario que les permite la natación, el flagelo, el cual no tiene homólogos en células más complejas (1). En 1973 se descubrió que ciertas bacterias se desplazan en el medio líquido rotando sus flagelos. De esta manera el flagelo bacteriano trabaja como una hélice rotatoria— a diferencia del cilio cuyo movimiento se asemeja más al de un remo.

La estructura del flagelo es completamente diferente a la del cilio. El flagelo es un filamento largo similar a un pelo y que se encuentra anclado en la membrana celular. La porción externa del filamento está constituida por única proteína denominada “flagelina”. El filamento de flagelina es la superficie de la “hélice” que hace contacto con el líquido durante la natación. En un extremo del filamento de flagelina cerca de la superficie de la célula, hay una protuberancia en la parte más densa del flagelo. Es aquí donde el filamento se conecta con el impulso del rotor. El elemento que lo conecta está comprendido por la denominada “proteína del gancho”. El filamento del flagelo bacteriano, a diferencia del cilio, no contiene proteína del motor; si este último se echa a perder el filamento queda quieto, flotando en el agua. Por lo tanto el motor que hace rotar al filamento debe localizarse en alguna otra parte. Se ha demostrado por experimentación que el tal se encuentra ubicado en la base del flagelo, donde con microscopía electrónica observamos ciertas estructuras que disponen como anillos. La naturaleza de la rotación del flagelo tiene claras consecuencias inevitables, tal como se hace notar en un conocido libro de bioquímica:

“[El motor de rotación flagelar] debe tener los mismos elementos mecánicos que otros dispositivos de rotación: un rotor (el elemento que rota) y un estator (el elemento estacionario). (2)”

El rotor se identifica en la figura como el anillo M, y el estator como el anillo C.

La naturaleza rotatoria del motor flagelar bacteriano fue un descubrimiento sorprendente e inesperado. En contraste con otros sistemas que generan movimiento mecánico (los músculos, por ejemplo) el motor bacteriano no utiliza directamente energía almacenada en moléculas carriers como el ATP. Antes, para mover el flagelo utiliza la energía producida por un flujo de ácido a través de la membrana bacteriana. Los requerimientos para un motor basado en este principio son absolutamente complejos y son el foco de una intensa investigación. Se han sugerido una cantidad de modelos para explicar el motor; ninguno de los cuales es simple. (Se muestra a uno de los modelos en la figura, solo para dar al lector una idea de la complejidad que se espera del motor).

El flagelo bacteriano utiliza un mecanismo de empuje de hélice. Por consiguiente, en él se encuentran los mismos requerimientos de otros sistemas de desplazamiento en líquidos. El hecho de que el flagelo esté necesariamente constituido por al menos tres partes—una hélice, un rotor y un estator— lo hace irreduciblemente complejo. La evolución gradual del flagelo, al igual que la del cilio, presenta un desafío gigantesco.

La literatura profesional que toca al flagelo bacteriano es tan abundante como la del cilio, con miles de papers publicados sobre la materia a lo largo de los años. Esto no es nuevo; el flagelo es un sistema biofísico fascinante, y las bacterias flageladas son importantes desde el punto de vista médico. Otra vez aquí, la literatura evolutiva se encuentra totalmente ausente. A pesar de que mencionamos anteriormente que toda la biología debe ser vista con los anteojos de la evolución, ningún científico alguna vez ha publicado un modelo sobre la evolución gradual de esta máquina molecular extraordinaria.

La situación se complica

En el flagelo, además de las proteínas discutidas, se requieren cerca de cuarenta proteínas más para su función. De nuevo, se conocen los roles exactos de la mayoría de las proteínas, incluyendo las señales químicas necesarias para encender y apagar el motor; proteínas “buje” que le permiten al flagelo penetrar a través de la membrana celular y la pared celular; proteínas que ayuden en el ensamblaje de la estructura; y proteínas para regular la síntesis de las proteínas de las cuales está constituido el flagelo.

En conclusión, como los bioquímicos han comenzado a examinar estructuras aparentemente simples como el cilio y el flagelo, se han quedado atónitos frente a la verdadera complejidad, caracterizada por decenas y aún cientos de partes articuladas de modo preciso. Es muy probable que muchas de las partes que no consideramos en este libro sean necesarias para que el cilio pueda cumplir su función en la célula. Como aumenta el número de partes requeridas, la dificultad de que el sistema haya evolucionado gradualmente se eleva hasta el cielo, y la probabilidad de escenarios indirectos se desploma. Darwin es cada vez más dejado de lado. Las nuevas investigaciones sobre los roles de las proteínas auxiliares no pueden simplificar un sistema irreduciblemente complejo. La intransigencia del problema no puede ser aliviada; solo se complicará. 

REFERENCIAS:

1) Se puede encontrar una buena introducción al estudio del flagelo en Voet and Voet, p. 1259-1260. Detalles muy interesantes acerca del motor flagelar en: Schuster, S. C., and Khan, S. (1994) «The Bacterial Flagellar Motor,» Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure, 23, 509-539; Caplan, S. R., and Kara-lvanov, M. (1993) «The Bacterial Flagellar Motor,» International Review of Cytology, 147, 97-164.

2) Voet and Voet, p. 1260.

Autor: Michael Behe. Recibio el doctorado en Bioquimica de la Universidad de Pensilvania en el año 1978. Actualmente trabaja como profesor en la Universidad de Leigh, como investigador en el Discovery Institute. Es uno de los principales teóricos del Diseño Inteligente y ha escrito varios libros sobre la temática. Su libro Darwin's Black Box: The Biochemical Challengue to Evolution fue seleccionado por la revista National Review y World como uno de los 100 libros más importantes del siglo 20.

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

De: Behe, M. (1996) Darwin's Black Box: The Biochemical Challengue to Evolution, 10th ed. (2006) Free Press, New York, p. 69-73

Proteínas —Michael Behe

 Por extraño que parezca, la bioquímica moderna ha demostrado que la célula se encuentra operada por máquinas— literalmente, máquinas moleculares. Al igual que sus homologas diseñadas por humanos (tales como ratoneras, bicicletas y transbordadores espaciales), las máquinas moleculares van desde las simples hasta las enormemente complejas: mecánicas y generadoras de fuerza como aquellas con las que cuentan los músculos; máquinas electrónicas, como las que se encuentran en los nervios; y máquinas que funcionan con energía solar, típicas en el proceso de la fotosíntesis. Por supuesto, las máquinas moleculares están constituidas principalmente de proteínas y no de metal o plástico. En este capítulo voy a discutir sobre aquellas máquinas moleculares que permiten a las células desplazarse en un medio líquido, y tú vas a conocer aquello que se requiere para que puedan hacerlo.

Pero primero, algunos detalles importantes. Para entender las bases moleculares de la vida uno tiene que tener una idea acerca de cómo trabajan las proteínas. Quienes quieran conocer todos los detalles— cómo se sintetizan las proteínas, cómo sus estructuras les permiten trabajar efectivamente, etc. — a ellos les recomiendo que consigan en alguna librería algún libro de texto introductorio de bioquímica. Para aquellos que solo quieren saber unos pocos detalles— tales como qué tipos de aminoácidos existen, y cuáles son los niveles de organización de las proteínas— he incluido un apéndice que discute acerca de las proteínas y los ácidos nucleicos.

Para el propósito presente, sin embargo, una visión general de estos notables componentes bioquímicos será suficiente.

La mayoría de las personas imagina a las proteínas como algo que se come. Sin embargo, en el organismo de un animal o planta vivientes estas juegan roles muy activos. Las proteínas son máquinas que se encuentran en los tejidos y que son capaces de construir estructuras y llevar a cabo las reacciones necesarias para la vida. Por ejemplo, el primer paso en capturar la energía de un azúcar y convertirla en alguna forma de energía que el cuerpo pueda usar, es llevado a cabo por una proteína catalítica (también conocida como enzima) denominada hexoquinasa; la piel está constituida principalmente de una proteína denominada colágeno; y cuando la luz incide en tu retina, la proteína denominada rodopsina inicia la visión. Tu puedes observar incluso a través de este número limitado de ejemplos que las proteínas son sorprendentemente versátiles. No obstante una proteína dada solo tiene uno o unos pocos usos: la rodopsina no puede formar piel, y el colágeno no puede interactuar efectivamente con la luz. Por consiguiente una célula típica contiene miles y miles de diferentes tipos de proteínas para realizar la cantidad de actividades biológicas.

Las proteínas están constituidas de aminoácidos ensamblados químicamente en una cadena. Una cadena proteínica típica puede estar constituida por una cantidad de aminoácidos que van desde los cincuenta hasta los mil. Cada posición en la cadena es ocupada por uno de los veinte tipos de aminoácidos diferentes. En esto se parecen a las palabras, las cuales pueden exhibir variadas longitudes aunque solo pueden estar formadas por 26 tipos de letras. Por una cuestión práctica, los bioquímicos se refieren a cada aminoácido usando una letra como abreviación— G para la glicina, S para la serina, H para la histidina, y así sucesivamente. Cada tipo de aminoácido tiene una forma diferente y propiedades químicas diferentes. Por ejemplo, W es grande pero A es pequeño, R tiene una carga positiva mientras que E tiene una carga negativa, S se disuelve en agua mientras que I se disuelve en compuestos orgánicos, etc.

Cuando tú piensas en una cadena, probablemente imaginas algo que es muy flexible, que no posee una forma determinada. Pero las cadenas de aminoácidos—proteínas, en otras palabras— no son así. Las proteínas que operan en la célula se pliegan formando estructuras muy precisas, y la estructura puede ser absolutamente diferente para los distintos tipos de proteínas. El plegamiento se produce automáticamente cuando, por ejemplo, aminoácidos cargados positivamente son atraídos por otros de carga negativa, cuando los aminoácidos solubles en compuestos orgánicos se aproximan entre sí para separarse del agua, o cuando los aminoácidos de gran tamaño son desplazados de los pequeños espacios, etc. (figura 1). Dos secuencias diferentes de aminoácidos (lo que corresponde a dos proteínas diferentes) pueden plegarse en estructuras tan especificas y diferentes una de la otra como si fuesen llaves mecánicas regulables o piezas de rompecabezas.

Es la forma de la proteína plegada y la ubicación precisa de los diferentes aminoácidos lo que permite a una proteína cumplir con una función determinada. Por ejemplo, si el trabajo de una proteína es unirse específicamente a una segunda proteína, las dos formas deberían encajar una con la otra al igual que una mano lo hace en un guante (figura 2). Si hay un aminoácido cargado positivamente en la primera proteína, la segunda proteína debería tener un aminoácido cargado negativamente, de otro modo, las dos no se acoplaran. Si el trabajo de una proteína es catalizar una reacción química, la forma de la enzima deberá hacer juego con la forma del químico que hace de blanco. Cuando se unen, la enzima tiene aminoácidos posicionados de forma precisa, lo que desencadena la reacción química. Si la configuración de una llave mecánica o de una pieza de rompecabezas es modificada o torcida de manera significativa, el objeto no podrá cumplir con su función. Asimismo, si la forma de una proteína es modificada esta fallará en cumplir con su objetivo.

La bioquímica moderna inició su trayectoria hace cuarenta años atrás cuando la ciencia empezó a comprender como trabajan las proteínas. Desde entonces, grandes disputas se han producido con el objetivo de entender exactamente cómo proteínas particulares llevan a cabo tareas determinadas. En general, la actividad celular requiere el trabajo de equipos de proteínas; cada miembro de del equipo realiza solo una parte del largo trabajo. Con el objetivo de hacer las cosas lo más simple posible, en este libro me concentraré en los equipos de proteínas. 

Autor: Michael Behe. Recibio el doctorado en Bioquimica de la Universidad de Pensilvania en el año 1978. Actualmente trabaja como profesor en la Universidad de Leigh, como investigador en el Discovery Institute. Es uno de los principales teóricos del Diseño Inteligente y ha escrito varios libros sobre la temática. Su libro Darwin's Black Box: The Biochemical Challengue to Evolution fue seleccionado por la revista National Review y World como uno de los 100 libros más importantes del siglo 20. 

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

De: Behe, M. (1996) Darwin's Black Box: The Biochemical Challengue to Evolution, 10th ed. (2006) Free Press, New York, p. 51-53. 

El Diseño Inteligente ¿Es científico? —William Dembski, Jonathan Wells

Reflexionando sobre la significancia de la teoría de Darwin, el biólogo evolucionista Francisco Ayala hizo la siguiente observación: 

“El diseño funcional de los organismos vivos y sus características parecerían fundamentar la idea de la existencia de un diseñador. El talento más grande de Darwin fue demostrar que el fenómeno que dirigió la organización de los primeros seres vivos puede ser explicado como el resultado de un proceso natural, la selección natural, sin necesidad de acudir a ningún Creador o agente externo”, 

acerca de esto Ayala dijo además, 

“Como consecuencia, el campo de estudio del origen, adaptación y difusión de los organismos ingresó en el mundo de las ciencias”. (1)

Con su comentario anterior, Ayala sugiere claramente que antes de Darwin el estudio de los orígenes biológicos no era considerado propiamente como parte de la ciencia. Y como antes de Darwin el estudio de los orígenes biológicos estuvo muy enfocado en el Diseño Inteligente, Ayala infiere que explicar la complejidad y diversidad biológica haciendo alusión al diseño puede no ser considerado propiamente como científico. David Hull, filósofo de la biología, toca este punto de forma explícita: 

“Él [Darwin] lo desechó [el diseño] no porque se tratase de una explicación científica incorrecta, sino porque no era una explicación científica que se considerase del todo apropiada”. (2)

Pero esto no puede ser correcto. Muchas ramas de la ciencia emplean el concepto de diseño. De hecho muchas de esas ciencias serían inconcebibles sin él. La arqueología propone que los humanos de las edades pasadas dejaron evidencias de sus vidas y culturas, y que estas evidencias se pueden distinguir de los efectos producidos por las ciegas fuerzas materiales. La ciencia forense asume que cuando los humanos cometen crímenes intentan cubrir sus rastros; aún así, cometen equivocaciones en el intento, y estos rastros terminan atribuyéndoseles y no, como ellos quisieran, a “causas naturales”. Entre las otras ramas de la ciencia que prescinden del concepto de diseño está la inteligencia artificial, la criptografía y la generación de números aleatorios.

Tampoco el diseño debe referirse siempre al diseño de los humanos. Algunos psicólogos estudian el comportamiento y aprendizaje en animales. Los animales exhiben inteligencia y pueden diseñar cosas. Por ejemplo, los embalses que construyen los castores son diseñados. Ni tampoco el diseño debe ser restringido a la Tierra. La Búsqueda de Inteligencia Extraterrestre (SETI) busca pistas de inteligencia en las señales de radio provenientes del espacio exterior. El supuesto subyacente del SETI es que podemos filtrar las señales de radio de aquellas que son el resultado de eventos naturales para luego interpretar aquellas que son diseñadas.

Los biólogos Francis Crick y Leslie Orgel llegaron a proponer la idea de que la vida es muy compleja como para haber surgido en el planeta Tierra, y que por ende debió haber sido sembrada por alienígenas inteligentes (que viajaron en naves espaciales a través de nuestro sistema solar) (3). Aunque uno puede considerarla como alocada y poco creíble, su teoría de la Panspermia Dirigida, así denominada, es no obstante considerada por la comunidad científica como una hipótesis que cae dentro de las fronteras de la ciencia. La teoría de Crick y Orgel propone una visión de la vida en la Tierra basada en el diseño.

La ciencia necesita, incluso, emplear el concepto del diseño para mantener la honestidad dentro de ella. El plagio y la falsificación de datos son, desafortunadamente, mucho más comunes de lo que alguien estaría dispuesto a admitir (4). The Chronicle of Higher Education registra un caso notable:

“El año pasado Raymond G. De Vries, un profesor asociado de educación médica de la Universidad de Michigan, en Ann Abor y tres de sus colegas encuestaron a mas de 3000 científicos con el objetivo de saber si alguno estuvo implicado en algún tipo de comportamiento deshonesto, tales como el cambio de un estudio debido a presiones por parte de la fuente de los fondos, o no haber presentado datos que contradicen su propio trabajo. La tercera parte de los científicos reconoció haber cometido algún tipo de falta a la ética científica” (5). 

Un factor que es crucial para mantener en jaque a estos abusos es la habilidad de detectarlos. En todos los casos, lo que se está detectando es un diseño.

Si el diseño es, de esta manera, fácilmente detectable dentro de varias ramas de la ciencia, y esa habilidad de detectarlo es uno de los factores clave que mantienen la honestidad en la ciencia, ¿Por qué el diseño debería ser excluido a priori de la biología? ¿Qué si los sistemas biológicos exhiben patrones que claramente revelan diseño?

REFERENCIAS:

1) Francisco J. Ayala, “Darwin´s Revolution” in Creative Evolution?!, eds. J. H. Campbell and J. W. Schopf (Boston: Jones and Bartlett, 1994), 4.

2) David Hull, Darwin and His Critics: The Reception of Darwin´s Theory of Evolution by The Scientific Community (Cambridge, Mass.: Harvard University Press, 1973), 26.

3) Francis Crick and Leslie E. Orgel, “Directed Panspermia”, Icarus 19 (1973): 341-346.

4) Eliot Marshal, “Medline Searches Turn Up Cases of Suspected Plagiarism,” Science 279 (1998): 473-474. Lila Guterman, “Sense of Injustice Can Lead Scientists to Act Unethically, Study Finds,” Chronicle of Higher Education, (April 7, 2006)

5) Lila Guterman, “Sense of Injustice Can Lead Scientists to Act Unethically, Study Finds,” Chronicle of Higher Education, (April 7, 2006).

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. 3-5.