Contar en el árbol de la vida

Un pulpo puede contar; algunas aves pueden contar; nosotros podemos contar; ¿pero es posible que nuestro ADN también pueda contar? ¿Puede estar relacionada esa capacidad con el origen de la vida en la tierra? Los estudios que he llevado a cabo recientemente con Diego L. González (Instituto de Microelectrónica y Microsistemas, Consejo Nacional Italiano de Investigaciones) y Rodolfo Rosa (Departamento de Estadística, Universidad de Bolonia) muestran que esta pregunta, aparentemente inocente, puede provocar un avance significativo en nuestro conocimiento de cómo la vida administra la información genética.

Para explicarlo brevemente, esa labor consiste fundamentalmente en tres pasos: 1) replicación: la molécula de ADN (en la que se almacena toda nuestra información genética, como el disco duro de un ordenador) se duplica justo antes de la división celular; 2) transcripción: se copia una hebra de la doble hélice de ADN para formar ARN, con una sola hebra; 3) traducción: el ARNm (ARN mensajero) se traduce a proteínas. Este último paso se lleva a cabo utilizando la tabla de traducción conocida como código genético. De esta forma, cada codón, un trozo de ARN formado por tres bases consecutivas, se traduce a uno de los 20 aminoácidos que constituyen los componentes de las proteínas. Hay cuatro bases de ese tipo en el ARN: uracilo, citosina, adenina y guanina (U, C, A, G).

Al llegar aquí, podemos dar una primera respuesta a nuestra pregunta. La replicación del ADN se ejecuta base a base. Además, en la fase de transcripción, cuando se produce un error, la maquinaria se detiene y retrocede cinco bases. Y la traducción a proteínas implica contar las bases exactamente en múltiplos de tres. Por tanto, esta compleja maquinaria genética exige una capacidad de contar intrínseca. Asimismo, como muestran los estudios, el código genético también está muy unido al hecho de contar. De hecho, contar constituye la base de los sistemas de numeración y, por consiguiente, de las matemáticas. Para representar números enteros, los sistemas de numeración habituales adoptan las potencias de una base, como 10 en nuestro sitema decimal normal o 2 en el sistema binario que utilizan principalmente los ordenadores. Pero estos sistemas de numeración son unívocos, es decir, cada número entero no tiene más que una representación. Por el contrario, el código genético es redundante (no unívoco). En concreto, un aminoácido específico puede representarse mediante más de un codón y, por tanto, los sistemas de numeración habituales tienen escasa importancia para estudiar el código genético.

Por suerte, existen sistemas de numeración que no son unívocos. Un ejemplo destacado es el sistema de numeración de Fibonacci. En el sistema de Fibonacci, las potencias de dos del sistema binario (1, 2, 4, 8, 16, ...), se sustituyen por los conocidos números de Fibonacci (1, 1, 2, 3, 5, 8, ...). El sorprendente resultado es que una modificación del sistema de Fibonacci nos permite describir con términos matemáticos el código genético, incluidas muchas de sus simetrías. Dicha descripción revela la existencia de un lenguaje oculto basado en la redundancia e insertado en las secuencias de ADN.

Estas conclusiones teóricas se confirman con los métodos estadísticos avanzados aplicados a los datos reales. En sentido metafórico, es como si la vida utilizara sistemas de numeración redundante para contar. ¿Pero cuál sería la ventaja biológica de esa capacidad aritmética? Los estudios sugieren que a partir de aquí sería posible implantar un método de detección y corrección de errores. De hecho, el principal problema a la hora de gestionar la información binaria es el de evitar la propagación de errores que inevitablemente se producen en los canales de transmisión. Por ejemplo, cuando reproducimos un CD, se activan técnicas de detección y corrección para remediar errores que en caso contrario degradarían la información grabada. Para ello, se hace redundante la información binaria contenida en el CD y se codifica de tal forma que, al descodificarla, los errores sean los mínimos.

Las investigaciones realizadas indican que la integridad de la información genética se protege mediante mecanismos análogos. La Teoría de la Información demuestra que, sin ellos, sería imposible encontrar en los organismos actuales genes antiguos que se originaron hace miles de millones de años en las primeras formas de vida.

Comprender cómo se organiza y se procesa la información genética puede contribuir enormemente al desarrollo de técnicas como las terapias genéticas para enfermedades graves y la creación de organismos transgénicos seguros y plenamente controlables. La principal dificultad para alcanzar estos objetivos está relacionada con nuestra ignorancia relativa sobre el verdadero lenguaje en el que está escrito el libro de la vida. No podemos corregir ni modificar un libro de filosofía en chino si sólo sabemos de filosofía; necesitamos conocer el significado de los ideogramas chinos. Estos estudios ayudan a comprender la estructura de la información genética desde una nueva perspectiva y suscitan interrogantes fundamentales sobre el problema candente del origen y la evolución de la vida.

Simone Giannerini es de la Universidad de Bolonia, institución miembro de la plataforma para promover el talento y difundir las ideas más innovadoras Atomium Culture