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Redes de genotipos: los senderos de la evolución

¿Cómo navega la vida a través del océano casi infinito de posibilidades biológicas? La teoría de redes recrea escenarios que Darwin no pudo imaginar.

ERNST HAECKEL, KUNSTFORMEN DER NATUR, LÁMINA 40/DOMINIO PÚBLICO (organismos); INVESTIGACIÓN Y CIENCIA (adaptación)

En síntesis

Para cualquier organismo o incluso para las proteínas más simples, el espacio de genomas posibles es muchísimo mayor que todo lo que haya podido explorar la evolución desde el origen de la vida en la Tierra.

Si las mutaciones aleatorias solo pueden recorrer una parte mínima de las posibilidades biológicas, ¿cómo halla la naturaleza soluciones a problemas adaptativos? ¿Cómo surge la diversidad necesaria para que la selección natural pueda actuar?

La respuesta se encuentra en la compleja relación entre secuencias genéticas y fenotipos. Un nuevo marco teórico basado en la teoría de redes está comenzando a revelar la estructura subyacente que permite que la evolución darwinista tenga lugar.

Todo el mundo conoce a Lewis Carroll por sus relatos Alicia en el País de las Maravillas y Alicia a través del espejo. Pero, además de una leyenda de la literatura inglesa, el reverendo Charles Lutwidge Dodgson fue también un matemático de cierta relevancia que escribió sobre lógica, geometría, álgebra, criptografía, aritmética electoral y, muy especialmente, sobre matemática recreativa. Era un hombre de gran ingenio, aficionado a las paradojas, los acertijos y los juegos, de los que inventó unos cuantos.

Uno de ellos, que publicó con el nombre de «doblete» y que aún aparece en periódicos y revistas bajo el título «escalera de palabras», consiste en unir dos palabras cortas, como AMOR y ODIO, mediante una cadena de términos intermedios. Cada uno de ellos ha de ser una palabra válida del idioma y ha de diferenciarse del anterior en tan solo una letra. Por ejemplo:

AMOR – AMAR – ASAR – ASIR – ASIÓ – ALIÓ – OLIÓ – ODIO


En un artículo publicado el 7 de febrero de 1970 en la revista Nature, John Maynard Smith, a la sazón profesor de la Universidad de Sussex y uno de los biólogos teóricos más brillantes del pasado siglo, se apoyó en este pasatiempo para esbozar la solución a un problema planteado por Frank B.Salisbury, de la Universidad Estatal de Utah, en un artículo publicado el año anterior en la misma revista.

Las proteínas, los ladrillos fundamentales de la materia viva, son cadenas formadas por una sucesión de aminoácidos, cada uno de los cuales puede escogerse de un conjunto de veinte distintos. Salisbury calculó que el número de secuencias posibles de aminoácidos para una proteína de longitud típica ascendía a la fabulosa cifra de 10540. Sin embargo, el número de proteínas que habrían podido generarse por mutaciones en la Tierra desde que esta se formó (suponiendo un océano primigenio que cubriese todo el planeta, con una densidad de trillones de proteínas por centímetro cúbico, cada una de las cuales mutase a un ritmo de millones de veces por segundo durante 4000 millones de años) no podía ser mucho mayor de 1065. Por tanto, asumiendo —como entonces se creía— que cada proteína está codificada por una secuencia de ADN única, la probabilidad de que una proteína capaz de realizar una función dada aparezca por una mutación al azar es esencialmente nula. Así pues, la selección natural resultaría ineficaz, puesto que no tendría material (es decir, secuencias funcionales) sobre el que trabajar. De esta manera Salisbury ponía de relieve uno de los grandes problemas no resueltos de la teoría evolutiva: ¿cómo genera variedad la naturaleza sin perder la función biológica por el camino?

Cuando concibió su teoría evolutiva, Charles Darwin se percató de algo más fundamental que el mecanismo de selección natural con el que esta siempre se asocia. Comprendió que un proceso evolutivo consiste en el cambio en la composición de una población, y que para que ese cambio se produzca de forma adaptativa se requieren tres condiciones básicas. En primer lugar, ha de existir un mecanismo de reproducción con herencia: las poblaciones deben renovarse (porque los individuos no evolucionan) y los hijos deben parecerse a los padres (porque de lo contrario no perdurarían los caracteres). En segundo lugar se necesita variación: la reproducción no debe ser fiel al cien por cien, sino que ha de haber pequeñas variaciones que «exploren» otras posibilidades. Por último, la selección natural se encarga de que las variaciones más eficaces (las que aumentan la capacidad reproductiva) acaben dominando la población.

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