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La evolución del desarrollo embrionario como motor de la diversidad animal

Una introducción tan accesible como rigurosa a una de las grandes preguntas de la biología evolutiva.

EL EMBRIÓN INCONFORMISTA
CÓMO INFLUYE EN NUESTRA EVOLUCIÓN EL DESARROLLO EMBRIONARIO
Jordi Garcia-Fernàndez y David Bueno
Universitat de Barcelona Edicions, 2019

Todos somos parientes. La evolución biológica nos muestra que todos los seres vivos tenemos un lejano antepasado común del que procedemos. Todos. Parece algo sobrenatural, pero no lo es. Ello se debe a dos fenómenos fundamentales: la variabilidad intrínseca de los seres vivos y el mecanismo de selección natural que preserva y hace prosperar aquellas variantes más aptas para reproducirse y dar, a su vez, nuevas generaciones de esas variantes. Un mecanismo inexorable que impulsa la evolución y que fue descubierto de manera independiente por dos geniales pensadores, Charles Darwin y Alfred Wallace.

La integración de la teoría de la evolución por selección natural y de la teoría genética de Gregor Mendel daría lugar a la llamada «síntesis moderna». Esta aportó conceptos tan esenciales como el de herencia genética, el de mutación aleatoria como fuente de variación y el de genética de poblaciones. Y en particular, llegó a la noción del gen como unidad básica de la evolución, algo que no estuvo al alcance de Darwin y Wallace ya que no conocieron las aportaciones de Mendel. Darwin ya había explicado que todo pequeño paso en la historia evolutiva nace de un cambio azaroso que triunfa. El afortunado título del libro El azar y la necesidad, publicado por Jacques Monod en 1970, cinco años después de recibir el premio Nobel de fisiología o medicina, lo resume a la vez de manera científica y lírica.

Tenemos, pues, la unidad básica de la evolución (los genes) y los mecanismos que la regulan (la selección natural). Pero una pregunta sigue en el aire. Si consideramos solo los animales, veremos que están divididos en 35 filos o grandes grupos, cada uno de ellos caracterizado por su plan corporal. Algunos son ampliamente conocidos, como los cordados, que incluyen los vertebrados y nuestra especie; los equinodermos, compuestos mayormente por erizos y estrellas de mar; los artrópodos, como insectos y crustáceos; o los moluscos, que reúnen todo tipo de almejas, ostras, pulpos y calamares, babosas y caracoles. Pero por otro lado, si consideramos los genomas de las especies de cada filo, veremos que guardan mucho en común; es decir, raramente hay genes específicos de cada filo. Ello conduce a una pregunta natural: ¿cómo es posible que, a partir de un conjunto limitado de genes, haya podido surgir esa espectacular diversidad animal, que va desde ostras y calamares hasta gacelas y humanos, pasando por cucarachas y estrellas de mar?

En esencia, la respuesta está en la versatilidad de los genes, cuya regulación puede ofrecer múltiples posibilidades y cuya expresión puede dar lugar a más de una proteína, y en las diferentes combinaciones que pueden adoptar las proteínas para ejecutar funciones de todo tipo. El conjunto constituye una poderosa caja de herramientas con la que puede construirse cualquiera de los animales que conocemos y cuya acción se ejecuta en el embrión, el estadio en el que se producen los procesos de desarrollo que darán lugar al plan corporal del organismo.

Así pues, la evolución opera fundamentalmente en los genes, y estos son esenciales para el desarrollo. De ahí el eje evolución y desarrollo, evo-devo para los amigos, una joven disciplina que estudia la biología evolutiva del desarrollo y que aborda dos grandes preguntas: ¿cómo ha afectado el desarrollo a la evolución morfológica? y ¿cómo ha evolucionado el propio desarrollo? Desde el punto de vista de la evo-devo, la evolución se contemplaría como el cambio en los procesos de desarrollo [véase «Desarrollo embrionario y evolución», por Katherine E. Willmore; Investigación y Ciencia, septiembre de 2010].

De todo ello trata El embrión inconformista, en particular de la caja de herramientas. Una caja de herramientas ciertamente versátil pero que tiene también sus limitaciones, por lo que no resulta sorprendente que haya resuelto algunos problemas evolutivos con un cierto componente de chapuza. Lo explicaba François Jacob, colega de Monod que compartió con él el premio Nobel en 1965, en su ensayo de 1977 Evolution and tinkering, que podría traducirse como «Evolución y bricolaje». Es decir, que la evolución trabaja con la caja de herramientas disponible y no inventa genes nuevos ad hoc para desarrollar nuevas funciones.

Esas restricciones se hacen patentes al observar algunas soluciones evolutivas deficientes que hallamos en el mundo animal. En El embrión inconformista se detallan algunas de ellas, referidas a la especie humana. Por ejemplo, los ligamentos de nuestras rodillas son asimétricos, lo cual propicia lesiones, como vemos a menudo en los futbolistas. Esa organización de los ligamentos es una buena solución para los cuadrúpedos, pero ya no lo es tanto para quienes hemos devenido bípedos, sobre todo si hemos incrementado nuestro peso. En el mundo animal observamos numerosos ejemplos de soluciones deficientes. Por ejemplo, las que causan que la retina esté invertida o que tenga un punto ciego, o las que han generado estructuras inútiles, como las inservibles patas anteriores del tiranosaurio, o las alas que no vuelan de los avestruces y que la evolución no ha podido eliminar del todo.

¿Recuerdan el caso del Apolo 13, cuando, en su viaje a la Luna en abril de 1970, fallaron los filtros del aire y pusieron en riesgo la vida de la tripulación? Al final, con los materiales disponibles en la nave, los astronautas lograron improvisar un tosco filtro con una bolsa de plástico, una caja de cartón, cinta aislante y un calcetín. La evolución a veces opera de ese modo: soluciona problemas como puede reciclando materiales.

Esas soluciones imperfectas nos muestran el sinsentido de las ideas creacionistas, que propugnan que unas estructuras tan complejas como un ser vivo, o el ojo de un ser vivo, solo pueden haber sido concebidas por un diseñador sobrenatural. Es el viejo argumento de William Paley, que en el siglo XVIII pretendía demostrar la existencia de Dios con la metáfora del relojero: que no puede existir algo tan complicado como un reloj (o un ojo humano) sin la existencia de un relojero (o un diseñador superior, Dios). En 1986, el incisivo evolucionista Richard Dawkins daría las respuestas pertinentes en su obra El relojero ciego. No tiene sentido hablar de creacionismo, o de la astuta versión moderna del diseño inteligente, a la vista —entre otras cosas— de los torpes diseños que en ocasiones vemos en el mundo vivo.

El embrión inconformista pone todas estas cuestiones al alcance del público. En una primera parte, centrada en conceptos básicos, describe qué es el ADN y cómo se organiza; cómo se estructura el genoma; cómo se producen las proteínas, los bloques elementales a partir de los cuales se construye el animal, a partir de los genes; y en fin, cómo se desarrolla un embrión. Todo ello en un lenguaje claro y accesible, con el uso frecuente de metáforas pero sin perder ni un ápice de rigor. No es un ejercicio fácil, pues a mendo hay que entrar en cuestiones que entrañan cierta complejidad. Pongamos por caso la división de los genes en intrones (que no codifican proteínas) y exones (que sí lo hacen). El libro explica cómo un proceso de corta y pega hace que se reúnan todos los exones y pueda generarse la proteína completa. Y cómo la existencia de exones e intrones posibilita que un gen produzca varias proteínas diferentes gracias al fenómeno del corta y pega alternativo.

La segunda parte de la obra nos ofrece ejemplos concretos. Ilustra cómo han podido generarse serpientes sin patas, o murciélagos con las extremidades anteriores transformadas en alas, gracias a la mencionada caja de herramientas. O cómo se ha formado el pico de los pájaros a partir de unas mandíbulas ordinarias, o los picos tan diferentes de las distintas especies de pinzones de las islas Galápagos que Darwin hizo famosos. Cabe añadir que Jordi Garcia-Fernàndez y David Bueno han protagonizado varios de los ejemplos comentados. No cabe duda de que esa experiencia de primera mano ha sido fundamental para que las explicaciones sean tan didácticas como rigurosas: perfectamente comprensibles para un espectro muy amplio de lectores que se pregunten cómo, a partir de un número relativamente limitado de genes, ha podido surgir esa maravillosa biodiversidad que observamos en la naturaleza.

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