© Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá
Facultad de Ciencias, Departamento de Biología
© Vicerrectoría de Sede Bogotá
Dirección de Investigación y Extensión - DIEB
© Vicerrectoría de Investigación
Editorial Universidad Nacional de Colombia
© Camilo Ernesto López Carrascal
Primera edición, diciembre de 2016
ISBN 978-958-775-943-3 (papel)
ISBN 978-958-775-945-7 (IBD)
ISBN 978-958-775-944-0 (digital)
Colección Textos
Facultad de Ciencias
Edición
Coordinación de Publicaciones, Facultad de Ciencias
Corrección de estilo, armada electrónica,
finalización de arte e impresión:
Proceditor
proceditor@yahoo.es
Ilustraciones: Marcos Toledo
Salvo cuando se especifica lo contrario, las figuras y tablas
del presente volumen son propiedad del autor
Bogotá, D. C., Colombia, 2016
Prohibida la reproducción total o parcial por cualquier medio sin la
autorización escrita del titular de los derechos patrimoniales
Impreso y hecho en Bogotá, D. C., Colombia
Catalogación en la publicación Universidad Nacional de Colombia
López Carrascal, Camilo Ernesto, 1974-
La sinfonía molecular de la vida, orquestada por el ADN... y el ARN / Camilo López. -- Priera edición. -- Bogotá: Universidad Nacional de Colombia (Sede Bogotá). Facultad de Ciencias, 2016.
216 páginas: ilustraciones. -- (Colección Textos)
Incluye referencias bibliográficas al final de cada capítulo
ISBN 978-958-775-943-3 (rústica). -- ISBN 978-958-775-944-0 (e-book). -- ISBN 978-958-775-945-7 (impresión bajo demanda).
1. Biología molecular 2. Genómica 3. Genética molecular 4. ADN 5. ARN 6. Código genético 7. Genética evolutiva I. Título II. Título de la cubierta: La sinfonía molecular orquestada por el ADN y el ARN III. Serie
CDD-21 572.8 / 2016
A mis padres por sus milagros.
Tal vez cada larva formó alguna vez parte de un enfermo.
Whalt Whitman. Este estiércol.
Lejos estamos de determinar los límites del Universo, si es que ellos existen. En el Aleph de Borges, pareciera que el Universo estuviera contenido en un solo punto. La infinidad y la eternidad del Universo me llegan como conceptos abstractos, impregnados de otros conceptos tan surrealistas y excéntricos como el de vacío y el de la nada. Las moléculas y los átomos son los constituyentes últimos de toda la materia del Universo. La base más recóndita de la vida, del milagro de la vida, en cualquiera de sus acepciones, yace en los átomos y las moléculas. La representación molecular más simple de la naturaleza de la materia puede ser descrita como el baile infatigable de los electrones, de los átomos alrededor de un núcleo formado por protones y neutrones. El continuo y veloz baile de ese electrón genera un espacio vacío, inmaterial. Si detuviéramos al unísono el baile de todos esos electrones que forman la materia inerte y viviente, y los apiñáramos, quizás todos nosotros, toda la materia cabría en un solo punto, como pareciera que fue la situación que se presentaba —según lo describe Italo Calvino en una de sus cosmicómicas—, antes del Big Bang.
A nivel de escala resulta maravilloso constatar que los constituyentes del inmenso Universo corresponden a los mismos con que se construye la propia vida. La vida depende de la información y acción de moléculas como el ADN y las proteínas, las cuales están formadas por átomos. De hecho, la emergencia de la vida puede considerarse en sus más profundos orígenes a partir de lo inerte. Los átomos son los mismos que componen la materia y que dieron origen al Universo. En su maravilloso libro sobre la historia de la biología, La lógica de lo viviente, Francis Jacob describe el debate histórico que se dio desde comienzos del siglo xvii en torno a discernir entre la materia inerte y la viviente (orgánica). En este se discutía que, tanto una como otra, están formadas por los mismos elementos; la diferencia radicaba en lo que se denominó en aquella época “calor innato”.
Recientemente hemos aprendido que el Universo está en un continuo cambio y evoluciona, tal como lo hacen los seres vivos en un diminuto planeta ubicado en ese vasto Universo. En ambos casos soñamos con ser capaces de descubrir las fuerzas del cambio, su direccionalidad y sus consecuencias. A pesar de los grandes esfuerzos por comprender el surgimiento del Universo y de la materia, nuestra ignorancia es grande con respecto a las fuerzas subyacentes que “motivaron” a un puñado de electrones, primero a formar átomos, y luego a formar moléculas gaseosas, expandirse y contraerse.
Tan milagroso como puede parecernos este acontecimiento, resulta considerar aquel otro por el cual se inicia la vida, tal como la concebimos en el planeta Tierra. Desconocemos a ciencia cierta por qué razón las primeras moléculas se “deciden” a formar polímeros capaces de almacenar información y replicarse. Se debieron acumular y juntar un sinnúmero de condiciones especiales para que tanto lo uno como lo otro se produjera. Una vez iniciado el primer proceso, fue “solo” cuestión de tiempo para que se produjese otro prodigio: la vida. El milagro de la existencia personal de cada uno de nosotros no recae solamente en la contingencia de que nuestros padres se encontrasen, de que fuese justo aquel óvulo el que fuera fecundado para dar cuenta de nuestra existencia. Es importante considerarlo desde una retrospectiva serie de contingencias pasadas que caen sobre todos los actuales seres vivientes.
Vincent Van Gogh debió soportar la idea de que su existencia dependió de la muerte de su otro hermano Vincent, quien nació muerto el mismo día que él un año antes. Si ese hermano no hubiese nacido muerto, seguramente él no hubiera existido. Todos somos producto de una contingencia pasada, ancestral, que va más allá de la del encuentro de nuestros bisabuelos, abuelos o padres. Esta contingencia retrospectiva llega hasta aquellas moléculas que formaron los primeros polímeros autorreplicantes informativos, hace algo así como 3.500 millones de años, y aún más atrás en el tiempo, hasta aquellos átomos primigenios que asistieron al nacimiento del Universo. Ahora sabemos que estamos formados por átomos que provienen de polvo de estrellas.
Durante varios días, me he divertido inventando e imaginando la vida posible de un átomo, hoy constituyente de una molécula de ADN de alguna de nuestras células. Ese átomo ha “reencarnado” bajo muchas formas posibles durante su larga, infinita y eterna existencia. Pudo haber estado presente bajo la forma de una molécula de hemoglobina de la sangre, derramada por alguno de los próceres de nuestra patria; pudo haber atravesado el Atlántico en una de las carabelas de Cristóbal Colón, bajo la forma de una proteína de membrana; o quizás pudo quedar almacenado en una molécula de almidón dentro de una semilla, treinta mil metros bajo tierra durante miles de años, hasta que algún grupo de científicos logró despertarla de su estado de dormancia. Sin embargo, ese átomo, el cual ahora vive en alguno de nosotros y antes hacía parte de una molécula de almidón, pudo también estar presente bajo la forma de una molécula de oxígeno (gaseosa), y que estuvo volando, paseándose, recorriendo el mundo por unos cuantos cientos o miles de años antes de ser atrapado por la respiración de un dinosaurio ya extinto. No obstante, ese átomo perduró. Perduró bajo la forma de una molécula diferente, acompañó quizás al sílice, fue ortosilicato y se constituyó en una roca; y permaneció siempre calmo (¿aburrido?) por muchos años, que si bien pueden ser muchos para nosotros, son pocos para la historia de su “vida”.
¿Por qué camino andaríamos si persiguiéramos en el tiempo y en el espacio, cual detectives, a un átomo de carbono marcado? Así podríamos pasar días, contando e imaginando la vida de aquel átomo que ahora es una partícula de una parte nuestra. Quiero aclarar que esta es solo una idea imaginaria, quizás ahora fantasiosa, pero que también esconde alguna belleza, como queda plasmado de alguna forma en un verso de Whitman. Pero esto es solo para decir que esta idea imaginaria me lleva quizás a comprender por un instante (sin estar totalmente seguro de que así sea), la idea de eternidad y unidad. Ahora me pregunto si los egipcios, referentes universales de la eternidad, entendieron esto hace más de seis mil años. Nosotros somos solo una pequeña parte de una coyuntura, de una contingencia aleatoria, de un instante pequeño de la historia de la Tierra, y esta a su vez de la del Universo. Así como aquel imaginario átomo se ha transformado, así lo hacemos cada uno de nosotros, cada una de nuestras moléculas y de nuestros átomos. Somos parte de un todo en continuo cambio, en continua transformación y, en consecuencia, eso nos hace eternos. No a nosotros en tanto organismos individuales, pero sí en tanto átomos constituyentes de todo trozo de materia que habita el Universo.
Y entonces vuelvo al comienzo y fin último de la historia del Universo (y de la vida): las moléculas, o, si lo prefieren, los átomos. La sinfonía de la vida que, según sabemos ahora —si bien desde un punto de vista un tanto reduccionista—, está cifrada, orquestada bajo la forma de una molécula de ADN que dirige e interpreta un sinfín de melodías, las cuales dan cuenta de una diversidad hermosa, milagrosa y maravillosa. No puedo dejar de pensar en la película Boy Hood (2014). El pequeño Mason le pregunta a su padre si es verdad que los elfos no existen en el mundo real, a lo cual su padre responde que efectivamente ellos no son reales, pero sí existen maravillosos, extraordinarios y mágicos seres como aquellos inmensos mamíferos que viven y respiran bajo el agua, cuyo corazón puede ser del tamaño de un auto y tienen unas venas tan grandes que podríamos nadar a través de ellas.
Se me antoja que hemos perdido la fascinación, ya no digamos de descubrir, sino simplemente de valorar y admirar justamente la magia que encierra la vida misma, tal y como se nos presenta ahora ante nuestros ojos. Pareciera que locos como estamos, vamos por el mundo y por esta sociedad sin tiempo para apreciar lo realmente valioso de la naturaleza, para el encanto de sentir su magia y buscar comprender los misterios que ella encierra. Le damos más importancia a las diferentes formas de smart phones que existen en el mercado, y a las fotografías que amigos y desconocidos “cuelgan” en Facebook. Vivimos apresurados por consumir con la ansiedad de una felicidad falaz, nos interesamos y deslumbramos por los adelantos tecnológicos y enloquecemos por adquirir lo último en tecnología. En fin, perdemos poco a poco la capacidad de maravillarnos por las diferentes formas en que la naturaleza se manifiesta ante nuestros ojos. La búsqueda por acercarse a la comprensión de la insondable alma humana, o por contemplar y descifrar el lenguaje oculto de la vida, parecen ser relictos de un tiempo pasado que ha sido devorado por la pasión irracional del consumismo que nos aleja de los que más queremos y, peor aún, de nuestros propios orígenes.
Recuerdo entonces las tardes compartidas con mi sobrino Pablo, cuando él tenía 11 años, en las que charlábamos sobre la vida. Me divertía contándole de una molécula llamada ADN que dictamina en buena parte lo que somos. Charlábamos de abejas e imaginábamos los experimentos que deberíamos realizar, con todo y sus controles, a fin de determinar las condiciones ambientales que influenciarían el establecimiento de un nuevo panal. Reconocí entonces en él la capacidad que tienen todos los niños de interrogarse sobre nuestros orígenes, de formular las preguntas que nacen al descubrir el mundo que los rodea, de indagar por las causas de muchos de los fenómenos que observamos. No sé todavía en qué momento, y qué causas conllevan que con los años vayamos perdiendo esa maravillación de los niños por aprehenderlo todo. Me atrevería a sugerir que la educación debería estar construida sobre sus preguntas, más que sobre currículos rígidos que es necesario cumplir. Debo reconocer, sin embargo, que aún no me siento capaz de aventurar ninguna estrategia para proteger a esos niños de la bandada acérrima de la tecnología y el consumismo.
No obstante, esta ha sido la motivación de escribir este libro: transmitir esa fascinación por las bases más profundas, últimas e íntimas que describen el funcionamiento molecular de algunos procesos de los seres vivos. La naturaleza tiene un sinnúmero de maravillas, muchas accesibles desde la contemplación. Pero otras se encuentran escondidas, solo visibles a través del uso de experimentos complicados y de herramientas sofisticadas, y muchas otras permanecen escondidas, encriptadas, esperando por mentes brillantes capaces de descifrarlas. Sea como sea, la comprensión del funcionamiento de cada elemento inherente a la vida, a los seres vivos y su relación con el entorno, está en su fin último en la actividad de las moléculas (ADN, proteínas, enzimas, lípidos, etc.). Son estas moléculas las que coordinan el comportamiento de las células, y de allí ascendemos por los diferentes niveles de organización biológica, pasando por tejidos y órganos, hasta llegar a organismos, ecosistemas o paisajes, para desembocar nuevamente en los confines del Universo.
La biología molecular se nos ha abierto como una ciencia que no solamente ha provisto de herramientas que permiten acercarse a otras ciencias o ramas del conocimiento, sino que ella misma ofrece la posibilidad de comprender un abanico de fenómenos presentes en todos los seres vivos. Sin embargo, durante algunos de mis cursos de biología molecular, he sentido un dejo de aburrimiento en mis estudiantes al tener que escuchar la descripción, un tanto mecanística y bastante abstracta, que encierra la comprensión de las bases moleculares de la vida y la concomitante transmisión y flujo de la información genética. Esto puede llevar, sin duda, a una imposibilidad de enamoramiento por la sinfonía molecular de la vida orquestada por el ADN.
He recurrido entonces a algunos artilugios para captar la atención y transmitir esa pasión que desde estudiante universitario sentí por la biología molecular. En ese juego imaginario de la eternidad de la vida que recae sobre la permanencia de los átomos, he invitado a los estudiantes a pensar incluso en la posibilidad de que alguno de ellos contuviera una purina proveniente de Napoleón. (Tal vez no escogí el mejor referente histórico). He insistido en que cada uno de los procesos que vemos en clase (replicación, transcripción, traducción), ocurren en este mismo instante en todas y cada una de sus células, y cómo cada una de ellas según duerman o se encuentren en estado de “lectura” expresan genes de manera diferencial. Pero quizás, uno de los artificios que ha resultado más efectivo ha sido el de reclutar algo así como historias asombrosas, alrededor de los procesos implicados en el flujo de la información. Obviamente, esto no escapa del tedioso estudio de sus bases mecanísticas, pero tal vez motive a un estudio más profundo, o al menos a acercarse a estas bases con una mejor disposición.
Sin duda alguna, el listado de posibles historias asombrosas en biología molecular puede llegar a ser enorme; he tratado simplemente de recuperar algunas de las más representativas. Si con esta estrategia lograra transmitir mi pasión y maravillamiento por la vida —y esto desde su acepción molecular más profunda—, a un puñado más de lectores, podría ser un poquitín más feliz y sentir un dejo de satisfacción por el trabajo que representó la concepción y escritura de este libro.
La célebre frase de Dobzhansky “nada en biología tiene sentido si no es a la luz de la evolución”, logra capturar la esencia del conocimiento de los orígenes, así como la comprensión de la razón de la existencia de los seres vivos que habitan hoy el planeta Tierra. Ahora que sabemos que el Universo está en permanente cambio (evoluciona), la frase de Dobzhansky, para mí, traspasa los límites de los conceptos clásicos de la vida.
Yo podría decir “nada de lo que existe tiene sentido si no es a la luz de la evolución”. Evolución es cambio. No podemos comprender ningún tipo de fenómeno biológico, físico o social, si no es en su contexto histórico, de cambio, de evolución. La comprensión cabal de tales fenómenos solo puede darse desde una perspectiva de las fuerzas que motivaron al cambio de su estado inicial. La evolución es el eje transversal de la biología y, en consecuencia, es desde esta perspectiva que intenta presentarse el contenido de cada uno de los capítulos que componen este texto.
Quiero, sin embargo, aprovechar esta introducción para hacer un primer ejercicio de reflexión sobre los conceptos —quizás predominantes y vulgarizados en ciertos casos— de la evolución. No me cabe duda de que la complejidad y forma en cómo históricamente se llegó a la construcción de la totalidad de los procesos y mecanismos biológicos presentes en los seres vivos actuales, y en particular de los descritos en varios de los capítulos de este libro, obedecen a una lógica evolutiva. No obstante, esta perspectiva evolutiva no se ampara solamente en el concepto de selección natural y evolución darwiniana positiva clásica (el cual impera en el pensamiento no solo de los estudiosos de la biología, sino, tristemente, también en el común de la gente). Muchos asocian la evolución con selección natural, casi como sinónimos. Pero evolución no implica solamente selección; después de todo ya lo dijo el viejo y conocido Darwin: “Estoy convencido de que la selección natural ha sido el medio más importante, pero no el único, de modificación”.
El ejercicio de identificar los puntos débiles de la teoría darwiniana y de la llamada “teoría sintética de la evolución” (o denominada por algunos “teoría moderna”), ha sido ya emprendido por varios pensadores en el mundo. Aquí no busco entrar en detalles sobre las críticas constructivas a la teoría clásica de evolución darwinista, que bien podrían ser objeto de otro libro. Permítaseme, sin embargo, mencionar algunos puntos críticos que deberían ser considerados en una posible re-enunciación de la teoría evolutiva.
La genética y evolución de las bacterias y otros microorganismos fueron tristemente olvidadas por Darwin y los fundadores de la genética de poblaciones. Ahora sabemos que toda la vida, la nuestra propia, depende de un sinnúmero de microorganismos —bacterias principalmente— que habitan la tierra y nuestro cuerpo. ¿Cómo concebir una teoría evolutiva como válida sin considerarlas a ellas?
Para muchos, el esqueleto matemático y teórico de la biología evolutiva descansa en la genética de poblaciones, sin embargo, ella parte de varios supuestos que difícilmente se cumplen en poblaciones naturales. Aspectos tales como la embriología y su contexto evolutivo que no fueron considerados por la teoría sintética de la evolución, hoy han tomado fuerza bajo el concepto de evo-devo y han logrado dar cuenta de la importancia que tienen pequeños cambios en genes reguladores para producir cambios evolutivos saltacionales (no considerados en las teorías evolutivas originales). La epistasis y otras formas de interacción génica son difícilmente incluidas en los análisis poblacionales que explican la variabilidad fenotípica. Los avances en las diferentes áreas “ómicas” han aportado un nuevo conocimiento que, en algunos casos, rebate planteamientos tradicionales de la teoría evolutiva. Baste un solo ejemplo: la genómica comparativa ha puesto de manifiesto la recurrente utilización de la duplicación genómica como materia prima de la evolución, asestando un duro golpe a la premisa tradicional según la cual la evolución se produce como consecuencia de la acumulación de pequeños cambios graduales. La epigenética es una nueva ciencia que se posiciona con mayor fuerza cada día y aporta de manera sustancial nuevos conceptos que se deben incorporar a cualquier teoría evolutiva actual (ya no podemos acuñar la palabra moderna). Algunos, y solo algunos de estos planteamientos, están inmersos en las descripciones que aparecen en ciertos capítulos de este libro.
Insisto, las ideas de evolución (en su acepción tradicional y no convencional) impregnan muchas de las palabras de este texto. Sin embargo, no es el fin último de este libro hacer un análisis crítico detallado de los aspectos ya mencionados. Con cierto dejo pretencioso, lo que busco aquí es invitar a pensar en una teoría evolutiva extendida, incluyente, basada en los conocimientos actuales y utilizando como pretexto lo que para mí son asombrosas historias moleculares. Esta es la motivación mayor cuando en algunos apartados de ciertos capítulos abordo sin la rigurosidad que debería caracterizar un texto con pretensiones científicas —debo reconocerlo—, una interpretación evolutiva alternativa a las vías tradicionales de evolución darwinista.
En varias oportunidades trato de comprender, por ejemplo, los cambios evolutivos desde una mirada lamarckiana moderna y real, tentadora y provocadora, como ya algunos otros investigadores lo han propuesto. En otros casos hay una invitación tácita a una reflexión sobre los mecanismos de evolución alternativos.
El desafío para las mentes de las próximas generaciones será la identificación de fuerzas de evolución diferentes a la selección natural. Esas vías alternativas de evolución invitan a repensar una teoría evolutiva incluyente, lo cual será, sin duda alguna, uno de los principales retos y la razón del quehacer científico de este siglo.
Durante la escritura y reflexión no solo de los aspectos que se presentan en este libro, sino también de casi todos los que se relacionan con el milagro de la vida y su funcionamiento, no he podido escapar a percibir la sensación de una fuerza escondida que dirige los procesos moleculares de los seres vivos. Parecieran estos entelequias, elfos o dioses que juegan con bloques, los reordenan y combinan de formas diferentes para producir una gran gama de posibles formas, funciones y mecanismos (piénsese en el juego de Lego Creationary).
Como a mi parecer esto no es posible, he recurrido a otro artificio explicativo —quizás tan incoherente, fantasioso e impensable como el primero—: consiste en “humanizar” moléculas, funciones y decisiones. Por ejemplo, es muy probable que el lector se encuentre con expresiones como “este juego les gustaría a las bacterias”; “estas moléculas decidieron...”; “la célula desarrolló...”; “las plantas recordaron...”. Pero atención, lejos estoy de pensar que las bacterias juegan, que las moléculas toman decisiones o que las células desarrollan —en un sentido finalista— ciertas “cosas” o estrategias. Es simplemente una forma de referirme a un largo proceso evolutivo por el cual se ha llegado a tales instancias. Desde el punto de vista estrictamente darwiniano de selección positiva, tales resultados serían el producto de mutaciones al azar y de selección, actuando continua y repetidamente. Sinceramente, me cuesta trabajo que este bucle infinito de azar y selección, aun considerado en el contexto de poblaciones de muchos individuos y de millones de años de evolución, pueda ser capaz de producir las maravillas que hoy observamos (al menos no en todos los casos). Pido entonces disculpas por esta manera de expresarme. Asumo las críticas que puedan de ella derivarse. De cualquier manera, retengo mi estilo por considerarlo como una forma fácil y “bonita” de llegar a representar una realidad. En resumidas cuentas, esas expresiones hacen referencia a mi propio maravillamiento.
Una advertencia adicional. No piense el lector que en verdad creo, por ejemplo, que la inducción de un gen podrá hacernos eternos, o que con “apagar” la expresión de un gen eliminaremos un tumor canceroso. No. Sería muy simplista pensar que un gen es el absoluto responsable de un carácter fenotípico, una enfermedad o una condición particular. No obstante, estas ideas buscan una vez más maravillar al lector a través de la exageración. Cómo me gustaría llamar a esta estrategia una hipérbole. Sin embargo, lejos estoy de hacer literatura, ¡ya quisiera yo! Quizás, e insisto en la palabra quizás, dentro de unos años algunas de estas ideas que hoy parecen ciencia ficción, pudiesen ser medianamente posibles.
Pero ¡atención! Los genes y proteínas que ellos codifican, actúan de manera concertada y forman parte de dinámicas redes complejas de interacción y funcionamiento. No existe un solo gen para una “cosa”. La literatura de divulgación científica y la de muchas páginas de los periódicos recurren a titulares tales como “Se descubrió el gen de la infidelidad”, o del alcoholismo o de un carácter fenotípico dado. Casi la totalidad de ejemplos que ofrece la literatura científica “seria” demuestran que la mayoría de las características morfológicas, comportamentales, etc., dependen de la acción concertada de varios genes que actúan al unísono. Sus productos (las proteínas y ARNs) interactúan, y de acuerdo con el contexto social de las células que los producen, pueden afectar el fenotipo de maneras muy variadas.
El ejemplo extremo es la plasticidad fenotípica. En esta, un mismo genotipo puede expresar fenotipos diferentes bajo circunstancias variadas. El término técnico de estos caracteres es cuantitativo y su naturaleza poligénica. En estos términos, el sueño de lograr un carácter deseado por modificación de un gen único será sin duda la excepción, más que la regla. Otro aspecto que subyace al carácter poligénico de la mayoría de los rasgos, es que la modificación de un gen o la función de una proteína puede romper el equilibrio de un sinnúmero de procesos que han logrado ajustarse durante años de evolución. No podemos pretender modificar un gen o su función para conseguir un efecto deseado, sin pensar que habrá efectos secundarios. Después de saber esto, el resto queda a la imaginación.
La excitación que espero crear en el lector —insisto, desde una mirada simplista y en muchos casos irreal—, al abordar algunas de las posibilidades que se abren con el conocimiento que se ha logrado sobre algunos mecanismos moleculares, debe asumir otro reto grande, como lo es el del debate ético sobre la manipulación de células y organismos. En la excelente película The broken circle breakdown (2012), Didier, el padre de una niña que muere de una enfermedad letal, hace una furiosa diatriba en contra del presidente Bush y de todos aquellos que, acudiendo a principios conservadores y religiosos detuvieron, mediante la retención de recursos financieros, el avance de la ciencia y de la investigación, entre otras, de las células madre. El padre considera que ese retraso en el desarrollo científico fue el responsable de la muerte de su hija.
No es fácil tener una posición clara. La naturaleza y, por qué no decirlo también, la evolución, nos han provisto de un sistema nervioso complejo, con un cerebro altamente organizado capaz de grandes cosas. Ese cerebro, entre otras cosas, nos ha permitido descifrar algunas de las bases de la vida y nos permite, en la actualidad, descifrar paulatinamente los mecanismos de muchos procesos. Esa misma capacidad nos permite soñar con ser capaces de entrar a modificar y manipular ciertos procesos, buscando obtener características deseadas. Hay quienes piensan que estamos traspasando los límites de la creación y que apuntamos a desafiar a Dios, creador único de la vida. Yo solo digo: si Dios existe y es él el responsable, de una u otra manera, de nuestra existencia, entonces, es él mismo quien nos abre la posibilidad de hacer lo que hacemos. Otra discusión es el alcance de ese conocimiento y de lo que ciertos seres humanos puedan hacer con él. Aquí también solo expreso que en lo personal, evidenciando lo que históricamente hemos hecho, quizás habría que hacer algo para que dicho conocimiento llegara solo a “buenas manos”. Tarea difícil, acaso imposible.
En algunos casos, resulta difícil pensar en quién quisiéramos que leyera lo que hemos escrito. Cuando empecé a escribir este libro siempre pensé que lo debería leer quien quisiera. Por un lado, pensé en los estudiantes de biología. Pensé en buscar ejemplos que los motivaran y romper así la sensación que he tenido de que a muchos de ellos —¿a la mayoría?— la biología molecular les parece aburrida. Buscaba ejemplos que trascendieran los mecanismos básicos (sin duda poco atractivos fuera del contexto de la relevancia que tienen en el funcionamiento y evolución de la célula y del organismo), de modo que los estudiantes, con sus conocimientos fundamentales acerca del almacenamiento, la transmisión y el flujo de la información genética, contaran con las herramientas necesarias para acercarse a casos moleculares un poco más profundos que los motivarían a explorar nuevos conceptos. Desde esta consideración se plasmaron muchas ideas y detalles de mecanismos moleculares relativamente complejos que se encuentran en la mayoría de los capítulos.
Leer estas secciones requiere, sin duda, una apropiación y claridad de las bases moleculares de la información y la herencia a la que pueden llegar con diferentes niveles estudiantes de pregrado, posgrado o profesionales conocedores de la biología molecular. Ellos podrán leer con diferentes grados de facilidad estas secciones que podríamos llamar “especializadas”. Mi deseo es que, de cualquier manera, conocer en detalle ciertos mecanismos los asombre como me sucede a mí.
Sin embargo, mi ambición se fue expandiendo a otros linderos (sin dejar los primeros). También quise que un lector no especializado, con una idea somera de las bases moleculares de la herencia, pudiera realizar una lectura del libro, no con el objetivo de comprender el funcionamiento de mecanismos moleculares ciertamente complejos, pero sí que le permitiera saber de la presencia de ciertos procesos, de la existencia de un conocimiento, y simplemente maravillarse de que algo medianamente comprensible como lo descrito en los capítulos de este libro, pueda ocurrir en los organismos. A ese público le pido disculpas por los largos párrafos descriptivos de los mecanismos detallados, que sin duda alguna podrá obviar sin remordimientos. Alternativamente, podrá asumir el reto de leerlos de manera transversal, logrando capturar en el aire algunas ideas un poco menos abstractas y más aterrizadas.
En este sentido, considero que Marcos Toledo, el ilustrador de este libro, logró un justo equilibrio entre los dos extremos. Me sorprendió gratamente cuando, luego de armar a Marcos —un personaje ajeno al estudio de la biología— con un conjunto de conceptos básicos, logró plasmar —en las que yo considero estupendas ilustraciones—, las ideas que buscaban maravillar a los dos tipos de lectores que pudieran estar interesados en este libro. Creo y espero que, para los especialistas, las ilustraciones no sean una deformación y visión simplista de la realidad; y para los novatos, estas ilustraciones sean el punto medio que les permita comprender el aspecto más importante de la historia de cada capítulo y los lleven al camino del maravillamiento, objetivo último de este libro.
De cualquier manera, asumo las consecuencias de mi ambición. Para un lector ajeno a la biología, este libro puede ser completamente incomprensible, carente de conceptos y definiciones. En el otro extremo, este libro podría ser hasta cierto grado superficial para un amplio conocedor de la biología molecular. Mi pretensión es que al final, este libro llegue a ser leído por quien quiera leerlo sabiendo a qué se expone: a mi deseo de que se contagie por la maravillación.
En la novela Rayuela (1963), Julio Cortázar invita al lector a recorrer sus páginas siguiendo un orden de capítulos propuestos (73, 1, 2, 116, etc.). O, alternativamente, se puede leer de manera secuencial de principio a fin, tal y como aparecen escritos cada uno de ellos. Sin la misma pretensión, los capítulos aquí presentados no siguen un orden estricto. Cada uno de los temas escogidos y presentados en los correspondientes capítulos no siguen una lógica particular. Cuando inicié la concepción de este libro solo me dejé llevar por algunos temas, ejemplos a los que recurrí para llamar la atención de los estudiantes de mis cursos de biología molecular, y con los que lo logré con cierto éxito. Pude constatar que el debate sobre la existencia de los priones, del mecanismo de regulación génica por silenciamiento génico, de la posibilidad de alargar la vida con la telomerasa o de las inmensas posibilidades que se abren con los TAL, despertaban un gran interés en los estudiantes.
De esta forma, el lector podrá leer sin seguir un orden estricto los diferentes capítulos. Asimismo, la selección de los diferentes temas obedeció, como dije, a la búsqueda de ejemplos atractivos (sin duda alguna, existen otros aspectos igualmente sorprendentes inmersos en los procesos moleculares de los seres vivos que podrían extender aún más este libro, muchos de los cuales yo personalmente ignoro). Hubiese querido incluir un capítulo sobre la historia de la transferencia horizontal de genes de la biosíntesis de carotenos de plantas a insectos, como un ejemplo de cómo este mecanismo de transferencia horizontal ha moldeado de forma importante la historia evolutiva de los seres vivos; sin embargo, ha sido poco considerado en la teoría evolutiva. También me hubiese gustado incluir alguno sobre la regulación génica mediada por factores transcripcionales y la lógica combinatorial subyacente a ellos. Los mecanismos de reparación del ADN constituyen otro elemento atractivo que también aporta nuevos elementos al considerar el cambio evolutivo. En fin, sin duda alguna, los seres vivos esconden mecanismos fascinantes que parecieran salidos de la ficción y son insumos importantes para sorprenderse de la naturaleza.
Entonces, que el lector no busque una lógica en la selección de los temas, pues no la hay. Como pudieron ser esos aspectos, hubiesen podido ser otros muchos, igualmente atractivos y cautivantes. Los que aquí se presentan son los que encontré para mí más llamativos y sin duda alguna conozco, ya sea porque de alguna manera se conectan con mi área de estudio, o bien porque me he topado con ellos en alguna lectura o búsqueda bibliográfica. Si mi experticia fuera en el área humana o de microbiología, seguro que podría haber encontrado otros temas tan llamativos como con los que aquí se encontrará el lector.
La segunda parte trata sobre genomas. Es un intento por hacer una lectura un tanto diferente de la descripción genómica que se ha hecho en los últimos años sobre la secuencia de genomas de un creciente número de organismos. La motivación inicial era hacer un libro sobre 1.001 genomas y contar, a la manera de Scheherezada, la historia mágica de un genoma cada noche (cada capítulo). Sin embargo, al poco tiempo de iniciar esta ambiciosa tarea me di cuenta de que caía en una rutina simplemente descriptiva. Al final recuperé la información que ya había recopilado e intenté crear un hilo conductor, el cual uniera —a manera de reflexión— la información que aportaban las secuencias de genomas obtenidos y analizados de manera individual. Una vez más, aquí el lector no debe seguir un orden establecido. Cualquiera de esos capítulos puede ser leído de manera independiente. Tampoco hay una lógica precisa en la selección de los genomas descritos. Los objetivos son los mismos que he definido antes: por un lado, aportar un elemento para maravillar y, por otro, cuestionar una vez más la idea arraigada del mecanismo casi exclusivo de la selección natural, así como el de la presencia/ausencia de genes particulares para explicar la diversidad y evolución de la vida.
Finalmente, y para no aburrir más al lector con alertas y precauciones que lo atemoricen y le impidan emprender la lectura de este libro, quiero solo decir unas cortas palabras sobre el ritmo acelerado con que avanza la ciencia. (Sin embargo, ya he notado que no ocurre solo con la ciencia). Ya hace algunos años (quizás desde la revolución industrial) hemos pasado de un estilo de vida parsimonioso —tal vez menos confortable para algunos—, pero con más tiempo para el ocio y la contemplación (en el sentido positivo del término), a una dinámica de continua actividad, de producción, de estrés. En cierto sentido, la tranquilidad de la vida rural contrasta con la aceleración de las grandes ciudades. No basta con dejarse arrastrar por la velocidad de las escaleras eléctricas, hay que hacerse al lado derecho y dejar que otros avancen más rápido, de modo que ganen así unas pocas centésimas de segundo.
La sociedad impone una mayor y rápida producción a todo nivel. No solo es el caso de la ciencia, también ocurre con el fútbol. Por ejemplo, un director técnico se reemplaza si al cabo de unos cuantos partidos no logra las victorias deseadas. La presión que ejerce la sociedad, y la comunidad científica misma sobre la producción de conocimiento es extraordinaria. No es por ello de extrañar la acumulación de saber científico que se ha alcanzado en los últimos años. Solo tengamos en cuenta que la determinación de la estructura tridimensional del ADN, y con ella el modelo de flujo de información, se logró a finales de los años cincuenta del siglo pasado. De esta forma, en tan relativo poco tiempo, es mucho lo que hemos aprendido sobre los mecanismos y procesos moleculares, y esto ha permitido revelar aspectos impresionantes de la vida. Al ritmo que va la ciencia, muy seguramente en pocos años —si no meses— muchos de los descubrimientos descritos en este libro considerados como recientes, pasarán a formar parte de la historia científica. No importa, si bien me he esforzado por presentar la información más actualizada en cada tema, soy consciente de que posiblemente habrá escapado de mi búsqueda bibliográfica algún artículo reciente. Igual, durante el proceso de escritura de este libro —que ha tardado casi cuatro años—, nuevos descubrimientos habrán ocurrido que tengan relación con la elaboración de los primeros capítulos. Me disculpo de ante mano ante los exigentes revisores bibliográficos. Pero una vez más, insisto, al ritmo que avanza la ciencia es imposible estar al día en muchos de los aspectos que ella abarca. Antes que buscar una revisión actualizada de cada tópico, he pretendido describir lo maravilloso de ese proceso o mecanismo molecular, y aportar un pequeño elemento de reflexión sobre su efecto en el cambio evolutivo.
Además del gran poder atractivo que despierta el continuo y acelerado conocimiento científico, es necesario reconocer que estos desarrollos generan al final un mayor número de interrogantes que motivan a mentes creativas a diseñar experimentos elegantes y atrevidos, hipótesis nuevas y teorías alternativas. En este sentido, aparece un propósito adicional de este libro: resaltar el desarrollo del conocimiento y cómo este abre nuevas puertas, pone en tela de juicio preceptos arraigados en la comunidad científica, aporta nuevos elementos e ideas que podrán ser incorporadas en modelos atractivos y teorías novedosas que permitan comprender, de una mejor manera y de una forma diferente, el modo en que se ha construido y edificado la vida. Estoy convencido de que esto solo lo lograrán quienes con pasión por la ciencia encuentren el tiempo para la reflexión, la contemplación y el cuestionamiento.
Este libro es, entonces, una invitación a la reflexión, a la imaginación y al maravillamiento.
En la mayoría de los organismos eucariotas el milagro de la vida comienza con la unión de dos gametos: la fecundación del óvulo por un espermatozoide. La complexión atlética y el azar determinarán cuál de entre los miles, de los millones de espermatozoides alcanzará aquel óvulo dispuesto para iniciar una nueva vida. Una vez se ha producido tal contingencia, la información contenida en ese óvulo fecundado, bajo la forma de material genético, determinará no solo todas las características de ese nuevo ser como especie, sino también sus particularidades como individuo. El sorprendente programa de desarrollo embrionario de animales y plantas comienza a ponerse en ejecución. Un complejo arreglo de señales dictamina la progresiva y acelerada división celular, la cual debe estar acompañada, sí o sí, de la replicación del material informativo, el cual es transmitido a cada nueva célula hija. Apresurado como está en duplicarse, al ADN no le da tiempo para su propia expresión. Cuando ya se ha llegado a un número determinado de células, tiene lugar el fascinante proceso de diferenciación celular. Todas las células portan la misma información, pero selectivamente unas y otras comenzarán a producir moléculas de ácido ribonucleico (ARN) diferentes, muchas de las cuales servirán como moldes para producir proteínas, otras jugarán el papel de interruptores génicos, y otras esconderán su función por algunos años más.
Cada grupo de células estará en capacidad de comunicarse con sus vecinas y, de acuerdo con su entorno social, continuará expresando y reprimiendo conjuntos definidos de genes, o tal vez se verá obligada a cambiar su perfil de expresión génica con el fin de diferenciarse en algo más. Posteriormente, grupos de células seguirán patrones específicos que, por mecanismos bastante complejos y poco comprendidos, determinarán la forma de ese incipiente ser. De manera reduccionista y simplista, la información que determina la forma está cifrada en la molécula de ADN y en las órdenes que ella dictamina para producir las proteínas adecuadas en las células y el lugar definido.
La frustración de encontrar como tal genes de la forma, parece indicarnos que la información que determina la forma puede encontrarse en algo más que en la molécula de ADN. No considero que los genes master,Hox,