La radio de Darwin

He intentado, en la medida de lo posible, que la ciencia de esta novela sea precisa y las especulaciones plausibles. Sin embargo, la revolución actual en biología está muy lejos de haber terminado y es muy probable que muchas de estas especulaciones resulten erróneas.

Mientras investigaba y hablaba con científicos por todo el mundo, llegué a la firme convicción de que la biología evolutiva está a punto de sufrir un cambio radical. No en las próximas décadas, sino en los próximos años.

Incluso mientras termino las revisiones, se publican en las revistas científicas artículos que apoyan ciertos detalles especulativos. Parece que las moscas de la fruta pueden adaptarse en sólo unas pocas generaciones a grandes cambios climáticos. Sigue siendo controvertido lo que eso podría implicar. El más reciente, en el número de diciembre-enero 1998-1999 de New Scientist, señala la contribución que los retrovirus endógenos humanos podrían aportar al desarrollo del VIH, el virus del sida; Eric Towler, de la Science Applications Internacional Corporation, dice poseer pruebas de que «las enzimas HERV-K podrían ayudar al VIH a evitar medicamentos potentes». Eso es similar al mecanismo de intercambio de herramientas genéticas que tanto asusta a Mark Augustine.

El misterio, a medida que se desvele, será totalmente fascinante; realmente estamos a punto de descubrir los secretos de la vida.

Breve introducción a la biología

Los humanos somos metazoos, es decir, estamos compuestos por muchas células. En la mayoría de nuestras células hay un núcleo que contiene el «esquema» para todo el individuo. Ése esquema se almacena en ADN (ácido desoxirribonucleico); el ADN y sus complementos de proteínas asistentes y orgánulos conforman el ordenador molecular que contiene la memoria necesaria para construir un organismo individual.

Las proteínas son maquinarias moleculares que pueden realizar funciones increíblemente complejas. Son los agentes de la vida; el ADN es la plantilla que guía la fabricación de esos agentes.

El ADN en las células eucariotas está dispuesto en dos hebras entrelazadas —la «doble hélice»— y empaquetado firmemente en una estructura compleja llamada cromatina, que se distribuye en cromosomas dentro del núcleo celular. Con algunas excepciones, como los glóbulos rojos de la sangre y algunas células inmunitarias especializadas, el ADN de cada célula del cuerpo está completo y es idéntico. Los investigadores estiman que el genoma —todo el conjunto de las instrucciones genéticas— humano está compuesto por un número de genes que oscila entre sesenta mil y cien mil.[1] Los genes son características heredables; a menudo se ha definido un gen como un segmento de ADN que contiene el código para una proteína o proteínas. Ese código puede transcribirse para dar lugar a una hebra de ARN (ácido ribonucleico); a continuación, los ribosomas emplean el ARN para traducir las instrucciones originales del ADN y sintetizar proteínas. (Algunos genes realizan otras funciones, como fabricar los constituyentes de ARN de los ribosomas.)

Muchos científicos creen que el ARN fue la molécula codificadora de la vida original, y que el ADN es una elaboración posterior.

Aunque la mayor parte de las células de un individuo contienen un ADN idéntico, a medida que la persona crece y se desarrolla, ese ADN se expresa en formas diferentes dentro de cada célula. Es así como diferentes células embrionarias dan lugar a tejidos diferentes.

Cuando el ADN se transcribe en ARN, muchas secciones de nucleótidos que no codifican proteínas, llamadas intrones, se eliminan de los segmentos de ARN. Los segmentos que quedan se empalman entre sí; codifican proteínas y se llaman exones. En un fragmento de ARN recién transcrito, esos exones pueden empalmarse de formas diferentes para producir proteínas diferentes. Por tanto, un único gen puede producir proteínas diferentes en momentos diferentes.

Las bacterias son pequeños organismos unicelulares. Su ADN no se almacena en un núcleo sino que está disperso por el interior de la célula. Su genoma no contiene intrones, sólo exones, lo que las convierten en criaturas muy lisas y compactas. Las bacterias pueden comportarse como organismos sociales; variedades diferentes cooperan y compiten entre sí para encontrar y usar recursos en su ambiente. En la naturaleza, las bacterias frecuentemente se reúnen para crear «ciudades» de biofilm; puede que conozca esas ciudades por la sustancia que aparece sobre las verduras en la nevera. Los biofilms también pueden existir en sus intestinos, sus tractos urinarios y en sus dientes, donde en ocasiones causan problemas, y ecologías especializadas de bacterias protegen su piel, su boca y otras áreas de su cuerpo. Las bacterias son extremadamente importantes, y aunque algunas producen enfermedades, muchas otras son necesarias para nuestra existencia. Algunos biólogos creen que las bacterias son la raíz de todas las formas de vida y que las células eucariotas —nuestras propias células, por ejemplo— derivan de antiguas colonias de bacterias. En ese sentido, podríamos ser simplemente naves espaciales para bacterias.

Las bacterias intercambian pequeños bucles circulares de ADN llamados plásmidos. Los plásmidos complementan el genoma bacteriano y les permiten responder con rapidez a amenazas externas, como los antibióticos. Los plásmidos forman una biblioteca universal que bacterias de diferentes tipos pueden usar para vivir de forma más eficiente.

Las bacterias y casi todos los organismos pueden sufrir ataques de virus. Los virus son pequeños fragmentos, generalmente encapsulados, de ADN o ARN que no pueden reproducirse por sí mismos. En lugar de eso, secuestran la maquinaria reproductiva celular para fabricar nuevos virus. En las bacterias, los virus se llaman bacteriófagos («devoradores de bacterias») o simplemente fagos. Muchos fagos transportan material genético entre anfitriones bacterianos, como también hacen algunos virus en animales y plantas.

Es posible que los virus se originasen a partir de segmentos de ADN que pueden desplazarse en el interior de las células, tanto dentro de un cromosoma como entre cromosomas. Los virus son, en esencia, segmentos errantes de material genético que han aprendido a «vestirse con un traje espacial» y abandonar la célula.

Breve glosario de términos científicos

ADN: ácido desoxirribonucleico, la famosa molécula de la doble hélice que codifica las proteínas y otros elementos que ayudan a construir el fenotipo o estructura corporal de un organismo.

Aminoácidos: elementos que conforman las proteínas. La mayoría de los seres vivos sólo utiliza veinte aminoácidos.

Antibióticos: gran grupo de sustancias, fabricadas por muchos tipos diferentes de organismos, que pueden matar bacterias. Los antibióticos no afectan a los virus.

Anticuerpo: molécula que se une a un antígeno, lo inactiva y atrae otras defensas hacia el intruso.

Antígeno: sustancia extraña o parte de un organismo que provoca la creación de anticuerpos como parte de una respuesta inmunitaria.

ARN: ácido ribonucleico. Copia intermedia complementaria del ADN; el ARN mensajero o ARNm se emplea en los ribosomas como plantilla para construir proteínas.

Bacterias: procariotas, pequeñas células vivas cuyo material genético no está encerrado en un núcleo. Las bacterias realizan muchas tareas importantes en la naturaleza y son la base de todas las cadenas alimenticias.

Bacteriocina: una de las múltiples sustancias creadas por las bacterias, que puede matar a otras bacterias.

Bacteriófago: ver fago.

Cromagnon: antigua variedad de los humanos actuales, Homo sapiens sapiens, llamada así por la región de Cro-Magnon en Francia. Homo es el género, sapiens la especie y sapiens la subespecie.

Cromosoma: organización de ADN muy empaquetado y enrollado. Las células diploides, tales como las células del cuerpo en los humanos, contienen dos conjuntos de veintitrés cromosomas; las células haploides como los gametos —espermatozoides u óvulos— sólo contienen un conjunto de cromosomas.

Cromosomas sexuales: en los humanos, los cromosomas X e Y. Dos cromosomas X producen una mujer; X e Y dan un varón. Otras especies tienen cromosomas sexuales diferentes.

Elemento móvil: segmento móvil del ADN. Los transposones pueden moverse o hacer que su ADN se copie de un sitio a otro en una porción de ADN empleando ADN polimerasa. Los retrotransposones contienen su propia transcriptasa inversa, lo que les concede cierta autonomía en el genoma. Barbara McClintock y otros han demostrado que los elementos móviles pueden generar variedad en las plantas; pero algunos creen que se trata, la mayor parte de las veces, de los llamado «genes egoístas» que se duplican sin ser útiles al organismo. Otros creen que los elementos móviles del ADN contribuyen a la variabilidad en todos los genomas, y que quizás incluso ayuden a regular la evolución.

ERV o retrovirus endógeno: virus que inserta su material genético en el ADN de un anfitrión. El provirus integrado permanece en letargo durante un tiempo. Los ERV pueden ser muy antiguos y fragmentarios e incapaces ya de producir virus infecciosos.

Exón: región del ADN que codifica una proteína o ARN.

Fago: virus que usa a una bacteria como anfitrión. Muchos tipos de fagos matan a sus anfitriones casi inmediatamente y pueden usarse como agentes antibacterianos. Muchas bacterias tienen al menos un fago específico, y en ocasiones muchos. Los fagos y las bacterias siempre compiten por superarse unos a los otros, hablando desde un punto de vista evolutivo (ver Fago lisogénico).

Muchas de las bacterias que producen graves enfermedades en los seres humanos, como el cólera, pueden aumentar su toxicidad por la transferencia de material genético por medio de fagos lisogénicos. Se entiende, por tanto, que tales fagos son peligrosos en su forma natural e inútiles para controlar patógenos bacterianos.

Fago lisogénico: un fago que se une a una cápsula bacteriana e inserta su material genético en el anfitrión bacteriano, donde procede a formar un bucle circular, se integra en el ADN del anfitrión y permanece inerte durante un tiempo. Durante esta fase, la bacteria anfitrión reproduce el profago o genoma integrado del fago junto con el suyo. El daño o «estrés» en la bacteria anfitrión puede dar como resultado la transcripción de los genes del fago, que a continuación replica nuevos fagos, liberándolos por lisis o apertura del anfitrión. Durante esta fase, se les llama fagos líticos. Los fagos lisogénicos/líticos pueden también transcribir y portar los genes del anfitrión, junto con los suyos, de una bacteria a otra.

Fenotipo: la estructura física de un organismo o un grupo distintivo de organismos. El genotipo expresado y desarrollado dentro de un ambiente determina el fenotipo.

Gameto: célula sexual, como un óvulo o un espermatozoide, capaz de unirse al gameto opuesto —óvulo más espermatozoide— para producir un zigoto.

Gen: la definición de gen está cambiando. Un texto reciente define un gen como «un segmento de ADN o ARN que realiza una función específica». Para ser más exactos, un gen puede considerarse como un segmento de ADN que codifica algún producto molecular, muy a menudo una proteína. Además de los nucleótidos que codifican la proteína, el gen también consiste en segmentos que determinan qué cantidad y qué tipo de proteína se expresa, y cuándo. Los genes pueden producir combinaciones diferentes de proteínas bajo diferentes estímulos. En un sentido muy real, un gen es una diminuta fábrica y ordenador dentro de una fábrica-ordenador mucho mayor, el genoma.

Genoma: la suma total de material genético de un organismo individual.

Genotipo: el carácter genético de un organismo o grupo distintivo de organismos.

HERV o retrovirus endógenos humanos: dentro de nuestro material genético quedan los restos de antiguas infecciones de retrovirus. Algunos investigadores estiman que hasta un tercio de la suma total de nuestro material genético podría consistir en viejos retrovirus. No se conoce ningún ejemplo en que esos antiguos genes víricos hayan producido partículas infecciosas (viriones) que puedan trasladarse de célula a célula, ya sea por transmisión lateral u horizontal. Sin embargo, muchos HERV producen partículas similares a los virus dentro de la célula, y todavía no se sabe si esas partículas tienen alguna función o causan problemas. Todos los HERV son parte de nuestro genoma y se transmiten verticalmente cuando nos reproducimos, de padres a hijos. La infección de los gametos por retrovirus es la mejor explicación hasta ahora para la presencia de HERV en nuestro genoma. (Los ERV, retrovirus endógenos, se encuentran también en muchos otros organismos.)

Homosoma: el complemento total de material genético utilizable tanto en el interior como en el exterior de la célula u organismo. Las bacterias intercambian bucles circulares de ADN llamados plásmidos y puede que algunos genes los transporten los fagos lisogénicos; ese conjunto total de material genético constituye el homosoma bacteriano.

Humano moderno: Homo sapiens sapiens. Género Homo, especie sapiens, subespecie sapiens.

Intrón: regiones del ADN que generalmente no codifican proteínas. En la mayoría de las células eucariotas, los genes están formados por una combinación de extrones e intrones. Los intrones son eliminados del ARN mensajero (ARNm) transcrito antes de ser procesado por los ribosomas; los ribosomas utilizan el código contenido en secciones de ARNm para ensamblar proteínas específicas a partir de aminoácidos. Las bacterias no poseen intrones.

Marcador: una disposición distintiva o única de bases o un gen distintivo o único dentro de un cromosoma.

Mutación: alteración de un gen o segmento de ADN. Puede ser accidental, improductiva o incluso peligrosa; puede también ser beneficiosa, llevando a la producción de una proteína más eficiente. Las mutaciones pueden producir variaciones en el fenotipo o estructura física del organismo. Las mutaciones al azar normalmente son neutrales o dañinas para el organismo.

Neandertal: Homo sapiens neandertalensis. Posible antepasado de los humanos. Los antropólogos y genetistas modernos están enzarzados en un debate sobre si los neandertales son antepasados nuestros, basándose en el ADN mitocondrial extraído de viejos huesos. Es más que probable que las pruebas sean confusas, simplemente porque todavía no sabemos cómo se separan y desarrollan las subespecies.

Patógeno: organismo que produce una enfermedad. Hay muchas variedades de patógenos: virus, bacterias, hongos, protistas (antes conocidas como protozoos) y metazoos como los nemátodos.

Proteína: los genes a menudo codifican proteínas que ayudan a formar y regular los organismos. Las proteínas son máquinas moleculares formadas por cadenas de veinte aminoácidos diferentes. Las proteínas pueden enlazarse entre sí o aglomerarse. Los colágenos, las enzimas, muchas hormonas, la queratina, y los anticuerpos son algunos ejemplos de proteínas.

Provirus: el código genético de un virus mientras está contenido en el ADN de un anfitrión.

Respuesta inmune (inmunidad, inmunización): la estimulación y puesta en marcha de las células defensivas en un organismo para repeler y destruir patógenos, organismos productores de enfermedades como los virus o bacterias. La respuesta inmune puede también identificar como extrañas células no patógenas, ajenas al conjunto normal de tejidos del cuerpo; los órganos transplantados producen una repuesta inmune y pueden ser rechazados.

Retrotransposón, retroposón, retrogén: ver Elementos móviles.

Retrovirus: un virus basado en el ARN que inserta su código en el ADN de un anfitrión para replicarse más tarde. La replicación puede retrasarse durante años. El sida y otras enfermedades están producidas por retrovirus.

Secuenciación: determinar la secuencia de moléculas en un polímero, como una proteína o ácido nucleico; en genética, descubrir la secuencia de bases de un gen o fragmento de ADN o ARN, o del genoma completo. En unos años, comprenderemos al completo la secuencia del genoma humano.

SHEVA (HERV-DL3, SHERVA-DL3): un retrovirus endógeno humano ficticio que puede formar una partícula infecciosa vírica, o virión; un HERV infeccioso. No se conoce todavía un HERV semejante.

Transposón: ver Elementos móviles.

Trisomía, trisomal: tener una copia extra de un cromosoma en una célula diploide. En los humanos, tener tres copias del cromosoma 21 produce el síndrome de Down.

Vacuna: sustancia que produce una respuesta inmune a un organismo que produce una enfermedad.

Virion: partícula vírica infecciosa.

Virus: partícula que no está viva pero sí es orgánicamente activa, capaz de entrar en una célula y controlar la capacidad reproductiva de ésta para producir más virus. Los virus están formados por ADN o ARN, normalmente rodeado de una cubierta proteínica, o cápside. Esta cápside a su vez puede estar rodeada por una envoltura. Hay cientos de miles de virus conocidos, y potencialmente millones de ellos todavía no descritos.

Zigoto: la combinación de dos gametos; un óvulo fertilizado.

Agradecimientos

Un agradecimiento especial al doctor Mark E. Minie, por presentarme a la Puget Sound Biotech Society y a muchos de sus miembros. Uno de mis primeros contactos fue la doctora Elizabeth Kutter del departamento de biología de Evergreen State College en Olympia, Washington. Me ayudó con los detalles relativos a su especialidad, bacteriófagos, así como en muchos aspectos relativos a su lugar preferido en la Tierra, la República de Georgia. Sus asistentes, Mark Alan Mueller y Elizabeth Thomas, me animaron e hicieron críticas constructivas. ¡Nuestras discusiones fueron tanto formativas como informativas!

Mark E. Minie también me presentó al doctor Dennis Schwartz, cuyos trabajos sobre la química temprana de la vida podrían ser revolucionarios. Muchos otros científicos y amigos han leído y criticado el libro, y algunos me mostraron sus instalaciones. El doctor Dominic Esposito, del Instituto Nacional de Salud, me guió alrededor del campus del INS y anotó copiosamente un primer borrador. Sus amigos, la doctora Melanie Simpson y el doctor Martin Kevorkian, también ayudaron sustancialmente.

El doctor Benoti Leblanc, que trabaja con el doctor David Clark en el INS, en el Laboratorio de Biología Celular y de Desarrollo realizó una excelente lectura crítica y corrigió muchos errores del texto.

El doctor Brian W. J. Mahy, director de la División Vírica y de Enfermedades de Rickettsia del Centro para el Control y Prevención de Enfermedades, tuvo la amabilidad de reunirse conmigo y compartir algunas de sus ideas sobre los virus y sus posibles contribuciones a la evolución. También realizó una crítica de un borrador posterior del libro. Barbara Reynolds, de la Oficina de Información Pública del CCE me ayudó a organizar una visita por las instalaciones del 1600 de Clifton Road.

El doctor Joe Miller, del Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Tejas, leyó el libro en un primer borrador y me ofreció detalles sobre la química de las hormonas humanas y los receptores vomeronasales.

Julian Davies, profesor emérito de la Universidad de British Columbia, aceptó amablemente repasar el borrador final.

Katie y Charlie Potter me ofrecieron sabios consejos sobre montañismo, su historia y sus términos.

Incluso con la ayuda de todos esos excelentes lectores, sin duda quedan errores. Tales errores son míos, no suyos. Además, a cada paso del camino, esos científicos han expresado tanto apoyo como dudas sobre mis ideas, y en ocasiones dudas muy serias. Su ayuda no implica que estén de acuerdo con alguna o todas las ideas de La radio de Darwin.