La próxima revolución en la biología (NOTA)

El marco emergente de los microbios como grupos intercambiadores de genes, demandan una revisión de conceptos tales como organismo, especie y la evolución misma.

Por Nigel Goldenfeld y Carl Woese

Uno de los arquetipos fundamentales del descubrimiento científico es la revolución del pensamiento que acompaña los nuevos conjuntos de datos. La astronomía basada en los satélites, durante la pasada década, tiró por la borda nuestras más preciadas ideas de la cosmología, especialmente las relacionadas con el tamaño, la dinámica y la composición del universo.

De la misma manera, la convergencia de ideas teóricas frescas en evolución y la llegada de avalanchas de datos de la genómica, alterará profundamente nuestro entendimiento de la biosfera, y probablemente conducirá a revisión conceptos tales como organismo, especie y evolución.
Aquí explicamos porqué anticipamos tan dramática transformación y porqué creemos que el reduccionismo molecular que dominó la biología del siglo XX será superada por una aproximación interdisciplinaria que abarque los fenómenos colectivos.
El lugar para empezar es la transferencia horizontal de genes (THG), la transferencia no genealógica de material genético de un organismo a otro, como de una bacteria a otra o de un virus a una bacteria. Entre microbios la THG es persistente y poderosa, por ejemplo, acelerando la expansión de la resistencia antibiótica. Debido al THG, no es una buena manera de estudio el considerar a los microbios como organismos dominados por características individuales. De hecho, sus comunicaciones por canales genéticos o mediante “moléculas señal” (quorum-sensing) indican que el comportamiento microbiano debe entenderse como predominantemente cooperativo.
En estado silvestre, los microbios forman comunidades, invaden nichos bioquímicos y toman parte en ciclos biogeoquímicos. Los estudios disponibles indican que los microbios absorben y descartan genes, según sea necesario, en respuesta a sus ambientes. En vez de genomas discretos vemos un continuum de posibilidades genómicas que provoca dudas sobre la validez del concepto de ‘especie’ cuando se extiende al reino microbiano
La inutilidad del concepto de especie está inherente en las recientes incursiones en la meta-genómica –el estudio de genomas encontrados de ejemplos naturales en contraposición a las culturas clonales. Por ejemplo, estudios de la distribución espacial de genes rhodopsin en microbios marinos, sugieren que tales genes son “cosmopolitas”, moviéndose en bacterias (o arqueas) de acuerdo con las presiones que dicta el ambiente.
Igualmente excitante es el darse cuenta que los virus tienen una función fundamental en la biosfera tanto a corto como a largo plazo en el sentido evolutivo. Trabajos recientes sugieren que los virus son un importante receptáculo y memoria de la información genética de una comunidad, contribuyendo a la estabilidad y a la dinámica evolutiva de los sistemas. Esto significa, por ejemplo, que por inducción de profagos, virus latentes en las células puedan llegar a activarse por influencias ambientales. La consecuente destrucción de la célula y la replicación viral es un potente mecanismo para la dispersión de los genes huéspedes y virales.
Está llegando a ser claro que los microorganismos tienen una notable habilidad para reconstruir sus genomas frente a un destructivo estrés ambiental y en algunos casos sus interacciones colectivas con virus pueden ser cruciales para ello. En tal situación ¿cuán válido es el concepto de un organismo aislado? Parece que existe un continuo flujo de energía y transferencia de información del genoma a través de las células, la comunidad, la virosfera y el ambiente. Llegamos tan lejos como sugerir que una característica representativa de la vida es la fuerte dependencia de flujos desde el ambiente, sean estos flujos de energía, químicos, metabolitos o genes. No menos importantes son la implicaciones del fenómeno colectivo, mediados por el THG, tan penetrante e importante como en la evolución. Un científico de la computación podría comparar el aparato traductor de las células (usado para convertir la información genética en proteínas) en un ‘sistema operativo’ mediante el cual toda innovación es comunicada y realizada. La función fundamental de la traducción, representada en particular por el código genético, está mostrada por la organización del código claramente documentada. Ésta función especial en toda forma de vida conduce a la sorprendente hipótesis de que la vida primitiva se desarrolló de manera lamarckiana, con la descendencia vertical marginada por la más poderosa y temprana forma de THG.
El refinarse a través de compartir horizontalmente las innovaciones genéticas, podría haber motivado una explosión de novedad genética, hasta el nivel de complejidad requerido a una transición a la actual era de evolución vertical. Entonces, nosotros contemplamos como deplorable la liga convencional del nombre de Darwin con la evolución, porque otras modalidades deben ser también consideradas.
Es una extraordinaria época para la biología, porque la perspectiva que hemos indicado la coloca dentro de un contexto que necesariamente debe emplear otras disciplinas más fuertemente concientes del fenómeno colectivo.
Las interrogantes propuestas por la energía genética, la información y el flujo de genes a los cuales hemos aludido probablemente requieran solución desde la mecánica estadística y la teoría de sistemas dinámicos. Con el tiempo, método de modelar post-hoc será reemplazado por una interacción entre predicciones cuantitativas y pruebas experimentales, actualmente más características de las ciencias físicas.

(NOTA) Fragmento del artículo Biology’s Next Revolution publicado en la revista Nature, No, 445-369-2007
(al texto)