Manipulación evolutiva

La experimentación evolutiva explica cómo ocurre la evolución en la naturaleza. Explica que la evolución funciona como un inventor que experimenta con diversos elementos, sin estar seguro del resultado, y utiliza lo que está disponible para crear objetos funcionales cuya utilidad puede hacerse evidente más adelante. Ninguno de los materiales tiene un propósito definido inicialmente, y cada uno puede emplearse de múltiples maneras. Según el concepto de experimentación, "la evolución no produce novedades desde cero". ^{[ 1 ]} Surge de asociaciones previamente desconocidas de materiales antiguos para modificar un sistema existente y darle una nueva función, o para combinar sistemas y mejorar las funciones existentes. ^{[ 2 ]} La transformación de unicelular a multicelular durante la evolución es un ejemplo de este tipo de evento que ha elaborado la función existente.

El proceso de adaptación evolutiva lleva bastante tiempo. Como un meticuloso artesano que refina continuamente sus creaciones, realizando ajustes, recortes y extensiones aquí y allá, aprovechando cada oportunidad para adaptarlas gradualmente a sus propósitos evolutivos, este proceso se desarrolla a lo largo de incontables eones. ^{[ 1 ]}

En la mayoría de los casos, las características naturales apenas son lo suficientemente favorables para la supervivencia de los organismos . Por ejemplo, la RuBisCO es profundamente ineficiente, a pesar de que cataliza una de las reacciones más importantes del planeta: la fijación de carbono . Esto probablemente se deba a que la enzima se originó en el ancestro común de todos los plastidios cuando las condiciones atmosféricas eran drásticamente diferentes a las actuales. ^{[ 3 ]}

En su artículo fundamental «Evolución y remezcla», ^{[ 1 ]} François Jacob introdujo por primera vez la idea de la remezcla a un amplio público científico, basándose en diversos campos como la biología molecular, la biología evolutiva y la antropología cultural. El concepto de remezcla, o más precisamente, la noción de bricolaje , sirve como marco teórico para analizar diversos fenómenos caracterizados por un proceso subyacente común: la reorganización y recombinación oportunista de elementos existentes. Jacob y Monod también ganaron el Premio Nobel en 1965 por su trabajo sobre el operón lac . ^{[ 4 ]}

La selección natural se compara frecuentemente con el trabajo de un ingeniero, pero esta analogía resulta insuficiente. ^{[ 5 ]} A diferencia del ingeniero, que opera basándose en una planificación meticulosa y una visión clara del producto final, la evolución carece de tal intención deliberada. ^{[ 6 ]} Además, mientras que el ingeniero tiene acceso a materiales cuidadosamente seleccionados y equipos especializados adaptados a sus tareas, la evolución depende de los recursos disponibles en su entorno.

Además, las creaciones del ingeniero tienden a alcanzar un nivel de perfección propio de la tecnología actual, mientras que la evolución no busca la perfección, sino que se asemeja a un inventor aficionado. Este inventor, al igual que la evolución, carece de un plan preciso del resultado final y, en cambio, utiliza los materiales que tiene a mano para crear algo funcional. Mientras que el ingeniero depende de materiales y herramientas específicos, precisamente adecuados para su proyecto, el inventor aficionado se las arregla con restos y retazos diversos. Las creaciones resultantes del inventor aficionado surgen de una serie de eventos fortuitos, enriqueciendo su repertorio con cada encuentro.

El desarrollo de los pulmones en los vertebrados terrestres ilustra un proceso más parecido a la improvisación que a la ingeniería deliberada. Se originó en ciertos peces de agua dulce que se enfrentaban a ambientes con deficiencia de oxígeno, lo que los llevó a ingerir aire y absorber oxígeno a través de las paredes de su esófago. Con el tiempo, este comportamiento favoreció el aumento de la superficie esofágica, dando lugar finalmente a estructuras similares a pulmones mediante la aparición y el agrandamiento de los divertículos esofágicos. ^{[ 7 ]}

El cerebro es la característica adaptativa clave de los humanos, pero aún encierra misterios sobre su propósito preciso. Al igual que otras partes del cuerpo, el cerebro ha evolucionado mediante selección natural a lo largo de millones de años, principalmente para satisfacer nuestras necesidades reproductivas. Sin embargo, el desarrollo del cerebro humano fue más complejo que los cambios evolutivos directos, como la transformación de una pierna en un ala. Implicó la adición de nuevas estructuras, en particular el neocórtex , a las ya existentes. Esta rápida evolución condujo a una división entre el neocórtex, responsable de las funciones intelectuales, y las estructuras más antiguas, que controlan las actividades emocionales y viscerales . Estas estructuras más antiguas carecen de las capacidades discriminativas y simbólicas del neocórtex y se asocian principalmente con las emociones. A pesar del predominio del neocórtex en los procesos intelectuales, las estructuras más antiguas mantienen fuertes conexiones con los centros automáticos, asegurando funciones vitales como la obtención de alimento y la respuesta a las amenazas. Este proceso evolutivo, caracterizado por la aparición de un neocórtex dominante junto con la persistencia de sistemas más antiguos, se asemeja a un proceso de adaptación, donde se añaden nuevos elementos a los existentes sin reemplazarlos por completo. ^{[ 8 ]}

Jacob estaba convencido de que, si bien el análisis morfológico apoya su noción de bricolaje , se encontraría más evidencia de manipulación a nivel molecular . ^{[ 1 ] [ 9 ]} El modelo de manipulación sugiere que los genes de los primeros organismos eran muy cortos, y todos los genes subsiguientes se formaron por duplicación , combinación y reordenamiento de estas secuencias originales. ^{[ 9 ] [ 10 ]} Está bien establecido que la duplicación genética ha producido una gran diversidad a lo largo de la historia evolutiva. ^{[ 11 ]} Un ejemplo de manipulación molecular se puede encontrar en las nucleoproteínas mitocondriales , algunas de las cuales se originan en eucariotas ; en este caso, el manipulador utilizó las herramientas que tenía a su disposición, incluyendo materiales de un dominio taxonómico completamente diferente . ^{[ 12 ]}

Para comprender la manipulación molecular, es importante entender el concepto de dominio proteico , que es una región distinta de una proteína con una forma definida que determina su función. ^{[ 3 ]} Algunos han utilizado la analogía de los bloques de Lego para explicarlo: los dominios se pueden desmontar y volver a ensamblar de maneras únicas, cambiando así la forma y la función de la proteína. ^{[ 13 ]} Existen muchos medios diferentes por los que la manipulación puede dar lugar a novedades moleculares y fenotípicas , principalmente desmontando los bloques de Lego de las proteínas y volviéndolos a ensamblar en patrones únicos. Generalmente, estos procesos aumentan la complejidad organizativa del genoma , el proteoma o ambos. ^{[ 3 ]}