Capítulo 9.- ADN Egoísta, Genes Saltarines, y un Susto Lamarckista (160)

     Algunos autores especulan que la red no se limita a la evolución bacteriana (por ejemplo, Margulis 1976).

    Hay evidencia sustancial de que los organismos no están limitados en su evolución a los genes que pertenecen al acervo génico de su especie. Más bien parece más plausible que en la escala de tiempo evolutiva, {160} la totalidad del acervo génico de la biosfera está a disposición de todos los organismos, y que los pasos más dramáticos y las aparentes discontinuidades en la evolución son, de hecho, atribuibles a eventos muy raros que implican la adopción de una parte o de la totalidad de un genoma externo. Organismos y genomas pueden ser considerados por tanto como compartimentos de la biosfera a través de los cuales los genes en general circulan a varias velocidades y en el que los distintos genes y operones pueden incorporarse si hay suficiente ventaja ... [Jeon y Danielli 1971].

     Que los eucariotas, incluyendo nosotros mismos, no pueden quedar aislados de este hipotético tráfico genético lo sugiere el éxito del rápido crecimiento de la tecnología de la 'ingeniería genética', o la manipulación de genes. La definición legal de la manipulación genética en Gran Bretaña es 'la formación de nuevas combinaciones de material hereditario por la inserción de moléculas de ácido nucleico, producida por cualquier medio fuera de la célula, en un virus, en un plásmido bacteriano o en otro sistema vector a fin de permitir su incorporación en un organismo hospedador en el que no se producen de forma natural, pero en el que son capaces de seguir propagándose' (Old y Primrose 1980, p. 1). Pero, por supuesto, los ingenieros genéticos humanos son principiantes en el juego. Sólo están aprendiendo a aprovechar la experiencia de los ingenieros genéticos naturales, los virus y plásmidos que han sido seleccionados para ganarse la vida en el negocio.

     Tal vez la mayor hazaña de la ingeniería genética natural a gran escala es el complejo de manipulaciones asociadas a la reproducción sexual en eucariotas: la meiosis, el cruzamiento y la fertilización. Dos de nuestros más destacados evolucionistas modernos no han podido explicar a su propia satisfacción la ventaja de este procedimiento extraordinario para el organismo individual (Williams 1975; Maynard Smith 1978a). Como tanto Maynard Smith (1978a, p. 113) y Williams (1979) notan, éste puede ser un campo como ningún otro donde tendremos que apartar nuestra atención de los organismos individuales y centrarnos en los verdaderos replicadores. Cuando tratamos de resolver la paradoja del coste de la meiosis, quizás en vez de preocuparnos en cómo el sexo ayuda al organismo, deberíamos buscar a los 'ingenieros' replicadores de la meiosis, agentes intracelulares que realmente hacen que la meiosis suceda. Estos ingenieros hipotéticos, fragmentos de ácido nucleico que pueden estar tanto dentro como fuera de los cromosomas, tendrían que alcanzar su propio éxito en la replicación como un subproducto de forzar la meiosis en el organismo. En las bacterias, la recombinación se consigue mediante un fragmento separado de ADN o 'factor sexual' que, en los libros de texto más antiguos, era tratado como una parte de la propia maquinaria de adaptación de la bacteria, pero es mejor considerarlo como un ingeniero genético replicador, operando por su propio beneficio. En los animales, se cree que los centriolos se tienen por entidades autorreplicadoras con su propio ADN, como las mitocondrias, aunque, a diferencia de las mitocondrias, a menudo pasan a través del macho, así como a través de la línea femenina. Aunque en el presente es sólo una broma imaginar a los cromosomas siendo arrastrados pateando y gritando en la segunda anafase {161} por centriolos despiadadamente egoístas u otros ingenieros genéticos en miniatura, en el pasado ideas más extrañas se han convertido en algo común. Y, después de todo, hasta ahora la teorización ortodoxa ha fallado en hincar el diente a la paradoja del coste de la meiosis.

Capítulo 9.- ADN Egoísta, Genes Saltarines, y un Susto Lamarckista (159)

     Teniendo en cuenta las posibilidades de este entorno, dada la existencia de fábricas celulares establecidas para la replicación y el ensamblaje del ADN, no es de esperar otra cosa que la selección natural favorezca las variantes de ADN que son capaces {159} de aprovechar las condiciones en su propia ventaja. Ventaja, en este caso, significa simplemente la replicación múltiple en líneas germinales. Cualquier variedad de ADN cuyas propiedades le hagan replicarse con facilidad se convertirá automáticamente en común en el mundo.

     ¿Cuáles podrían ser esas propiedades? Paradójicamente, estamos más familiarizados con los métodos más indirectos, elaborados, y sinuosos a través de los que las moléculas de ADN aseguran su futuro. Estos son sus efectos fenotípicos sobre los cuerpos, que se logran por la vía proximal de controlar la síntesis de proteínas, y con ello, por las rutas más distales de controlar el desarrollo embrionario de la morfología, fisiología y comportamiento. Pero también hay formas mucho más directas y sencillas en que las variedades de ADN pueden propagarse a expensas de variedades rivales. Cada vez es más evidente que, además de los grandes cromosomas, ordenados con su gavota bien reglamentada, las células son el hogar de una abigarrada plebe de fragmentos de ADN y ARN, que sacan provecho del entorno perfecto proporcionado por el aparato celular. 


     Estos compañeros de viaje replicadores responden a varios  nombres, dependiendo del tamaño y propiedades: plásmidos, episomas, secuencias de inserción, plasmones, viriones, transposones, replicones, virus. Parece importar cada vez menos si deben ser considerados como rebeldes que se han separado de la gavota cromosómica, o como parásitos invasores desde fuera. Por hacer un paralelo, podemos considerar un estanque, o un bosque, como una comunidad con una cierta estructura, e incluso una cierta estabilidad. Pero la estructura y la estabilidad se mantienen ante una rotación constante de los participantes. Unos individuos que inmigran y emigran, unos nuevos que nacen y unos viejos que mueren. Hay una fluidez, un saltar dentro y fuera de las partes componentes, por lo que deja de tener sentido tratar de distinguir a los miembros 'verdaderos' de la comunidad de los invasores extranjeros. Esto ocurre con el genoma. No es una estructura estática, sino una comunidad fluida. Genes saltarines inmigran y emigran (Cohen 1976).

    Dado que la gama de posibles hospedadores en la naturaleza es tan grande, por lo menos para la transformación del ADN y para los plásmidos tales como los RP4, uno siente que al menos en las bacterias Gram-negativas todas las poblaciones pueden estar, de hecho, conectadas. Se sabe que el ADN bacteriano puede expresarse en muy diferentes especies hospedadoras ... En realidad, quizás es posible ver la evolución bacteriana no en términos de simples árboles de familia; en su lugar, sería más apropiada la metáfora de una red, con uniones convergentes, así como divergentes [Broda, 1979, p. 140].

Capítulo 9.- ADN Egoísta, Genes Saltarines, y un Susto Lamarckista (158)

     Otra posible 'función' para el ADN no expresado es la sugerida por Cavalier-Smith (1978). Su teoría se encapsula en el título: 'Control del volumen nuclear {158}  por el ADN del nucleoesqueleto, selección del volumen celular y ritmo de crecimiento celular, y la solución a la paradoja del valor C del ADN'. Cavalier-Smith piensa que los organismos 'K-seleccionados' necesitan células más grandes que los 'r-seleccionados', y que variar la cantidad total de ADN por célula es una buena forma de controlar el tamaño de la célula. Afirma que 'existe una buena correlación entre una selección r fuerte, células pequeñas y valores bajos de C, por una parte, y  una selección K, células grandes y valores altos de C por la otra'. Sería interesante probar estadísticamente esta correlación, teniendo en cuenta las dificultades inherentes a los estudios cuantitativos comparativos (Harvey y Mace, en prensa). También la misma distinción r/K  parece suscitar dudas generalizadas entre los ecologistas, por razones que nunca han sido lo bastante claras para mí, y a veces parecen confusas incluso para ellos. Es uno de esos conceptos que se utilizan a menudo, pero que casi siempre van acompañados de una disculpa ritual, el equivalente intelectual a tocar madera. Sería necesario algún índice objetivo de la posición de una especie en el continuo r/K antes de que pudiera llevarse a cabo un examen riguroso de la correlación. 
    
     A la espera de más pruebas a favor y en contra de las hipótesis de la variedad de Cavalier-Smith, el  hecho a notar en el contexto actual es que son hipótesis hechas en el molde tradicional; se basan en la idea de que el ADN, como cualquier otro aspecto de un organismo, es seleccionado debido a que hace algo bueno al organismo. La hipótesis del ADN egoísta se basa en una inversión de esta suposición: los caracteres fenotípicos están ahí porque ayudan al ADN a replicarse, y si el ADN puede encontrar maneras más fáciles y más rápidas de reproducirse, tal vez evitando la expresión fenotípica convencional, será seleccionado para hacerlo así. Incluso si el editor de Nature (Vol. 285, pág. 604, 1980) va un poco más lejos describiéndolo como 'ligeramente chocante', la teoría del ADN egoísta es en cierto sentido revolucionaria. Pero una vez que nos embebemos profundamente en la verdad fundamental de que un organismo es una herramienta del ADN, en lugar de a la inversa, la idea de un 'ADN egoísta' se vuelve irresistible, incluso obvia.     
     
     La célula viva, especialmente su núcleo en eucariotas, se empaqueta con la maquinaria activa de la replicación y la recombinación del ácido nucleico. El ADN polimerasa cataliza fácilmente la reproducción de cualquier ADN, independientemente de si ese ADN es o no significativo en términos de código genético. 'Cortar' ADN, y 'empalmar' en otros fragmentos de ADN, es también parte del repertorio normal en el intercambio del aparato celular, que se produce cada vez que hay un cruce u otro tipo de evento de recombinación. El hecho de que se produzcan fácilmente inversiones y otras translocaciones, atestigua aún más la fortuita sencillez con la que pueden cortarse trozos de ADN de una parte del genoma, y ​​empalmarse en otra. La replicabilidad y 'empalmabilidad' parecen ser uno de los rasgos más sobresalientes del ADN en su entorno natural de la maquinaria celular (Richmond 1979).

Capítulo 9.- ADN Egoísta, Genes Saltarines, y un Susto Lamarckista (157)

     Los hechos son los siguientes. La cantidad total de ADN en diferentes organismos es muy variable, y la variación no tiene un sentido obvio en términos de filogenia. Es la llamada 'paradoja del Valor C'. 'Parece totalmente inverosímil que el número de genes radicalmente diferentes necesarios en una salamandra sea 20 veces mayor que en un hombre.' (Orgel y Crick 1980). Es igualmente inverosímil que las salamandras en el lado oeste de América del Norte deban necesitar muchas veces más ADN que las salamandras congéneres en el lado este. Un gran porcentaje del ADN en genomas de eucariotas no se traduce. Este 'ADN basura' puede estar entre cistrones, en cuyo caso se conoce como ADN espaciador, o puede consistir en 'intrones' no expresados dentro de cistrones, intercalados con las partes expresadas del cistrón, los 'exones' (Crick 1979). El ADN aparentemente excedente puede consistir en fragmentos repetitivos de expresión variable y sin sentido en términos del código genético. Algunos probablemente nunca se transcriben en ARN. Otros fragmentos pueden ser transcritos en ARN,  pero luego 'cortados' (splice out)  antes de que el ARN se traduzca en secuencias de aminoácidos. De cualquier manera, nunca se expresa fenotípicamente, si por  expresión fenotípica entendemos la expresión a través de la ruta ortodoxa de control de la síntesis de proteínas (Doolittle y Sapienza 1980).

     Sin embargo, esto no significa que el llamado ADN basura no esté sujeto a selección natural. Se le han propuesto varias 'funciones', entendiéndose como 'función' un beneficio adaptativo para el organismo. La función del ADN extra puede ser 'simplemente separar los genes' (Cohen 1977, p. 172). Incluso si un tramo de ADN no se transcribe, puede aumentar la frecuencia de cruces entre genes simplemente mediante la ocupación de espacio entre ellos, y esto es un tipo de expresión fenotípica. El ADN espaciador podría, por tanto, en cierto sentido, ser favorecido por la selección natural, debido a sus efectos sobre las frecuencias de cruce. Sin embargo, no sería compatible con el uso convencional de describir una longitud de ADN espaciador como equivalente a un 'gen para' una tasa de recombinación dada. Para tener derecho a este título, un gen debe tener un efecto sobre las tasas de recombinación en comparación con sus alelos. Tiene sentido decir que una longitud dada de ADN espaciador tiene alelos -secuencias diferentes que ocupan el mismo espacio en otros cromosomas de la población-. Pero puesto que el efecto fenotípico del espaciamiento de genes es únicamente el resultado de la longitud del tramo de ADN espaciador, todos los alelos en un 'locus' dado deben tener la misma 'expresión fenotípica' si todos ellos tienen la misma longitud. Por consiguiente, si la 'función' del ADN excedente es para espaciar genes, la palabra función se utiliza de una manera inusual. El proceso de selección natural en cuestión no es la selección natural ordinaria entre los alelos en un locus. Más bien es la perpetuación de una característica del sistema genético -la distancia entre genes-.

Capítulo 9.- ADN Egoísta, Genes Saltarines, y un Susto Lamarckista (156)

{156}

9 ADN egoísta, Genes Saltarines,  y un Susto Lamarckista

     Este capítulo será un tanto heterogéneo, pues reúne los resultados de mis breves y temerarias incursiones en territorios de campos lejos del mío, la biología celular y molecular, la inmunología y la embriología. Justifico la brevedad con el argumento de que una mayor longitud aún sería más temerario. La temeridad es menos defendible, pero tal vez pueda perdonarse por considerar que una incursión anterior igualmente imprudente produjo el germen de una idea que algunos biólogos moleculares ahora toman en serio bajo el nombre de ADN egoísta.

ADN Egoísta

... parece que la cantidad de ADN en los organismos es más de la estrictamente necesaria para su construcción: una gran parte del ADN no se traduce en proteínas. Desde el punto de vista del organismo individual, esto parece paradójico. Si el 'propósito' del ADN es el de supervisar la construcción de cuerpos, es sorprendente encontrar una gran cantidad de ADN que no hace tal cosa. Los biólogos están devanándose los sesos tratando de pensar qué está haciendo este excedente de ADN. Pero desde el punto de vista de los propios genes egoístas, no hay paradoja. El verdadero 'propósito' del ADN es sobrevivir, nada más y nada menos. La forma más sencilla de explicar el ADN excedente es suponer que se trata de un parásito, o en el mejor de los casos, de un pasajero inofensivo, pero inútil, que viaja en autoestop en las máquinas de supervivencia creadas por el ADN restante [Dawkins 1976a, p. 47].

     Esta idea fue desarrollada más extensamente y elaborada de manera más completa por biólogos moleculares en dos estimulantes artículos publicados simultáneamente en Nature (Doolittle y Sapienza 1980; Orgel y Crick 1980). Estos trabajos provocaron un considerable debate en ediciones posteriores de Nature (simposios en el Vol. 285, pp. 617, 820 y Vol. 288, pp. 645648) y en otros lugares (por ejemplo, discusión de radio {157} en la BBC). La idea, por supuesto, concuerda bastante con la tesis global avanzada en este libro.