La Duplicación Génica ¿Funciona como se le hace Propaganda? —Jonathan McLatchie

En un post previo, me referí a una publicación reciente que desafía un punto fundamental del neo-Darwinismo —específicamente, la suficiencia causal de la duplicación génica y la subsecuente divergencia para explicar el origen de la nueva información biológica. En esta continuación, considero algunos de los casos de estudio examinados en este paper y le doy importancia a las conclusiones. El trabajo discute el caso del Sdic (el cual también fue considerado en este web-site antes), un gen de dineina flagelar que se encuentra exclusivamente en Drosophila melanogaster, el cual aparenta ser un ejemplo de gen duplicado en tándem “atrapado en el mismo acto” de evolución (Ponce and Hartl 2009), formado cuando dos genes adyacentes, AnnX y Cdic, fueron duplicados y luego fusionados por una deleción. Bozorgmehr explica,

“El Scidic está compuesto por cuatro paralogos habiendo sido en si mismo duplicado dos veces. La región 5´no traducida del gen (o región UTR) y una parte del promotor de secuencia derivan del AnnX, mientras que la parte traducida y todos los 300 pares de bases (bp) de la UTR 3´ vendrían del gen Cdic. Una comparación de secuencia entre Sdic2 y Cdic revela que 522 de los 527 resiudos (el 99%) se pueden alinear sin dificultad. Se ha observado que Sdic se expresa en los testículos y se incorpora en el flagelo espermático; esto ocurre porque adquiere a partir de la UTR 3´del AnnX un elemento clave especifico del testículo y homologo con aquellos de las otras secuencias promotoras. No está claro si el elemento es un amplificador o tiene algún otro rol regulatorio en el gen AnnX tal como, por ejemplo, la localización de ARNm. En cualquier caso, el gen parecería contribuir de forma muy positiva en la fecundación”.

Al final, sin embargo, es la pérdida de alrededor de 100 codones de la parte N-termnial del Cdic la responsable del cambio principal de función —esto es, la adquisición de la característica fundamental de las dineínas citoplasmáticas, especialmente la perdida de los motivos del Sdic necesario para su interacción con la dinactina. Por consiguiente parece ser que en este caso, la deleción fue uno de los factores necesarios que han estado involucrados en la fusión de los genes. El autor recalca:

“esto presenta un problema en términos de explicar cualquier incremento en el tamaño del cistrón”.

El trabajo también examina otro caso propuesto de evolución de información exónica nueva atribuida en las bacterias que digieren nylon, citado por Ohno (1984); un estudio en el cual se documentó la presencia de una nylon-hidrolasa oligomérica en bacterias y próxima a los sitios que estaban involucrados en la producción del material sintético. Sin embargo, nuestro autor cita otro estudio más reciente, Negoro et al. (2005), en el cual se arguye que la fuente más probable era una enterasa que presentaba un pliegue de β-lactamasa. Bozorgmehr escribe:

“El remplazo de dos aminoácidos en la hendidura catalítica incrementó mucho la actividad ald-hidrolítica, en cierta medida ya provista por un sitio activo de serina, necesaria para la degradación de los oligomeros. Sin embargo esta ventaja parece haber venido juntamente con cierto costo en una parte de la función estereolitica, ya que la enzima casi no tiene constante de especificidad y eficiencia con respecto a su función alternativa. Así pues, aunque existe una ganancia apreciable en la capacidad operacional, no se genero información nueva más que para la degradación oligomérica especificada”.

Bozorgmehr le plantea un desafío al concepto mismo de novedad evolutiva que es adquirida vía mutaciones de cambio de marco de lectura [que incluyen deleciones e inserciones de secuencia] cuya mayoría incurren prematuramente en los codones de stop, lo que resulta en el truncamiento de la proteína. Después de discutir unos pocos trabajos más (los lectores interesados pueden consultar el artículo original por más información), el concluye con lo siguiente:

“… aunque las mutaciones de cambio de marco de lectura tienen el potencial de provocar divergencia en la secuencia de un modo más rápido que las mutaciones puntuales individuales, es equivocado asumir que estas pueden producir cualquier información novedosa aun si resultan en la emergencia de caracteres nuevos en las proteínas. Por consiguiente, una divergencia en la secuencia no necesariamente resulta en un cambio de funcionalidad o una afección al comportamiento, ya que la misma información puede ser construida usando un diferente numero de ordenamientos en la secuencia de aminoácidos. En los duplicados y también en los simples, los cambios pueden ser compensatorios y en respuesta a una degeneración previa más que representar cualquier innovación”.

Incluso de forma pasajera el paper alude a un desafío a la teoría de la evolución de una manera similar a la complejidad irreductible:

“Un problema fundamental asociado al mecanismo de evolución darwiniano es que muchos de los estados intermediarios e incipientes en el desarrollo de un rasgo biológico pueden no ser aprovechables en sí mismos e incluso pueden ser perjudiciales”.

Además,

“la hipotética metamorfosis debería haber requerido cambios en lugares distantes y no obstante relacionados que deben haber estado coordinados y sincronizados —y de esta manera aportando algo al efecto de la saltación direccional. Sin embargo, esto no es algo que un proceso ciego y no supervisado no pueda realizar”.

Aunque el trabajo no menciona al diseño o la teleología como hipótesis candidatas, este es un problema al que la hipótesis del diseño se sobrepone —la inteligencia tiene la propiedad única de ser capaz de visualizar la complejidad, y tener la previsión necesaria en orden de traer todo junto a fin de efectivizar un fin puntual. Pero existe otro cuestión discutida en esta publicación que cobra mayor sentido bajo un paradigma de diseño que bajo uno Darwiniano:

“Además, las proteínas anticongelantes que han sido encontradas en el bacalao del ártico son completamente diferentes en secuencia y organización a sus primas antárticas —lo que significa que el mismo gen del tripsinógeno pudo no haber sido el gen ancestral en este caso. Aunque esto se hace pasar como evidencia de “evolución convergente”, sirve solo para generar otro problema: como pudo evolucionar un gen del que se creía tenía un origen mas reciente”.

El paper también critica el modelo de reclutamiento de novo de regiones no codificantes que se vuelven secuencias no funcionales, concluyendo en lo siguiente:

“como un mecanismo de creación de motivos y dominios proteícos nuevos, el reclutamiento de novo de ADN no codificante parece extremadamente improbable e implausible.”

La redacción concluye con lo siguiente:

“La duplicación génica y subsecuente divergencia evolutiva ciertamente contribuyen al tamaño del genoma y en gran medida a su diversidad y versatilidad. Sin embargo, en todos los ejemplos dados arriba, los mecanismos evolutivos conocidos han sido marcadamente restringidos y limitados en su habilidad de innovar y crear información nueva. Este límite natural al cambio biológico puede ser atribuido mayormente al poder purificador de la selección, la cual a pesar de ser relajada en los duplicados, siempre está presente”.

Además,

“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”.

“No hay duda de que la selección natural gradual es importante en la adaptación biológica y en garantizar la robustez del genoma ante presiones ambientales constantemente cambiantes. Sin embargo, su potencial para la innovación es significativamente inadecuado hasta donde explica el origen de la complejidad de los organismos y la diversidad de la vida. Cualquier alternativa/revisión del Neo-Darwinismo tiene que considerar la naturaleza holística y organización de la información codificada en los genes, la cual especifica los motivos bioquímicos independientes  y complejos que permiten a las moléculas proteicas plegarse adecuadamente y funcionar efectivamente”.

Las publicaciones continúan inundándonos con más y más fundamentos, desafiando a los supuestos que más se usan en lo que respecta al origen y forma de la diversificación de la vida. Resta verse cuanto más es capaz de resistir el paradigma Darwiniano a la envestida de los ríos de evidencia.

Autor: Jonathan McLatchie – Tiene un  MRes en biología evolutiva y sistematica de la Universidad de Glasgow. Actualmente es redactor de Evolution News and Views.

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

Fuente: http://www.evolutionnews.org/2011/01/does_gene_duplication_perform_042381.html

Nueva Publicación Científica Desafía a la Evolución Darwiniana —Jonathan McLatchie.

Durante los últimos meses, los trabajos que desafían a los puntos fundamentales de la teoría Darwiniana —esa clase de publicaciones que supuestamente no existen— han estado aumentado su circulación en la internet y encontrando su lugar dentro de la literatura revisada. Uno de estos papers, “Is gene duplication a viable explanation of the origination of biological information and complexity?”, redactado por Joseph Esfandier Hannon Bozorgmeh y publicado online en la revista Complexity, desafía al modelo estándar de duplicación génica y divergencia  en lo que respecta al origen de las innovaciones evolutivas.

El abstract remarca,

“La vida depende de la información biológica codificada en el ADN a través de la cual se sintetiza y regula las diversas secuencias de péptidos requeridas por las células del organismo. Por lo tanto, un modelo evolutivo que explique la diversidad de la vida necesita demostrar como surgen nuevas regiones exónicas que codifican funciones diferentes. La selección natural tiende a conservar la funcionalidad básica, secuencia, tamaño de los genes y, aunque cambios benéficos y adaptativos son posibles, los tales sirven solo para mejorar o ajustar el tipo existente. No obstante, la duplicación génica permite que haya un tiempo de respiro en la selección y de esta manera puede proveer un sustrato molecular para el desarrollo de la innovación bioquímica. Aquí se hace referencia a los ejemplos bien conocidos de duplicación génica y a los principales medios por los que se produce la divergencia evolutiva, y se llama a examinar la plausibilidad de este supuesto. La totalidad de la evidencia revela que, aunque la duplicación puede facilitar adaptaciones importantes a través de la modificación de componentes existentes, la evolución molecular es restringida y limitada en cada uno de los casos. Por consiguiente, aunque el proceso de duplicación génica y mutación aleatoria subsecuente ha contribuido al tamaño y la diversidad del genoma, por sí misma es insuficiente a la hora de explicar el origen de información altamente compleja, pertinente al funcionamiento esencial de los organismos vivientes”.

El mecanismo en discusión es el fenómeno de duplicación génica, el cual ocurre por apareamiento incorrecto de los cromosomas, retroposición de ARNm empalmado,  copia de un cromosoma entero, o aun del genoma entero. El paradigma de la duplicación génica, en lo que concierne al origen de la innovación evolutiva, es el siguiente: cuando un gen se vuelve duplicado, una copia del gen es retenida para su utilidad fenotípica (por ejemplo, para codificar una proteína o un ARN funcional), mientras que la otra copia del gen está libre de restricción selectiva, y por lo tanto es capaz de mutar y “explorar” posibilidades combinatorias alternativas (promovidas por la deriva neutra), con la esperanza de tropezarse con algo útil. 

La publicación intenta “determinar la existencia  y magnitud de cualquier información novedosa producida como consecuencia de la duplicación génica.” El autor hace notar además,

“Lo que está en cuestión es si existe la suficiente evidencia de que las instrucciones codificadas en el ADN pudieron haber surgido a través de algún proceso evolutivo conocido, o si los datos sugieren de que se necesita una explicación alternativa como en toda información codificada que no es biológica. Así pues, esto es una evaluación de los argumentos más comunes sobre los orígenes y complejidad del genoma”.

El autor es cuidadoso a la hora de delinear su descripción de “información”. Contrastando a la información presente en los sistemas biológicos con la mera complejidad de Shannon, el autor define una ganancia de información exónica como “el incremento cuantitativo en la capacidad operacional y especificidad funcional sin incertidumbre resultante del suceso”. A continuación, procede a proponer los medios para verificar empíricamente el papel de la selección natural en la creación de funcionalidad nueva.

Bozorgmehr termina diagramando las mismas conclusiones dilucidadas por Behe en su trabajo reciente en Quaterly Review of Biology: mientras que muchas mutaciones pueden, a simple vista, aparentar haber resultado en alguna novedad evolutiva (como en el caso de la resistencia a antibióticos), una inspección más cuidadosa revela que las adaptaciones no son, de hecho, el resultado de componentes genéticos novedosos.  Bozorgmehr explica que “en muchos casos… una pérdida de función y regulación puede convertirse en un suceso ventajoso y por lo tanto ser seleccionado –las bacterias tienen a evolucionar en su resistencia a antibióticos a través de mutaciones que afectan adversamente el modo de permeabilidad de la membrana,” (véase Delcour 2009). Un ejemplo citado en este trabajo trata de la adquisición de resistencia a insecticidas órgano-fosforados por parte de moscardas, la cual es conferida por la simple sustitución de un aminoácido en una carboxil esterasa. Pero esta resistencia a insecticidas —aunque es una adaptación seleccionada— no es un caso de neo-funcionalización, sino más bien un ejemplo de pérdida de actividad enzimática (Newcomb et al. 1997).

El trabajo continua con la explicación de ocho casos de evolución adaptativa en la cual se ve involucrada la duplicación génica, de los cuales trataré algunos ejemplos en un segundo post.

Autor: Jonathan McLatchie – Tiene un  MRes en biología evolutiva y sistematica de la Universidad de Glasgow. Actualmente es redactor de Evolution News and Views.

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

Fuente: http://www.evolutionnews.org/2010/12/new_peerreviewed_paper_challe042331.html .

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.

Calculando la Complejidad Irreductible en Sistemas Bioquímicos (Parte II) —William Dembski, Jonathan Wells

Vea la primera parte haciendo click AQUÍ

La inecuación de origen.

Los siete desafíos descriptos anteriormente no deben interpretarse como meros desafíos subjetivos o cualitativos al mecanismo Darwiniano. Es posible estimar objetiva y cuantitativamente los desafíos que estos obstáculos le plantean al mecanismo evolutivo. Asociada a cada obstáculo o desafío existe una probabilidad:

p_disp.    La probabilidad de que se encuentren disponibles aquellas partes que se necesitan para la evolución de un sistema bioquímico irreduciblemente complejo (probabilidad de la disponibilidad).

p_sinc.       La probabilidad de que aquellas partes estén disponibles en el tiempo correcto tal que puedan ser incorporadas cuando sean requeridas por el sistema en evolución (probabilidad de la sincronización).

p_local.     La probabilidad de que las partes, dada su disponibilidad en el tiempo adecuado, puedan liberarse de aquellos sistemas en los que están integradas de forma corriente, y luego ubicarse en el sitio apropiado para el ensamblaje (probabilidad de localización).

p_r-i.     La probabilidad de que otras partes, las cuales producirán reacciones de interferencia y por lo tanto impedirán la formación del sistema irreduciblemente complejo en cuestión,  sean expulsadas del sitio en donde el sistema será ensamblado (probabilidad de reacciones de interferencia).

p_c-d-i    La probabilidad de que las partes que han sido reclutadas para utilizarse en un sistema en evolución tengan compatibilidad de interface tal que puedan trabajar juntas a fin de formar un sistema funcional (probabilidad de compatibilidad de interface).

p_o-d-e     Probabilidad de que las partes serán ensambladas en el orden adecuado a fin de formar un sistema funcional (probabilidad de orden de ensamblaje).

p_config.    Probabilidad de que las partes sean configuradas de la forma correcta y de esta manera produzcan un sistema funcional (probabilidad de configuración).

Note que cada una de estas probabilidades es condicional sobre las precedentes. Así pues, la probabilidad de la sincronización estima la probabilidad de sincronización con la condición de que las partes precisadas se encuentren disponibles. De la misma forma, la probabilidad del orden de ensamblaje determina la probabilidad de que el ensamblaje pueda ser realizado en el orden correcto dada la previa condición de que todas las partes están disponibles en el tiempo correcto y en el lugar adecuado, sin reacciones de interferencia y con una fuerte compatibilidad de interface. Concluyendo, la probabilidad de que un sistema irreduciblemente complejo surja por un medio Darwiniano no puede exceder el siguiente producto (note que como las probabilidades son condicionales sobre las precedentes, aquí no se ha introducido ningún planteo desautorizado sobre la independencia probabilística):

p_disp. X   p_sinc.  X   p_local.  X   p_r-i.    X   p_c-d-i.  X  p_o-d-e.  X  p_config.

Si ahora definimos p_origen (la probabilidad de origen) como la probabilidad de que un sistema irreduciblemente complejo se origine de por un medio Darwiniano, la siguiente inecuación se resume a:

p_origen ≤  p_disp. X   p_sinc.  X   p_local. X   p_r-i.  X   p_c-d-i. X  p_o-d-e. X p_config. (1)

Esta es la inecuación de origen.

Como las probabilidades son números que se encuentran entre cero y uno, esta inecuación nos dice que si aun una de las probabilidades que se encuentran a la derecha del signo de inecuación es pequeña, entonces la probabilidad de origen será en si misma pequeña (en efecto, no más grande que cualquiera de las probabilidades de la derecha). Significa que no debemos calcular todas las siete probabilidades que están a la derecha del signo de inecuación para asegurar de que p_origen es pequeña. También, ninguna de estas probabilidades necesita ser calculada con exactitud. Es suficiente con tener límites seguros de estas probabilidades. Si cualquiera de esos límites es pequeño, entonces estará asociado a su probabilidad correspondiente y por consiguiente también a la probabilidad de origen. Y si la probabilidad de origen es pequeña, entonces la complejidad irreductible del sistema en cuestión es altamente improbable y especificada (todos esos sistemas irreduciblemente complejos son especificados en virtud de su función biológica). Significa que si la probabilidad de origen es pequeña, entonces el sistema en cuestión exhibe complejidad especificada; y como la complejidad especificada es un indicador empírico fiable de diseño real, esto quiere decir que el sistema en sí mismo es diseñado.

La inecuación de origen demuestra que el diseño inteligente es una teoría científica y testeable. Tómese, por ejemplo, la compatibilidad de interface. Los científicos pueden unir sistemas bioquímicos existentes (desde proteínas individuales a máquinas bioquímicas complejas) y determinar experimentalmente la probabilidad y el grado en el que las interfaces son compatibles. Así también, pueden tomar sistemas bioquímicos existentes, perturbarlos, e intentar colocarlos o insertarlos juntos de nuevo. En el grado en que esos sistemas toleren la perturbación, son candidatos para la evolución Darwiniana. De forma reciproca, en el grado en el que esos sistemas sean sensibles a la perturbación, serán inaccesibles a la evolución Darwiniana. Experimentos como estos pueden ser conducidos sobre sistemas bioquímicos reales o usando simulaciones en computadora que modelen sistemas bioquímicos.

Por ejemplo, al simular como las duplicaciones génicas pueden facilitar la evolución de las proteínas, Michael Behe y David Snoke han delineado una estrategia para estimar las probabilidades de la compatibilidad de interface (2). Específicamente, ellos calculan el tamaño de las poblaciones y el número de  generaciones requeridas para que genes duplicados evolucionen y produzcan proteínas nuevas capaces de articularse dentro de un sistema irreduciblemente complejo en evolución. Con supuestos muy modestos acerca del número de cambios genéticos que los genes duplicados deben experimentar a fin de producir nuevas proteínas con compatibilidad de interface, concluyeron que se requieren grandes poblaciones (10²⁰ aprox.) y un gran número de generaciones (10⁸ aprox.) antes de que tal proteína se fije en la población (3). Aunque Behe y Snoke no dicen dicen lo siguiente, tal tiempo de espera puede ser convertido a las probabilidades: un extenso tiempo de espera para la fijación corresponde a una pequeña probabilidad de fijación en una generación determinada (4). Y como es extenso el tiempo de espera para la fijación que Behe y Snoke calculan, la probabilidad de la evolución de una nueva compatibilidad de interface proteica será pequeña. Por consiguiente y a la luz de la inecuación de origen, el trabajo de Behe y Snoke argumenta a favor del diseño en el flagelo bacteriano. 

En cualquier caso, con la probabilidad de compatibilidad de interface y las otras probabilidades en la inecuación de origen, no hay ningún obstáculo inherente de considerarse real, ya que puede estimarse y confirmarse experimentalmente. Tanto los Darwinistas como los teóricos del diseño están centrados en estimar estas probabilidades, y la investigación en la búsqueda de esto apenas ha comenzado. La inecuación de origen no está a favor o en contra del diseño inteligente en los sistemas bioquímicos irreduciblemente complejos.  Tanto como cada una de estas probabilidades demuestren ser grandes o permanezcan sin estimarse, tal sistema falla en exhibir complejidad especificada. En tal caso, los Darwinistas estarán en su derecho de rechazar la idea de que tales sistemas despliegan señales de diseño inteligente. Por otro lado, pruébese que cualquiera de estas probabilidades son lo suficientemente pequeñas, y entonces aquellos sistemas exhibirán complejidad especificada. En este caso, como la complejidad especificada es un indicador empírico real de señales de inteligencia, los teóricos del diseño estarán en sus derechos de insistir que tales sistemas efectivamente muestran indicios de diseño inteligente. De esta forma, vemos que la inecuación de origen juega un papel decisivo a la hora de decidirse entre la teoría Darwiniana y la del diseño inteligente.

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. 189-192.

REFERENCIAS:

1) Note que esta inecuación no necesita ser estrictamente una ecuación debido a que puede ser afinada con condiciones adicionales. Por ejemplo, considere la probabilidad de retención p_reten., la probabilidad de que los ítems disponibles en el tiempo correcto y lugar adecuado permanezcan en el sitio el tiempo suficiente (es decir, sean retenidos) para que el flagelo bacteriano (o cualquier sistema irreduciblemente complejo en cuestión) pueda ser construido apropiadamente. La probabilidad de retención es, por consiguiente, condicional sobre las probabilidades de disponibilidad, sincronización y localización, y puede ser insertada como factor que se encuentre después de esas condiciones en la inecuación de origen.

O considere la probabilidad de la proporcionalidad p_propor, la probabilidad de que los ítems disponibles en el tiempo correcto, en el lugar correcto y el tiempo suficiente aparezcan en la proporción adecuada para que el flagelo bacteriano pueda ser construido efectivamente. Algunas partes flagelares requieren decenas de miles de subunidades; proteínas para otras partes del requieren solo cientos de subunidades. Sin la proporción correcta de partes idóneas (subunidades), no se podrá construir ningún flagelo funcional. La probabilidad de la proporcionalidad es condicional sobre las probabilidades de disponibilidad, sincronización, localización y retención, y puede ser agregada como un factor que se encuentre posterior a estas condiciones dentro de la inecuación de origen.

2) Michael J. Behe y David W. Snoke, “Simulating Evolution by Gene Duplication of Protein Features that Require Multiple Amino Acid Residues,” Protein Science 13 (2004): 1-14.

3) Ibid., 11.

4) Por un razonamiento probabilistico acerca de los tiempos de espera, vea William Feller, An Introduction to Probability Theory and Its Applications, vol. 1, 3^rd ed. (New York: Wiley, 1968), secs. 2.7, 11.3, y 17.2.

Calculando la Complejidad Irreductible en Sistemas Bioquímicos (PARTE I) —William Dembski, Jonathan Wells

Los obstáculos que la evolución debe superar.

En su intento de coordinar a los sucesivos cambios evolutivos que se requieren para traer a la existencia maquinas moleculares complejas, el mecanismo Darwiniano se enfrenta con una serie de obstáculos. Entre ellos, se incluyen los siguientes:

1. Disponibilidad: ¿Están disponibles las partes que se necesitan para la evolución de un sistema bioquímico irreduciblemente complejo como el flagelo bacteriano?

2. Sincronización: ¿Están  disponibles en el tiempo correcto de tal modo que puedan ser incorporadas cuando el sistema en evolución las necesite?

3. Localización: Aún con las partes disponibles en el tiempo correcto de inclusión en un sistema en evolución, ¿pueden las partes separarse libremente de los sistemas en los que corrientemente están integradas (sin dañar a aquellos sistemas) para luego hacerse disponibles en el “sitio de construcción” de un sistema en evolución?

4. Reacciones de interferencia: Dado por sentado el hecho de que las partes pueden reunirse entre sí en el tiempo y lugar correcto, ¿cómo es que aquellas partes inservibles que deberían “retirarse” pueden ser excluidas del “sitio de construcción” del sistema en evolución?

5. Compatibilidad de Interface. Las partes que están siendo reclutadas para su inclusión en un sistema en evolución ¿son mutuamente compatibles en el sentido de que se adaptan o encajan ajustadamente de tal manera que, una vez bien posicionadas, las partes trabajan juntas dando lugar a un sistema funcional?

6. Orden de Ensamblaje: Aún con todas y solamente las partes correctas alcanzando la ubicación correcta en el tiempo correcto, y aun con una compatibilidad de interface completa, ¿se ensamblarán en el orden correcto a fin de formar un sistema funcional?

7. Configuración. Todavía con las partes correctas programadas para ser ensambladas en la secuencia correcta, ¿se ordenarán de la forma correcta para dar lugar a un sistema que funcione correctamente?

Para entender las cuestiones que entran en juego a la hora de superar estas barreras, imagine que usted es un contratista de obra a quien se le ha pagado para construir una casa. Para construir una casa con éxito, usted necesita sobreponerse a cada uno de estos obstáculos. Primero, precisa determinar que todos los ítems necesarios para la construcción de la vivienda (ladrillos, vigas de madera, cables eléctricos, vidrios, tuberías, etc.) existan y por consiguiente estén disponibles para su utilización. Segundo, necesita asegurarse de que podrá obtener todos estos ítems dentro de un periodo razonable de tiempo. Por ejemplo, si los ítems cruciales se ordenasen en sentido inverso de prioridad a lo largo de los años, entonces usted no será capaz de cumplir con su contrato de completar la casa dentro del tiempo acordado. Por consiguiente, la disponibilidad de los ítems debe estar sincronizada. Tercero, se necesitan transportar todos los ítems al sitio de construcción. En otras palabras, todos los elementos necesarios para construir la vivienda deben localizarse correctamente en donde la casa será construida.

Cuarto, usted necesita limpiar el sitio de construcción de aquellos objetos u elementos que arruinen la casa o interfieran con su construcción.  Por ejemplo, emanaciones de desechos radioactivos o tendidos de minas altamente explosivas sobre el sitio de construcción efectivamente evitarán que una casa habitable se construya en ese lugar. De forma menos dramática, si encontramos amontonamientos de chatarra en el camino hacia el sitio (ítems que son irrelevantes a la construcción del edificio, tales como latas, juguetes rotos, y diarios viejos), puede volverse difícil atravesar el desorden, y por consiguiente, hallar los ítems necesarios para construir la casa, la cual es incapaz de auto-construirse. Aquellos elementos que se encuentran obstaculizando el camino al sitio de construcción de una vivienda habitable pueden ser descriptos como generadores de reacciones de interferencia.

Quinto, proporcionar el tipo correcto de materiales requeridos para la casa no es suficiente. Como constructor, usted necesita asegurar que se adapten adecuadamente unos con otros. Si, usted necesita tuercas y tornillos, tubos y grifos, cables eléctricos y conductos, pero a menos que las tuercas encajen apropiadamente con los tornillos, que los grifos se adapten a los tubos, y a menos que los cables eléctricos entren con facilidad dentro de los conductos, no será capaz de edificar una casa habitable. Seguramente, cada parte tomada por si misma tal vez puede servir perfectamente como material de construcción que le permita trabajar con éxito en alguna que otra casa. Pero aquí lo único relevante para usted es la casa que está construyendo actualmente. Solo en el caso de que las piezas se adapten unas con otras y se articulen correctamente en el sitio de construcción, usted será capaz de construir una casa habitable. En resumen, como constructor necesita asegurarse de que los elementos que transportó a la construcción no solo sean del tipo necesario para construir casas, sino también que estos compartan compatibilidad de interface así puedan trabajar juntos de forma efectiva.

Sexto, aún con todos los materiales apropiados y en el sitio de construcción, usted necesita garantizar que estos ítems sean colocados juntos en el orden acertado. De esta forma, en la construcción de la vivienda, necesitan colocarse primero los cimientos. Si primero levanta los muros, y luego intenta poner el cimiento por debajo de las paredes, sus esfuerzos de construir la casa no darán fruto. Materiales correctos requieren un orden de ensamblaje correcto a fin de construir una morada habitable. Séptimo y por último, aun si usted está ensamblando los materiales indicados para la construcción en el orden adecuado, los materiales deben ser ordenados apropiadamente. Este es el motivo por el cual, como contratista, usted emplea albañiles, plomeros y electricistas. Contrata a estos especialistas no meramente para ensamblar los materiales de construcción correctos en el orden correcto, sino que también para posicionarlos en la forma correcta. Por ejemplo, los ladrillos pueden ensamblarse en el orden requerido a fin de construir una pared. Pero si los ladrillos se encuentran orientados con ángulos extraños, o si la pared es construida con tal inclinación que un leve empuje hará que se desplome, entonces no tendremos una casa habitable como resultado, aún cuando el orden de ensamblaje sea preciso. En otras palabras, no es suficiente que los ítems correctos sean ensamblados en el orden correcto; además de ser ensamblados, deben ser configurados en el orden correcto.

Ahora bien, como contratista de obra, usted no encontrará insuperable a ninguno de estos desafíos. Esto es porque, como un agente inteligente, observa la imagen terminada. Usted puede mirar al futuro y predecir cuál será su producto final. Por consiguiente, puede coordinar todos los trabajos que se precisan para superar estas barreras. Tiene un plan arquitectónico para la casa. Sabe cuáles son los materiales requeridos para construir la vivienda. Sabe cómo llevar adelante la empresa. Sabe cómo repartir los ítems en el lugar y tiempo correctos. Sabe como asegurar el lugar contra vándalos, robos, como quitar los escombros, como evitar el desgaste, y cualquier otra cosa que pueda perjudicar sus esfuerzos de construcción. Sabe cómo garantizar que los materiales de construcción se adapten adecuadamente unos con otros para que puedan trabajar juntos de forma efectiva una vez puestos en escena. Conoce el orden de ensamblaje en el que deben colocarse los materiales. Y, aunque usted contrata a los especialistas (es decir, a los sub-contratistas), sabe como ordenar estos materiales en la configuración correcta. Todo este conjunto de técnicas y conocimientos resultan la inteligencia y esa es la razón por la que usted puede construir una casa habitable.

Pero el mecanismo Darwiniano de variaciones al azar y selección natural no posee este conjunto de conocimientos. Todo lo que este sabe es cómo modificar aleatoriamente a estructuras biológicas para entonces preservar aquellas modificaciones azarosas que pasen a ser útiles en el momento (la utilidad es medida en términos de supervivencia y reproducción). El mecanismo Darwiniano es un mecanismo de gratificación instantánea. Si el mecanismo Darwiniano fuese un contratista de obra, podría levantar primero los muros en vista del beneficio inmediato al mantener fuera a los intrusos del sitio de construcción, incluso cuando al levantarse una pared primero no podrá ser colocado el cimiento después y, como consecuencia, todo intento de construir una casa habitable fracasará. Así es como el mecanismo Darwiniano trabaja, y esta es la razón por la cual es tan limitado. Es un improvisador de prueba y error el cual en cada acto de improvisación necesita mantener o mejorar la ventaja presente o seleccionar una nueva ventaja adquirida. No puede hacer sacrificios presentes a fin de acumular para futuro beneficios que todavía no son palpables.

Así pues, imagine lo que significaría para el mecanismo darwiniano superar estos siete desafíos en un flagelo bacteriano en evolución. Comenzamos con una bacteria que no tiene flagelo, sin genes que codifiquen las proteínas del flagelo, y sin genes homólogos a los genes que codifican las proteínas del flagelo. Se supone que tal bacteria ha evolucionado, a través del tiempo, hacia una bacteria con un completo equipo de genes complementarios que se necesitan todos juntos para producir un flagelo completamente funcional. ¿Es suficiente el mecanismo Darwiniano como para coordinar todos los eventos bioquímicos que se necesitan sobreponerse a estos siete desafíos y por lo tanto hacer evolucionar al flagelo bacteriano? Responder con un sí a esta cuestión es atribuirle poderes creativos al mecanismo Darwiniano lo que es implausible en extremo.

Para ver esto, recorramos estos siete desafíos examinando el reto que cada uno le plantea a la evolución Darwiniana del flagelo bacteriano. Comencemos con la cuestión de la disponibilidad: ¿Puede el mecanismo Darwiniano superar el desafío de la disponibilidad? Para sobreponerse a este obstáculo, el mecanismo Darwiniano necesita formar proteínas nuevas. (Si el flagelo bacteriano evolucionó en su totalidad, evolucionó a partir de una bacteria sin los genes, exactos o homólogos, que codifican las proteínas de la estructura flagelar). Ahora bien, el mecanismo Darwiniano en algunos casos puede ser capaz de modificar proteínas existentes o reclutarlas al por mayor para darles nuevos usos (vea, por ejemplo, el trabajo de Meier et al. citado en el final del articulo “Ni simple, ni complejo… solo preciso”). Pero, propuesto como mecanismo general que explica la aparición de proteínas nuevas, la evidencia va en contra del mecanismo Darwiniano. Como lo veremos en un futuro artículo, investigaciones acerca del pliegue de los dominios proteicos indican que ciertas clases de proteínas son altamente improbables de hacer evolucionar a través de un proceso Darwiniano. De acuerdo con ello producir nuevas proteínas, lo cual es requerido en la evolución del flagelo bacteriano, parece ser improbable para el mecanismo Darwiniano.

Ahora evaluemos el punto de la sincronización. La evolución Darwiniana tiene mucho tiempo para operar, y parece no estar afectada por ninguna fecha limite (aunque los astrofísicos ponen un límite para la existencia del planeta, cuando el sol se vuelva una gigante roja, lo que causará su expansión y la incineración de cualquier cosa que se interponga en su camino, incluyendo a la Tierra (1)). Así que, quizás no sea crucial para la evolución la disponibilidad de alguna proteína especificada o estructura anatómica —a menos qué la disponibilidad sea de tal manera prematura que la proteína en cuestión termine desapareciendo o perdiendo su capacidad de integrarse antes de que sea requerida en el sistema en evolución. Pero note que la ontogenia no es tan perdonadora. Al igual que el desarrollo de un organismo desde el ovulo fecundado hasta el adulto, necesita elementos constitutivos específicos en los tiempos correctos o de otra manera perecerá. Aunque la evolución puede ser relativamente insensible al problema de la sincronización, la ontogenia no lo es.

Por otro lado, el asunto de la localización parece ser considerablemente más dificultoso de aclarar para el mecanismo Darwiniano. Aquí el problema es que los ítems asignados originalmente a cierto sistema necesitan ser re-asignados y reclutados para su uso en un sistema emergente y novedoso. Este sistema emergente aparece como un sistema modificado, con partes previamente incorporadas en otros sistemas. Pero ¿cuán probable es que estos ítems se separen y luego se posicionen en el sitio de construcción de otro sistema, y por lo tanto, se transformen en un nuevo sistema emergente con una función nueva o mejorada? Nuestra mejor evidencia sugiere que este re-posicionamiento de ítems previamente asignados a sistemas diferentes, es improbable y se vuelve incrementalmente improbable en la medida en que más ítems necesitan ser re-posicionados de forma simultánea en la misma locación. Existen dos razones para esto. Primero, el sitio de construcción de un sistema bioquímico determinado tiende a mantener su integridad, incorporando solo proteínas pertinentes al sistema y rechazando a proteínas extraviadas que puedan ser disruptivas. Segundo, las proteínas no se separan simplemente por rutina de los sistemas a los que están asignadas; más bien, se requiere un conjunto completo de cambios genéticos, tales como duplicaciones génicas, cambios regulatorios, y mutaciones puntuales.

El problema de las reacciones de interferencia intensifica el desafío que la cuestión anterior le plantea al mecanismo Darwiniano. Si el flagelo bacteriano es, en efecto, el resultado de la evolución Darwiniana, entonces los precursores evolutivos del flagelo bacteriano debieron haber estado presentes a lo largo de su historia evolutiva. Estos precursores serían sistemas funcionales, y en su evolución hacia el flagelo deberían ser modificados por la incorporación de ítems asignados previamente a otros usos. Entonces, estos ítems precisarían ser posicionados en el sitio de construcción del precursor determinado. Ahora bien, tal como lo remarcamos anteriormente cuando hablamos del desafío de localización, no hay razón para pensar que esto es probable. Estamos hablando de proteínas extranjeras flotando alrededor de aquellos lugares en donde no se espera que otra proteína interna al sistema se separe y sea reciclada (en este caso, por proteínas denominadas proteasomas). Pero suponga que el sitio de construcción se vuelve más receptivo a proteínas nuevas. En este caso, al recibir ítems que puedan contribuir a la evolución del flagelo bacteriano, el sitio de construcción también le da la bienvenida a ítems que puedan estropear su evolución. Concluimos con qué cuando es fácil de aclarar la magnitud del problema de localización, el problema de las reacciones de interferencia es difícil de definir, y viceversa.

La compatibilidad de interface le levanta otro desafío al mecanismo Darwiniano. El problema es este. Para que el mecanismo Darwiniano haga evolucionar un sistema, debe reutilizar partes destinadas previamente a otros sistemas. Pero eso no es todo. También debe asegurar que estas partes re-utilizadas se articulen adecuadamente en el sistema en evolución. Si no, el sistema funcionara mal y por lo tanto no le conferirá una ventaja seleccionable duradera. Después de todo, los productos del Darwinismo son solo una reunión de elementos. En otras palabras, son sistemas formados por ítems pegados entre sí que han sido asignados previamente a usos diferentes. Ahora pues, si estos ítems han sido producidos de acuerdo con estándares comunes o convenciones puede haber una razón para pensar que los tales pueden trabajar juntos satisfactoriamente. Pero la selección natural, como mecanismo de satisfacción del momento, no posee capacidad inherente para estandarizar a los productos de la evolución. Y sin estandarización, aquello que la evolución puede manufacturar se vuelve extremadamente limitado.

Imagine autos producidos por diferentes fabricantes —por decir, un Chevrolet Impala de Estados Unidos y un Honda Accord de Japón. Aunque estos autos puedan ser absolutamente similares y puedan tener sub-sistemas y partes que realicen funciones idénticas de modos idénticos, las partes serán incompatibles. Usted no puede, por ejemplo, intercambiar el pistón de uno de los autos por el pistón del otro o, de la misma manera, intercambiar tornillos, tuercas y arandelas entre los dos vehículos. Esto es porque esos autos fueron diseñados de forma independiente de acuerdo con estándares y convenciones diferentes. Claro, en la planta de Chevrolet en la que se fabrica el impala existirá una estandarización que asegure que las diferentes partes del Impala y de otros modelos de Chevrolet presenten interfaces compatibles. Pero no habrá (o será muy poco significativa) una estandarización que involucre a fabricantes diferentes (por ejemplo, Chevrolet y Honda). De hecho, los estándares comunes y las convenciones que facilitan la compatibilidad de interface en sistemas funcionales distintos indican que existe no solo diseño en los sistemas sino que también un diseño común responsable de la estandarización.

Pero el mecanismo Darwiniano es incapaz de tal diseño común. Como mecanismo de gratificación instantánea, su única ancla está en aquellas estructuras que constituyen una ventaja inmediata para un organismo en evolución. No se garantiza que tales estructuras se adhieran a estándares y convenciones que les permitan agregarse e interactuar de forma efectiva con otras estructuras. Por ejemplo, los evolucionistas con frecuencia argumentan que el flagelo bacteriano evolucionó a partir de una jeringa microscópica conocida como Sistema de Secreción de Tipo III (TTSS para resumir). Según este modelo, un pilus o una estructura similar a un pelo fue reutilizado y anexado a la TTSS para convertirse eventualmente en una estructura que al igual que un látigo, desplaza al flagelo a través de un medio acuoso. Pero antes de que el pilus se fije a la TTSS, estos dos sistemas tuvieron que haber evolucionado de forma independiente. Por lo tanto, con el solo hecho de apelar a la pura casualidad o suerte, no hay razón para pensar que estos sistemas deberán trabajar juntos —no mayor que la que existe al imaginar que autos diseñados de forma independiente tendrían partes intercambiables. Esta debilidad de la teoría Darwiniana puede ser testeada de forma experimental: tome cualquier TTSS y pilus, y determine la magnitud de las modificaciones genéricas que se necesitan para que el pilus pueda ser extruido a través del sistema de exportación proteico de la TTSS (Así es como el pilus tendría una interface correcta con la TTSS). Hasta el presente, no existen razones teoréticas o experimentales para pensar que el mecanismo Darwiniano puede superar el obstáculo de la compatibilidad de interface.

Para el mecanismo Darwiniano también se requiere esfuerzo aclarar el problema del orden de ensamblaje. El mecanismo Darwiniano funciona por agrandamiento y modificación: añade partes nuevas a sistemas que ya se encuentran funcionando así como también modifica a las partes existentes de este. De este modo, se forman sistemas nuevos con funciones nuevas o perfeccionadas. Ahora bien, considere lo que sucede cuando partes novedosas se añaden a un sistema que ya se encuentra funcionando. En este caso el sistema primitivo se convierte en un sub-sistema del nuevo super-sistema formado. Además, el orden de ensamblaje de del sub-sistemá será, al menos al principio (antes de las modificaciones subsecuentes), el mismo que cuando el sub-sistema se encontraba solo. En general, sin embargo, solo porque las partes de un subsistema puedan colocarse juntas en un orden determinado eso no significa que aquellas partes puedan ser ensambladas en el mismo orden una vez que esta embebido en un super-sistema. De hecho, es de esperar que en la evolución de sistemas tales como el flagelo bacteriano el orden de ensamblaje sufra permutaciones substanciales (ciertamente este es el caso del modelo de evolución del flagelo bacteriano a partir de la TTSS). Entonces, ¿Cómo es que el orden de ensamblaje experimentara las permutaciones correctas? Para la mayoría de los sistemas biológicos, el orden se ensamblaje es hermético y no permite desviaciones substanciales. Por consiguiente, el peso de la evidencia obliga al Darwinismo a demostrar que para un sistema en evolución el mecanismo Darwiniano no solo coordina el surgimiento de las partes correctas sino también su ensamblaje en el orden correcto. Los Darwinistas no han demostrado nada de esto.

Finalmente, consideremos el problema de la configuración. En el diseño y la construcción de artefactos humanos este es uno de los desafíos más difíciles de superar. Por otro lado, en la evolución de sistemas bioquímicos irreduciblemente complejos como el flagelo bacteriano, este es uno de los más fáciles de resolver. Aquí está el porqué. En el ensamblaje del flagelo y de sistemas similares, las piezas bioquímicas no se juntan casualmente. Más bien, se auto-ensamblan en la configuración correcta cuando las oportunidades aleatorias permiten interacciones especificas, cooperativas y electrostáticas locales que articulan al flagelo de por sí, una pieza a la vez. Por lo tanto en la evolución del flagelo bacteriano, una vez que la compatibilidad de interface y el orden de ensamblaje han sido aclarados, también lo está el problema de la configuración. Hay un principio general aquí: para aquellas estructuras que se auto-ensamblan, tales como sistemas biológicos, la configuración es un producto doble de otras constantes (como la compatibilidad de interface y el orden de ensamblaje). Pero note que esto no quiere decir que la configuración de estos sistemas venga de manera gratuita. En lugar de eso, entendemos que el costo de su configuración ya está incluido en otros costos.

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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. 183-189

REFERENCIAS:

1) Vea Humbert P. Yockey, Information Theory and Molecular Biology (Cambridge: Cambridge University Press, 1992), 220-221.