La estructura molecular de la Teor¨ªa de la Evoluci¨®n

Torrentes de tinta y electrones han fluido este a?o con motivo del segundo centenario del nacimiento de Charles Robert Darwin (1809-1882), as¨ª como del 150 aniversario de la publicaci¨®n de su libro m¨¢s influyente en el pensamiento occidental On the Origin of Species by Means of Natural Selection, mundialmente conocido como la Teor¨ªa de la Evoluci¨®n. Los conceptos propuestos por Darwin siguen siendo documentados, revisados y afinados a todos los niveles: poblaciones, organismos, componentes moleculares de ¨¦stos y los ¨¢tomos que constituyen estas mol¨¦culas integrantes. La teor¨ªa de la evoluci¨®n contin¨²a evolucionando.

Darwin fue un hombre tranquilo y cauteloso. Se ha dicho que fue un conservador de la ¨¦poca victoriana con una idea revolucionaria. Su apacible existencia se trastorn¨® cuando recibi¨® una carta del naturalista Alfred Russell Wallace (1823-1913) desde el otro conf¨ªn del mundo (las islas Molucas). En la carta hab¨ªa un resumen casi perfecto de las ideas que Darwin hab¨ªa estado incubando durante varios a?os. Los organismos se adaptan al medio debido a un proceso de descendencia modificada y selecci¨®n natural.

Sus elementos fundamentales se pueden expresar en cinco puntos. Primero: variaci¨®n entre los distintos individuos de una poblaci¨®n de organismos; no todos son iguales. Segundo: la herencia hace que los descendientes se parezcan m¨¢s a sus progenitores que a otros; ciertos caracteres se transmiten de generaci¨®n en generaci¨®n. Tercero: a partir de las variaciones existentes, hay una selecci¨®n 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 adaptaci¨®n de los organismos al medio en que viven.Estos procesos pueden explicar la aparici¨®n de nuevas especies sin tener que invocar ninguna fuerza divina.

Una comunicaci¨®n conjunta de Darwin y Wallace se ley¨® en la reuni¨®n de la Lynnean Society en julio de 1858. El impacto de esta comunicaci¨®n fue nulo. Un a?o m¨¢s tarde se public¨® la obra de Darwin documentando exhaustivamente los distintos estadios del mecanismo evolutivo propuesto y la idea incendi¨® el mundo cient¨ªfico 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 b¨¢sicos 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 ¨²ltima en 1872. El poder de la selecci¨®n natural en la creaci¨®n 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 investigaci¨®n del sustrato conceptual y de las implicaciones de la teor¨ªa de selecci¨®n natural propuesta por Darwin ha continuado durante los ¨²ltimos 150 a?os. ?C¨®mo han evolucionado los conceptos de la teor¨ªa de la evoluci¨®n?

Un voluminoso (1.500 p¨¢ginas) y elocuente resumen fue publicado por el famoso paleont¨®logo de Harvard Stephen Jay Gould, justo antes de su muerte, titulado The Structure of Evolutionary Theory (Harvard University Press, 2002). Varias ramas de la biolog¨ªa han aclarado los conceptos b¨¢sicos propuestos por Darwin y Wallace en 1858. Entre ellas cabe destacar los descubrimientos en gen¨¦tica, biolog¨ªa del desarrollo, biolog¨ªa molecular y biolog¨ªa molecular estructural. Las tres primeras especialidades de la biolog¨ªa han ayudado a comprender mejor los elementos b¨¢sicos de la teor¨ªa: or¨ªgenes de las variaciones, mecanismos moleculares de mutaci¨®n y herencia, y el papel de las fuerzas selectivas.

?Qu¨¦ ha aportado la biolog¨ªa molecular estructural, es decir, la rama de la biolog¨ªa que pretende explicar todos los procesos biol¨®gicos por mecanismos at¨®mico-moleculares? Los iconos de la biolog¨ªa estructural son las estructuras at¨®micas de los componentes moleculares que hacen posible los procesos biol¨®gicos, empezando con la estructura del ADN (Franklin, Watson, Crick, 1953) que da soporte at¨®mico y transmite los caracteres hereditarios con su doble h¨¦lice, y terminando con los miles de estructuras macromoleculares depositadas en los bancos de datos (Protein Data Bank , unas 61.800 estructuras). ?Qu¨¦ queda por descubrir?

Una discusi¨®n 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 l¨ªneas. Los cristal¨®grafos de macromol¨¦culas determinan la estructura at¨®mica tridimensional de las mol¨¦culas integrantes de los organismos (desde las bacterias al hombre). Sin embargo, en la mayor¨ªa de los casos, la complejidad de la estructura at¨®mica que obtienen hace dif¨ªcil la interpretaci¨®n y explicaci¨®n causal de c¨®mo la estructura at¨®mica obtenida se traduce en una ventaja evolutiva a nivel del organismo.

La estructura molecular de la teor¨ªa de la evoluci¨®n, es decir, el papel que las propiedades f¨ªsico-qu¨ªmicas de las mol¨¦culas juegan en los procesos de evoluci¨®n de los organismos de los que forman parte, est¨¢ todav¨ªa por escribirse en la primera d¨¦cada del siglo XXI. Hay todav¨ªa 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).