LIFE UNFOLDING. HOW THE HUMAN BODY CREATES ITSELF
Por Jamie A. Davies. Oxford University Press,
Oxford, 2014.

El embrión, producto de la fusión de espermatozoide y óvulo, ha sido objeto de atención desde la antigüedad. Pero fue con la introducción de la fecundación in vitro en 1978 cuando la embriología se situó en el primer plano de la investigación científica. Desde la clonación hasta la controversia sobre la ética y la legalidad de la experimentación sobre células madre o la sustitución de ADN mitocondrial, pasando por la medicina regenerativa, la ciencia de cómo y cuándo empieza la vida humana ejerce hoy una poderosa fascinación.

Aristóteles, en el siglo IV a.C., fue uno de los primeros proponentes de la epigénesis, doctrina que defendía que la conformación de una vida procedía de forma gradual. Biólogo de vocación, observó el desarrollo de los embriones de pollo, desde un comienzo de materia amorfa hasta la eclosión del huevo. Se percató de la vinculación del ciclo menstrual con la reproducción y advirtió que la cópula implicaba la mezcla de fluidos del varón y la mujer. La teoría antagonista, la de la preformación, tuvo momentos de esplendor en los siglos XVII y XVIII. Declaraba que el individuo se hallaba, preformado, en la concepción, en espera de su activación. Las lucubraciones languidecieron con el advenimiento de la microscopía, que permitió a Caspar Friedrich Wolff y a Charles Bonnett seguir las primeras fases del desarrollo. La filosofía cedió el testigo a la ciencia experimental.

Propio del método científico es extraer verdades generales a partir de un número limitado de ejemplos. Recordemos que la observación del curso de unos planetas llevó a Kepler a formular las leyes sobre el movimiento planetario; de ahí pasó Newton a su ley de la gravitación universal. En la estratificación descubierta de unas formaciones rocosas en Escocia apoyó Hutton la primera teoría geológica moderna sobre la Tierra. Las variaciones entre un contado número de especies que había estudiado dieron pie a Darwin para enunciar una teoría de la evolución por selección natural que se aplica a todas las formas de vida. A partir de un número limitado de acontecimientos relacionados con el desarrollo, Davies ofrece aquí un relato exhaustivo de cuanto se sabe sobre el despliegue del cuerpo humano entero a partir un cigoto insignificante.

En el último decenio hemos asistido a una convergencia de disciplinas diversas que han posibilitado la articulación sistemática de la nueva biología del desarrollo. La embriología y neonatología han recabado abundante información anatómica y funcional. La genética y la toxicología identifican causas precisas de anomalías hereditarias que permiten conocer las vías moleculares requeridas en un desarrollo normal. La bioquímica y la biología molecular ahondan en las interacciones entre iones. La biología celular da cuenta de la conjunción de las vías moleculares para tomar el control del comportamiento de la célula. A una escala mucho mayor, la fisiología, la inmunología y la neurobiología descubren las formas en que una muchedumbre de células se comunican y coordinan. Dos términos recurrentes en este contexto son los de emergencia y autoorganización adaptativa. Por emergencia se entiende el proceso en cuya virtud surgen estructuras y conductas complejas a partir de reglas y componentes simples. La autoorganización adaptativa designa la aplicación de reglas sencillas a los componentes para provocar un producto más inteligente y sutil.

¿Cómo es posible que de un óvulo fecundado surja toda la complejidad de un ser humano, con un cerebro de miles de millones de neuronas, una filigrana reticular de capilares sanguíneos, la solidez de los huesos, la dúctil protección de la piel, el sistema eficiente de adquisición de energía o el mantenimiento de los órganos? Acostumbramos a asociar el embrión a un paisaje autocreador, que añade complejidad a la complejidad y en el que la geografía actual depende de la historia del pasado. El de autoorganización constituye el concepto clave. Proteínas expresadas por genes que operan en conjunción con señales físicas y químicas procedentes del entorno promueven que las células se organicen a sí mismas en un cuerpo. A la complejidad mencionada se llega vía redes de señalización, movimientos a gran escala instados por gradientes de concentraciones químicas y ajuste constante en respuesta a procesos retroactivos. El hilo conductor de las fases embrionarias es la comunicación entre células. En cada paso, una maquinaria proteica detecta señales procedentes del entorno celular; señales mecánicas (tensión, superficie libre) o bioquímicas (moléculas procedentes de otros tejidos) que, combinadas con el estado interno preexistente de cada célula, determinarán qué acontecerá después.

La señalización entre células aumenta la complejidad y enmienda los errores. La complejidad remite al número de tipos celulares y estructuras anatómicamente diferentes. Se parte de una complejidad limitada (un tipo de célula, una estructura) para multiplicarse con el tiempo (miles de tipos celulares, miles de estructuras internas). Y lo que reviste mayor interés: durante la fase más activa del desarrollo, el crecimiento en el número de estructuras se hace de manera aproximadamente exponencial, característica de sistemas que legan a sus sucesores una capacidad incrementada. Para hacernos una idea, pensemos en la población de un cultivo bacteriano: la bacteria inicial crece y se divide en dos, cada una de las cuales se desarrolla y se divide, a su vez, para convertirse en cuatro, que pasarán a ocho, dieciséis, etcétera. El crecimiento exponencial en complejidad ejerce un efecto similar. La complejidad alcanzada aumenta la capacidad de un embrión de agregar más complejidad en la etapa siguiente. Merced a la comunicación celular.

Se evidencia la flexibilidad de la embriogénesis en la forma en que un tejido puede reclamar el desarrollo de otro para su propio beneficio; así, el tejido hipóxico que necesita el suministro sanguíneo o el control de la proliferación de células madre por señales procedentes de tipos celulares que ellas mismas fabrican. En el corazón de esa flexibilidad encontramos bucles de señalización y de realimentación. La presencia de bucles de realimentación confiere a la comunicación intercelular el carácter de una verdadera conversación, señales que son respondidas por otras señales que retornan, en interdependencia constante. No se requiere ningún constructor ni organizador externo. En biología, la estrategia de construcción depende de la naturaleza de los componentes implicados. Con mucho, las moléculas más importantes de la construcción biológica son las proteínas. De ellas están hechas, en su mayoría, las estructuras físicas que dan a las células su conformación, crean canales y bombas que regulan la entrada y salida de la célula y catalizan las reacciones químicas de la vida. Las reacciones abarcan las vías metabólicas que sintetizan ADN, lípidos e hidratos de carbono.

Las proteínas constan de largas cadenas de aminoácidos; en número de veinte, difieren en su morfología y propiedades químicas e interaccionan unos con otros, lo que significa que las cadenas correspondientes se pliegan en configuraciones complejas. Ese proceso de plegamiento es tan peculiar, que resulta imposible todavía inferir matemáticamente la forma final de una proteína a partir del conocimiento de los aminoácidos de su secuencia. Diferentes proteínas tienen distintas secuencias de aminoácidos. A menudo una proteína puede reconocer puntos de enlace solo en otra proteína específica. Aparecen así complejos constituidos por componentes múltiples que acaban integrando una estructura definida. Estos complejos actúan como máquinas que ponen en funcionamiento reacciones químicas complejas y organizan el ensamblaje de estructuras que, por su tamaño y complicación, no podrían hacerlo por sí mismas.

La asociación entre proteínas para formar complejos se basa en la información que portan las propias proteínas, donde información es aquí sinónimo de estructura. A gran escala, las estructuras biológicas varían; su disposición exacta se adapta a las circunstancias (una célula se ajusta al espacio que debe ocupar en el tejido). En los sistemas biológicos, se agregan capas de regulación al autoensamblaje químico para producir sistemas que organizan estructuras adaptadas a la circunstancia y la necesidad. No podemos, por fin, olvidar un aspecto peculiar de la construcción biológica: no puede detenerse y comenzar de nuevo para volver a incoar el proceso de construcción. El desarrollo de un embrión viene condicionado por una restricción: cada estadio del desarrollo debe ser compatible con su persistencia en la vida.

El humano adulto consta de un número astronómico de células, que no se distribuyen al azar, sino que se conectan en patrones muy complejos. Se reparten entre cientos de tipos celulares, dotado cada uno de una estructura y una función. El primer paso significativo en el camino hacia una forma más compleja de ser estriba en la conversión de una célula en multitud de ellas. Escalón necesario, pues cualquier animal complejo requiere realizar muchas cosas diferentes a un mismo tiempo: respirar, digerir alimentos, desintoxicarse de sustancias dañinas, crecer el pelo, formar nuevas células dérmicas, filtrar la sangre, regular la temperatura, oír, etcétera. Esas y otras actividades no mencionadas emplean distintos grupos de proteínas y vías bioquímicas.

Muchas funciones serían incompatibles si se realizaran en el mismo sitio. Los organismos complejos acuden a la compartimentación, aplicando el principio de la separación de cada actividad en su sitio específico. Los cuerpos se dividen en órganos que realizan tareas distintas. Los órganos se dividen, a su vez, en tejidos que abordan funciones diversas. Los tejidos se dividen en células; diferentes tipos de células cumplen distinta misión. En el interior de cada célula, la mayoría de las moléculas pueden moverse con plena libertad. Existen también compartimentos intracelulares, que desempeñan su propia misión. Ello no obsta para que consideremos la célula como unidad fundamental que realiza una o dos funciones a la vez. De ahí la importancia de contar con una multiplicidad de células diferentes como paso imprescindible para crear un cuerpo complejo.

El huevo fecundado con el que empieza el desarrollo humano es insólitamente grande, de una décima de milímetro de diámetro y visible. La mayoría de las células del cuerpo maduro son mucho menores, de una centésima de milímetro de diámetro y una milésima del volumen del óvulo. Fecundado, puede generar un embrión multicelular por simple división primero en dos, luego en cuatro, luego en ocho, etcétera, sin necesidad de interrumpir el desarrollo. La división de una célula en dos implica compartir todas las moléculas internas (proteínas, por ejemplo) con las células hijas. Con la excepción del ADN: la célula indivisa consta de 46cromosomas (23 del padre y 23 de la madre); cada una de las células hijas necesita también 46 cromosomas, lo que requiere que se repliquen antes de que empiece cada tanda de división celular. Y lo que es más, ha de haber un sistema que asegure que los cromosomas replicados se alojen equitativamente en las células hijas.

Para la división celular, resulta obligado definir los lugares que se convertirán en centros de las dos células hijas, de suerte que los cromosomas pueden alojarse en su sitio adecuado. En ese paso se requieren dos centrosomas, suerte de nubes de proteínas en torno a sendas estructuras portadoras de tubulina. En cuanto se ha terminado la primera división celular, cada una de las dos células comienza a copiar sus cromosomas y a dividirse. En cuanto el embrión alcanza la fase de 16células, posee capacidad suficiente para organizar su propia forma. Empiezan las células a diferenciarse entre sí y arranca el desarrollo embrionario. El desarrollo celular requiere suministro de nutrientes para acometerlo. Lo que exige la especialización de determinadas células en esa misión. La especialización celular supone la pérdida de homogeneidad; en adelante, unas células se encargarán de una función y otras de otra. Lo que comporta un nuevo orden y una nueva información.

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