Contestando lo que Nunca se Contesta sobre la "Evolución" de los Genes —Casey Luskin

Para ver la parte 3 (sección anterior) de esta serie sobre la evolución de los genes, escrita por Casey Luskin, haz Click Aquí

Haciendo las preguntas correctas.

Ahora hablando en serio, es fácil duplicar un gen, pero el ingrediente clave que falta en muchas explicaciones neo-Darwinianas sobre el origen de la información genética nueva es la explicación de cómo un gen duplicado llega a adquirir una función nueva  y optimizada. Los evolucionistas no han demostrado, salvo en casos excepcionales, que existe un camino evolutivo gradual hacia la nueva función de los genes duplicados.

Como vimos anteriormente, Austin Hughes advierte en contra de hacer "afirmaciones con bases estadísticas sugiriendo evidencia de selección positiva, y pasar por alto al mecanismo biológico." [1] En otras palabras, se recurre a la selección natural para explicar la evolución de los genes cuando ni siquiera se conoce el efecto funcional de las mutaciones que han sido asignadas. En este sentido, Hughes observa que incluso en uno de los estudios mejor hechos, "no había evidencia directa de que la selección natural realmente estuviese involucrada en la fijación de los cambios adaptativos." [2]

Hughes reconoce también un problema característico en muchas apelaciones a la selección natural, y es que las mutaciones necesarias no pueden dar ninguna ventaja selectiva cuando ocurren por primera vez. Él escribe en relación a un estudio:

Por ejemplo, la rodopsina del congrio japonés con λ_max â‰ˆ 480 nm  logra esta sensibilidad a través de la interacción de tres sustituciones de aminoácidos diferentes (en los lugares 195, 195 y 292). No parece haber ninguna manera en que la selección natural pueda hacer que el reemplazo de un solo aminoácido resulte en un valor adaptativo a menos que se produzcan también los otros dos reemplazos. [3]

En este caso, no hubo ninguna ventaja que haya sido adquirida en cada una de las etapas que involucró cada mutación sucesiva. Debido a que no se podría ganar ninguna ventaja hasta que las tres mutaciones estén presentes, a Hughes le resulta más "plausible" creer que las dos primeras mutaciones eran "selectivamente neutrales", y que fueron fijadas debido a procesos aleatorios, no-adaptativos como la deriva génica. Una vez que surja la tercera mutación se podría haber proporcionado una ventaja; parafraseando a Scott Gilbert, en el mejor de los casos explica la supervivencia del más fuerte, no el surgimiento del más fuerte. [4]

Pero la explicación de Hughes tiene defectos: se requiere que dos mutaciones se fijen antes de que se consiga cualquier ventaja selectiva para la tercera mutación. Esto implica que debe haber tres mutaciones específicas a fin de obtener alguna ventaja selectiva. Una pregunta clave sería, por lo tanto, ¿Es probable que cambios mutagénicos múltiples y específicos puedan aparecer en un mismo individuo a través de un proceso al azar, no-guiado, teniendo en cuenta las tasas de mutación conocidas y el tamaño de las poblaciones? Incluso Hughes, a pesar de la exhortación a sus colegas biólogos evolutivos de emplear mayor rigor en sus estudios, no se refiere a esta cuestión fundamental.

Uno encuentra un parecido a la ocasión en la que el conocido paloeoantropólogo Bernard Wood criticó un modelo simplista de la evolución del cráneo humano basándose en que se necesitarían demasiadas mutaciones para obtener alguna ventaja funcional:

La mutación habría reducido la aptitud biológica de esos individuos… Sólo se fijaría si coincidieran las mutaciones que reducían el tamaño de los dientes, el tamaño de la mandíbula y el aumento de tamaño del cerebro. ¿Cuáles son las probabilidades de eso? [5]

De forma similar, Jerry Coyne escribe que "Es cierto que la selección natural no podría producir función alguna si los pasos intermedios no le confirieran un beneficio neto al organismo." [6] Esto pone de manifiesto una deficiencia fundamental en muchas explicaciones neo-darwinianas sobre la evolución de los genes, y es que no demuestran que son plausibles los procesos necesarios para generar nueva información genética funcionalmente ventajosa. Como lo explica Hughes o Wood, se requiere de mutaciones múltiples para obtener alguna ventaja funcional. Cualquier explicación que invoque mutaciones ciegas, no-guiadas y al azar en la evolución de un gen desde una función A hacia una función B debe responder al menos estas tres preguntas:

• Pregunta 1: ¿Hay un camino adaptativo gradual mutando desde A hacia B, con una ventaja selectiva obtenida en cada pequeño paso de la vía?

• Pregunta 2: ¿Si no es así, se necesitan múltiples mutaciones específicas para ganar o mejorar la función?

• Pregunta 3: ¿Si es así, es probable de que este evento de mutación múltiple ocurra teniendo en cuenta los recursos probabilísticos disponibles?

El matemático David Berlinski considera estas cuestiones al criticar las explicaciones evolutivas sobre la evolución del ojo. Los procesos darwinianos fracasan porque se requieren múltiples cambios para que aparezca una función nueva:

Si estos cambios se producen al mismo tiempo, no tiene sentido hablar de un ascenso gradual al Monte Improbable. Si no se producen al mismo tiempo, no está claro el por qué deben suceder al fin y al cabo. [7]

Una vez más, la pregunta clave es ¿cuán difícil es que surja la nueva información biológica funcional? Responder a esta pregunta requiere la evaluación de la capacidad de las mutaciones aleatorias y la selección natural de generar nueva información biológica funcional. Pero cuando la mayoría de los biólogos evolucionistas juegan el Jueguito de la Evolución Génica [véase artículo anterior], no hacen esas evaluaciones y raramente tienen en cuenta estas cuestiones. En lugar de ello, invocan procesos tales como la duplicación de genes, la selección natural, y el reordenamiento , sin demostrar como las mutaciones aleatorias y no-guiadas son suficientes como para producir la información necesaria

Afortunadamente, algunos científicos están dispuestos a considerar estas cuestiones clave. Han realizado investigaciones proporcionando datos que nos ofrecen razones poderosas para permanecer escépticos acerca de la capacidad de las mutaciones y la selección natural de formar nuevas secuencias genéticas funcionales.

Respondiendo las preguntas 1 y 2:

El biólogo molecular Doug Axe realizó pruebas de sensibilidad mutagénica en las enzimas y encontró que los pliegues funcionales en las proteínas pueden ser tan raros como 1 en 10⁷⁷. [8] Su investigación muestra que el gráfico de aptitud para muchas enzimas se parece a esto, lo que hace muy poco probable que los procesos neo-Darwinianos encuentren secuencias específicas de aminoácidos que produzcan pliegues de proteínas funcionales:

Para poner el asunto en perspectiva, estos resultados indican que las probabilidades de que los procesos darwinianos generen un pliegue proteico funcional son menores a las probabilidades de que alguien cerrando los ojos y disparando una flecha a nuestra galaxia, la Vía Láctea, le dé a un átomo preseleccionado. [9] Por decir lo menos, agota los recursos probabilísticos disponibles. Estos datos nos ayudan a responder la primera pregunta: no es probable que haya un camino gradual y funcional vía mutaciones que conduzca desde la función A hacia la función B.  

Douglas Axe no es el único biólogo que toma nota de esto. Un libro de texto de biología de nivel universitario, Biología de Campbell, hace la observación de que "Incluso un ligero cambio en la estructura primaria puede afectar a la conformación de una proteína y su capacidad para funcionar." [10] Del mismo modo, David S. Goodsell, un biólogo evolucionista, escribe:

Como se pueden imaginar, sólo una pequeña fracción de las posibles combinaciones de aminoácidos se pliega espontáneamente en una estructura estable. Si usted hace una proteína con una secuencia aleatoria de aminoácidos, lo más probable es que sólo se formará una maraña pegajosa cuando se coloque en el agua. Las células han perfeccionado las secuencias de aminoácidos durante muchos años a través de la selección evolutiva... [11]

Lo que Goodsell no menciona es que si las secuencias "perfeccionadas"  de aminoácidos y los pliegues de proteínas funcionales son poco frecuentes y que leves cambios pueden alterar la función, entonces será muy poco probable que la selección conduzca a las proteínas de un pliegue funcional a otro sin atravesar alguna etapa no funcional. Siendo así, ¿cómo es que evolucionan los nuevos pliegues de proteínas funcionales? Esto nos responde efectivamente a la pregunta 2 sugiriendo que se requerirían muchas mutaciones específicas para la evolución de los genes mientras se pasa por etapas no funcionales en vías de desarrollo de alguna función nueva. La pregunta 3 evalúa si es probable que esto suceda.

Respondiendo la pregunta 3:

En 2004, Michael Behe ​​y el físico David Snoke publicaron un artículo en Protein Science reportando unos resultados de simulaciones por ordenador y sus cálculos teóricos correspondientes. Estos mostraban que la evolución darwiniana de una simple unión funcional entre dos proteínas sería muy poco probable que ocurra en las poblaciones de organismos pluricelulares. La razón, en pocas palabras, es porque demasiados aminoácidos tendrían que ser fijados por mutaciones no adaptativas antes de que se consiga una unión funcional. Ellos describen:

El hecho de que se necesite de grandes tamaños en una población —10⁹ o mayor— para producir incluso una función mínima [de residuos múltiples] requiriéndose dos alteraciones de nucleótidos dentro de 10⁸ generaciones a través de los procedimientos descritos en nuestro modelo, y que se precisen enormes tamaños de población para características más complejas o tiempos más cortos, parece indicar que el mecanismo de duplicación de genes y mutación puntual por sí sola sería ineficaz, al menos para las especies diploides multicelulares, porque pocas especies multicelulares alcanzan el tamaño de población requerido. [12]

Según estos datos, vía proceso al azar es poco probable que se produzcan incluso dos mutaciones no adaptativas necesarias en las especies diploides multicelulares, dentro de cualquier período de tiempo razonable. Esto responde a la pregunta 3: conseguir múltiples mutaciones no-adaptativas y específicas en un solo individuo es extremadamente difícil; y más de dos mutaciones necesarias pero no-adaptativas probablemente fuera del alcance de los organismos multicelulares. Estudios como éste demuestran que la capacidad real de las mutaciones aleatorias y la selección como procesos no guiados para producir nuevas funciones genéticas, incluso modestamente complejas, es insuficiente.

En 2008, los supuestos críticos de Behe ​​y Snoke intentaron refutarlos en la revista Genetics, pero contrario a sus expectativas, encontraron que para obtener sólo dos mutaciones específicas vía evolución darwiniana, "para los seres humanos, que presentan un tamaño poblacional mucho más pequeño, este tipo de cambio tomaría > 100 millones de años. " Los críticos admitieron que era "muy poco probable que se produzca en un plazo razonable." [13] En otras palabras, existe demasiada información compleja y específica en muchas proteínas y enzimas que se sintetizan en el ser humano como para que esta información sea generada vía procesos darwinianos en una escala de tiempo evolutivo razonable.

Como lo señalamos en nuestros comentarios en la sección del Jueguito de la Evolución Génica, cuando los neo-Darwinistas tratan de explicar la evolución de los genes, a menudo las mutaciones puntuales son insuficientes para explicar el origen de la secuencia del gen. Por consiguiente, deben apelar a reordenamientos genéticos como inserciones, eliminaciones o un supuesto proceso llamado "domain shuffling" en donde los segmentos de las proteínas se barajan a nuevas posiciones en el genoma. En su libro The Edge of Evolution, Michael Behe hace un comentario acerca de la Ingeniería de Proteínas, que se vale del canje de dominios a fin de cambiar la función de las proteínas. El remarca el hecho de que los cambios diseñados inteligentemente requieren múltiples modificaciones que, en la naturaleza, precisarían demasiados eventos mutagénicos simultáneos para producir cambios que sean funcionales:

[La Ingeniería de Proteínas] no imita a la mutación aleatoria. Es exactamente lo contrario de la mutación aleatoria. ... ¿Acaso dicen algo los resultados de laboratorio acerca de si barajar al azar los dominios "ocurren con una frecuencia significativa en las condiciones que impone la naturaleza"?  ¿Dicen algo sobre si esto es biológicamente razonable? Nada. Cuando un científico organiza intencionalmente fragmentos de genes con el fin de maximizar las posibilidades de su interacción, ha dejado a Darwin lejos, muy lejos. ... [En experimentos que por ingeniería de proteínas barajan o revuelven dominios] no sólo se empalman dos genes juntos en un solo paso, sino que se comen varios pasos adicionales. ... Recuerde que mientras más etapas o pasos haya entre los estados selectivamente beneficiosos, mucho menos plausibles se vuelven las explicaciones Darwinianas. El “domain shuffling” vendría a ser un ejemplo del mecanismo de "ingeniería genética natural" defendido por James Shapiro, en donde la evolución por grandes cambios aleatorios espera hacer lo que la evolución vía pequeños cambios aleatorios no puede. Pero el azar es el azar. No importa si un mono está barajando letras individuales o capítulos enteros, la incoherencia afecta a cualquier paso. ... En ocasiones una de ellas podría ser útil por suerte; será rara una segunda vez. Los procesos darwinianos en particular, y los no-inteligentes en general, no pueden construir sistemas coherentes. Es biológicamente más razonable concluir que, al igual que los múltiples sitios de unión proteína-proteína, el reordenamiento de múltiples elementos genéticos en circuitos lógicos complejos (similares a los de los ordenadores) también se encuentra mucho más allá del límite de la evolución Darwiniana. [14]

Como observa Behe, "No importa si un mono está barajando letras individuales o capítulos enteros, la incoherencia afecta a cualquier paso." Por lo tanto, cuando hay varios eventos de mutación —sean mutaciones puntuales, "domain shuffling", u otros tipos de reordenamientos— y están obligados a obtener alguna ventaja funcional, parece poco probable que los procesos ciegos de la evolución neo-Darwiniana puedan producir información biológica nueva.

Desafortunadamente, muy pocos o ninguno los defensores de estas fantásticas explicaciones neo-Darwinianas va a investigar si la mutación y la selección natural son suficientes para producir nueva información genética funcional. En lugar de ello, creen que la búsqueda de similitudes y diferencias entre los genes demuestra que se ha producido la evolución, y asumen que la "selección positiva" es una explicación suficiente.

Como advierte Hughes, se involucran en el "uso de ciertos métodos estadísticos deficientemente concebidos para poner a prueba la selección positiva," y que gracias a ello "la literatura evolutiva se ha llenado de afirmaciones extravagantes de selección positiva " que resultan en un "ruido pseudo-Darwiniano” que “ha sido realmente perjudicial para la credibilidad de la biología evolutiva como ciencia. " [15] O, como advierte Michael Behe, “confunden la mera similitud de secuencia con evidencia de evolución neo-Darwiniana”. Finalmente, Michael Lynch advierte a sus colegas que "La biología evolutiva no es un ejercicio narrativo o literario, y el objetivo de la genética de poblaciones no es ser inspiradora, sino ser satisfactoriamente explicativa". [16]

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. 

Fuente: http://www.exploreevolution.com/exploreEvolutionFurtherDebate/2010/03/response_to_the_ncses_reply_to.php

REFERENCIAS:

[1] Austin L. Hughes, "Looking for Darwin in all the wrong places: the misguided quest for positive selection at the nucleotide sequence level," Heredity, Vol. 99:364--373 (2007).

[2] Id.

[3] Id.

[4] "The modern synthesis is good at modeling the survival of the fittest, but not the arrival of the fittest." Scott Gilbert, citado en John Whitfield, "Biological Theory: Postmodern evolution?," Nature, Vol. 455:281-284 (2008).

[5] Bernard Wood, citado en Joseph B. Verrengia, "Gene Mutation Said Linked to Evolution," Associated Press, lo puede encontrar en San Diego Union Tribune, 24 de Marzo, 2004.

[6] Jerry Coyne, "The Great Mutator," The New Republic (14 de Junio, 2007).

[7] David Berlinski, "Keeping an Eye on Evolution: Richard Dawkins, a relentless Darwinian spear carrier, trips over Mount Improbable. Review of Climbing Mount Improbable by Richard Dawkins (W. H. Norton & Company, Inc. 1996)," en The Globe & Mail (November 2, 1996).

[8] Douglas A. Axe, "Estimating the Prevalence of Protein Sequences Adopting Functional Enzyme Folds," Journal of Molecular Biology, Vol. 341: 1295-1315 (2004); Douglas A. Axe, "Extreme Functional Sensitivity to Conservative Amino Acid Changes on Enzyme Exteriors," Journal of Molecular Biology, Vol. 301: 585-595 (2000).

[9] See Stephen C. Meyer, Signature in the Cell: DNA and the Evidence for Intelligent Design, pg. 211 (HarperOne, 2009).

[10] Neil A. Campbell and Jane B. Reece, Biology, pg. 84 (7th ed, 2005).

[11] David S. Goodsell, The Machinery of Life, pg. 17, 19 (2nd ed, Springer, 2009).

[12] Michael J. Behe & David W. Snoke, "Simulating Evolution by Gene Duplication of Protein Features That Require Multiple Amino Acid Residues," Protein Science, Vol 13:2651-2664 (2004).

[13] Rick Durrett and Deena Schmidt, "Waiting for Two Mutations: With Applications to Regulatory Sequence Evolution and the Limits of Darwinian Evolution," Genetics, Vol. 180: 1501--1509 (November 2008).

[14] Michael Behe, The Edge of Evolution: The Search for the Limits of Darwinism, Appendix D, pgs. 272-275 (Free Press, 2007) (enfasis añadido).

[15] Austin L. Hughes, "The origin of adaptive phenotypes," Proceedings of the National Academy of Sciences USA, Vol. 105(36):13193--13194 (Sept. 9, 2008) (se han removido las citas internas).

[16] Michael Lynch, "The frailty of adaptive hypotheses for the origins of organismal complexity,"Proceedings of the National Academy of Sciences, Vol. 104:8597--8604 (May 15, 2007).