La estructura molecular de la Teoría de la Evolución

Torrentes de tinta y electrones han fluido este año con motivo del segundo centenario del nacimiento de Charles Robert Darwin (1809-1882), así como del 150 aniversario de la publicación de su libro más influyente en el pensamiento occidental On the Origin of Species by Means of Natural Selection, mundialmente conocido como la Teoría de la Evolución. Los conceptos propuestos por Darwin siguen siendo documentados, revisados y afinados a todos los niveles: poblaciones, organismos, componentes moleculares de éstos y los átomos que constituyen estas moléculas integrantes. La teoría de la evolución continúa evolucionando.

Darwin fue un hombre tranquilo y cauteloso. Se ha dicho que fue un conservador de la época victoriana con una idea revolucionaria. Su apacible existencia se trastornó cuando recibió una carta del naturalista Alfred Russell Wallace (1823-1913) desde el otro confín del mundo (las islas Molucas). En la carta había un resumen casi perfecto de las ideas que Darwin había estado incubando durante varios años. Los organismos se adaptan al medio debido a un proceso de descendencia modificada y selección natural.

Sus elementos fundamentales se pueden expresar en cinco puntos. Primero: variación entre los distintos individuos de una población de organismos; no todos son iguales. Segundo: la herencia hace que los descendientes se parezcan más a sus progenitores que a otros; ciertos caracteres se transmiten de generación en generación. Tercero: a partir de las variaciones existentes, hay una selección natural por aquellos individuos que pueden sobrevivir mejor en un medio ambiente determinado. Cuarto: estos procesos operan de una forma continua y lenta a lo largo de periodos de tiempo muy largos. Quinto: como resultado de estos procesos acumulados en el tiempo, resulta una adaptación de los organismos al medio en que viven.Estos procesos pueden explicar la aparición de nuevas especies sin tener que invocar ninguna fuerza divina.

Una comunicación conjunta de Darwin y Wallace se leyó en la reunión de la Lynnean Society en julio de 1858. El impacto de esta comunicación fue nulo. Un año más tarde se publicó la obra de Darwin documentando exhaustivamente los distintos estadios del mecanismo evolutivo propuesto y la idea incendió el mundo científico e intelectual.

A pesar de toda su fuerza, las ideas de Darwin y Wallace fueron propuestas cuando los mecanismos de muchos de los elementos del proceso propuesto eran desconocidos. Por ejemplo, los elementos básicos de los mecanismos de la herencia publicados por el monje Gregorio Mendel en 1866 no fueron discutidos en ninguna de las subsecuentes ediciones del libro de Darwin, la sexta y última en 1872. El poder de la selección natural en la creación de nuevas formas y funciones fue criticada por otros pensadores, notablemente por St. George Mivart en el libro titulado On the Genesis of Species (1871). La investigación del sustrato conceptual y de las implicaciones de la teoría de selección natural propuesta por Darwin ha continuado durante los últimos 150 años. ¿Cómo han evolucionado los conceptos de la teoría de la evolución?

Un voluminoso (1.500 páginas) y elocuente resumen fue publicado por el famoso paleontólogo de Harvard Stephen Jay Gould, justo antes de su muerte, titulado The Structure of Evolutionary Theory (Harvard University Press, 2002). Varias ramas de la biología han aclarado los conceptos básicos propuestos por Darwin y Wallace en 1858. Entre ellas cabe destacar los descubrimientos en genética, biología del desarrollo, biología molecular y biología molecular estructural. Las tres primeras especialidades de la biología han ayudado a comprender mejor los elementos básicos de la teoría: orígenes de las variaciones, mecanismos moleculares de mutación y herencia, y el papel de las fuerzas selectivas.

¿Qué ha aportado la biología molecular estructural, es decir, la rama de la biología que pretende explicar todos los procesos biológicos por mecanismos atómico-moleculares? Los iconos de la biología estructural son las estructuras atómicas de los componentes moleculares que hacen posible los procesos biológicos, empezando con la estructura del ADN (Franklin, Watson, Crick, 1953) que da soporte atómico y transmite los caracteres hereditarios con su doble hélice, y terminando con los miles de estructuras macromoleculares depositadas en los bancos de datos (Protein Data Bank , unas 61.800 estructuras). ¿Qué queda por descubrir?

Una discusión detallada de este tema ha sido publicada recientemente en las revistas especializadas (Abad-Zapatero, C. 2009, Acta Crystallographica, D65, 1341-1349 ) pero la respuesta se puede resumir en unas pocas líneas. Los cristalógrafos de macromoléculas determinan la estructura atómica tridimensional de las moléculas integrantes de los organismos (desde las bacterias al hombre). Sin embargo, en la mayoría de los casos, la complejidad de la estructura atómica que obtienen hace difícil la interpretación y explicación causal de cómo la estructura atómica obtenida se traduce en una ventaja evolutiva a nivel del organismo.

La estructura molecular de la teoría de la evolución, es decir, el papel que las propiedades físico-químicas de las moléculas juegan en los procesos de evolución de los organismos de los que forman parte, está todavía por escribirse en la primera década del siglo XXI. Hay todavía muchas sendas abiertas (y por abrir) para las generaciones futuras.

Cele Abad-Zapatero es profesor adjunto en el Center for Pharmaceutical Biotechnology en UIC (USA) y el autor de Crystals and Life: A Personal Journey (IUL 2002).