Una empresa de IA genera en el laboratorio 500 millones de a?os de evoluci¨®n hasta dar con una prote¨ªna fluorescente artificial

Los cient¨ªficos se preguntan si la evoluci¨®n podr¨ªa haber transcurrido por otro camino diferente. Por ejemplo, si era inevitable que surgiese el ser humano, o si somos el producto de una serie de carambolas naturales que podr¨ªa no haber sucedido, dando como resultado un mundo alternativo. No hay una respuesta definitiva, pero hoy la inteligencia artificial (IA) puede emprender experimentos evolutivos. Uno de ellos, publicado esta semana en la revista Science, revela que en el dise?o de un tipo de prote¨ªna hubo otras rutas posibles que la naturaleza no explor¨®. Y esta tecnolog¨ªa puede aportar valiosas pistas en la creaci¨®n de nuevas terapias y otras aplicaciones.

En su libro de 1989 La vida maravillosa, el bi¨®logo evolutivo Stephen Jay Gould planteaba un experimento mental: si la cinta de la evoluci¨®n de la vida terrestre pudiese rebobinarse para volver al principio y comenzar de nuevo, ?el resultado ser¨ªa el mismo que conocemos, o bien otro completamente diferente? Gould argumentaba a favor de lo segundo: en una nueva partida, empleando el s¨ªmil de los videojuegos, la evoluci¨®n habr¨ªa tomado otro derrotero muy distinto y los humanos no existir¨ªamos. ¡°Vuelve a reproducir la cinta un mill¨®n de veces¡­ y dudo que algo como el Homo sapiens pudiese evolucionar de nuevo¡±, escrib¨ªa.

La tesis de Gould ha sido ampliamente debatida desde entonces, con opiniones a favor del determinismo y otras que defienden la contingencia. En su cuento de 1952 El ruido de un trueno, el autor de ciencia ficci¨®n Ray Bradbury narraba c¨®mo un viajero en el tiempo que pisaba una mariposa en la ¨¦poca de los dinosaurios cambiaba el rumbo del futuro. Gould expresaba esta misma idea: ¡°Altera cualquier acontecimiento temprano, incluso de forma muy leve y sin aparente importancia entonces, y la evoluci¨®n fluye a un canal totalmente distinto¡±.

Hablar el lenguaje de las prote¨ªnas

Los cient¨ªficos han indagado en este problema mediante experimentos que tratan de recrear la evoluci¨®n en el laboratorio o en la naturaleza, o bien comparando especies que han surgido en condiciones similares. Hoy existe una nueva v¨ªa: la IA. En Nueva York, un grupo de antiguos investigadores de Meta ¡ªla compa?¨ªa matriz de redes sociales como Facebook, Instagram y WhatsApp¡ª fund¨® EvolutionaryScale, una startup de IA enfocada a la biolog¨ªa. El sistema ESM3 (EvolutionaryScale Model 3), creado por esta empresa, es un modelo generativo de lenguaje; el tipo de plataforma al que pertenece el archiconocido ChatGPT, pero ESM3 no genera textos, sino prote¨ªnas, los ladrillos fundamentales de la vida.

ESM3 se alimenta de datos de secuencia, estructura y funci¨®n de prote¨ªnas existentes para aprender el lenguaje biol¨®gico de estas mol¨¦culas y crear otras nuevas. Sus creadores lo han entrenado con 771.000 millones de paquetes de datos creados a partir de 3.150 millones de secuencias, 236 millones de estructuras y 539 millones de rasgos funcionales, sumando un total de m¨¢s de un bill¨®n de teraflops (una medida del rendimiento computacional), el mayor poder de computaci¨®n jam¨¢s utilizado en biolog¨ªa, seg¨²n la propia compa?¨ªa.

¡°ESM3 da un paso hacia un futuro de la biolog¨ªa, donde la IA es una herramienta para construir desde los primeros principios, del modo que construimos estructuras, m¨¢quinas y microchips¡±, afirma el cofundador y jefe cient¨ªfico de EvolutionaryScale y director del nuevo estudio, Alexander Rives. Su visi¨®n es que la biolog¨ªa es la tecnolog¨ªa m¨¢s avanzada jam¨¢s creada y que es programable, ya que utiliza un alfabeto com¨²n, el c¨®digo gen¨¦tico que se traduce en los amino¨¢cidos, eslabones de las prote¨ªnas. ¡°ESM3 entiende todos estos datos biol¨®gicos, los traduce y los habla con fluidez para usarlos como herramienta generativa¡±.

La prote¨ªna que no fue

Rives y sus colaboradores han aplicado ESM3 al problema de crear una nueva prote¨ªna fluorescente verde (GFP, por sus siglas en ingl¨¦s). La GFP es una prote¨ªna natural que brilla en verde bajo la luz ultravioleta, y que se usa en investigaci¨®n como marcador. La primera se descubri¨® en una medusa, pero existen otras versiones en corales o an¨¦monas. Los cient¨ªficos entrenaron a ESM3 para crear una nueva GFP, y el resultado les sorprendi¨®: una prote¨ªna fluorescente, a la que han llamado esmGFP, que solo se parece en un 58% a la m¨¢s similar, lo que seg¨²n los investigadores equivale a simular 500 millones de a?os de evoluci¨®n. ESM3 est¨¢ ahora a disposici¨®n de la comunidad cient¨ªfica como una nueva herramienta para el dise?o de nuevas prote¨ªnas con funciones terap¨¦uticas, de remediaci¨®n ambiental y otros usos.

As¨ª, la IA ha encontrado un nuevo camino que la naturaleza pudo haber emprendido hace 500 millones de a?os, pero que, por razones que desconocemos, ignor¨®. Rives y sus colaboradores explican que solo unas pocas mutaciones de la GFP pueden destruir la fluorescencia; y que, sin embargo, ESM3 ha encontrado un nuevo espacio de prote¨ªnas fluorescentes que pod¨ªan haber sido, pero que no fueron: ¡°Bajo estas secuencias existe un lenguaje fundamental de la biolog¨ªa de las prote¨ªnas que puede entenderse usando modelos de lenguaje¡±.

Seg¨²n Jonathan Losos, profesor de la Universidad de Washington que trabaja en la cuesti¨®n del rebobinado de la evoluci¨®n estudiando especies en la naturaleza, ¡°este estudio es un brillante ejemplo de que existen muchas maneras en que la evoluci¨®n podr¨ªa haber procedido¡±. Losos valora los resultados del trabajo como una confirmaci¨®n de la contingencia defendida por Gould. As¨ª lo contempla tambi¨¦n Zachary Blount, profesor de la Universidad Estatal de Michigan que mostr¨® la contingencia de la evoluci¨®n en un famoso experimento de cultivo de bacterias iniciado en 1988 por su antiguo supervisor, Richard Lenski, y que a¨²n contin¨²a despu¨¦s de m¨¢s de 80.000 generaciones.

¡°El estudio muestra que hay posibilidades biol¨®gicas viables que no han evolucionado (creemos) en la Tierra, lo que sugiere caminos genuinos que la evoluci¨®n pudo tomar, pero no lo hizo porque la historia necesaria no ocurri¨®¡±, comenta Blount, advirtiendo de que tambi¨¦n existe algo de determinismo en la naturaleza; en el experimento de ESM3 hay un 42% de semejanza con otras GFP. Blount no cree que la IA acabe de zanjar el problema del rebobinado, pero s¨ª que ayudar¨¢ a entender qu¨¦ es contingente, qu¨¦ no y por qu¨¦: ¡°Nos proporciona maneras de sondear la esfera de las posibilidades biol¨®gicas, lo que nos permite comparar lo que es biol¨®gicamente posible con lo que existe o ha existido¡±.