Variación y Selección Fuera de Sincronización —William Dembski, Jonathan Wells.

¿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.