ESTUDIOS DE LA BIOLOGÍA

BIOLOGÍA DE SISTEMAS

conservación de hábitats es un sistema de manejo del recurso tierra, una práctica que busca conservar, proteger y restaurar los hábitats de las plantas y animales silvestres para prevenir su extinción, la fragmentación de hábitats y la reducción de la distribución geográfica de especies.¹​ Es una prioridad de diversos grupos humanos que no cae dentro de una ideología específica.

Importancia[editar]

La mayoría de las extinciones de especies ocurridas entre los años 1000 a 2000 se han debido a las acciones humanas, especialmente causadas por la destrucción de hábitats. Los aumentos en las tasas de extinción se deben al consumo de los recursos orgánicos, especialmente los de los bosques tropicales.²​ Si bien la mayoría de las especies que se están extinguiendo no son especies usadas en la alimentación humana su biomasa está siendo convertida en tal alimento cuando su hábitat es transformado en pastizal, terreno agrario o huerta. Se calcula que más de un tercio de la biomasa de la Tierra está dedicado a las especies que alimentan a los humanos, tales como ganado y productos agrícolas.³​

La estabilidad de los ecosistemas disminuye cuando las especies se extinguen, por esto es importante estudiar lo que ocurre para poder evitar el colapso de ecosistemas globales cuando se reduzca aún más su complejidad. Los factores que contribuyen a pérdida de biodiversidad son: superpoblación, deforestación, contaminación ambiental, contaminación del aire, del agua, del suelo y calentamiento global o cambios climáticos.

Movimiento ecologista[editar]

El movimiento ecologista mundial se ocupa de la protección ambiental; es uno de varios movimientos que surgieron en la década de 1960. Se lo debe diferenciar de la ciencia de la ecología que ya existía antes. El movimiento ecologista considera a las especies silvestres como seres dotados de derechos de vida basados en la importancia de mantener la biodiversidad.

 complejidad irreducible es un argumento de los partidarios del diseño inteligente que sostiene que ciertos sistemas biológicos son demasiado complejos para haber evolucionado a partir de predecesores más simples, o «menos completos», a través de la selección natural actuando sobre una serie de mutaciones beneficiosas de naturaleza azarosa y natural.¹​ El argumento es central en el diseño inteligente y es ampliamente rechazado por la comunidad científica,²​ la cual considera al diseño inteligente unánimemente como una pseudociencia.³​ La complejidad irreducible es uno de los dos principales argumentos usados por los defensores del diseño inteligente, mientras que el otro es la complejidad específica.⁴​

Michael Behe, el creador del término «complejidad irreducible» («irreducible complexity»), define un sistema de complejidad irreducible como uno «compuesto de varias partes que interactúan en conjunto para contribuir a su función básica, tal que la eliminación de una parte cualquiera causa la ineficacia de todo el mecanismo».⁵​ Biólogos evolucionistas han demostrado cómo tales sistemas pudieron haber evolucionado,⁶​⁷​ y describen la afirmación de Behe como un argumentum ad ignorantiam.⁸​ En el Caso Kitzmiller contra el Distrito Escolar de Dover de 2005, Behe dio su testimonio sobre el tema de la complejidad irreducible. La corte encontró que «la afirmación sobre la complejidad irreducible del profesor Behe ha sido refutada en artículos de revisión por pares y ha sido ampliamente rechazada por la comunidad científica».²​

La complejidad irreducible es en su núcleo un argumento contra la evolución. Si fuesen encontrados auténticos sistemas irreducibles, el argumento funciona y entonces el diseño inteligente debe ser una correcta explicación de sus existencias. Sin embargo, esta conclusión está basada en el supuesto de que la actual teoría evolutiva y el diseño inteligente son los dos únicos modelos válidos para explicar la vida, es decir, presenta un falso dilema.⁹​¹⁰​ También se le ha criticado de utilizar un argumento ad ignorantiam en favor del Dios de los vacíos.

Definición[editar]

Michael Behe, creador del concepto, define un sistema irreducible como «un sistema individual compuesto de varias partes bien coordinadas que interaccionan para desempeñar la función básica de este, de modo que si se eliminara cualquiera de esas partes dejaría de funcionar por completo».¹¹​ En otras palabras, un sistema irreducible es el nivel más sencillo en el que puede funcionar ese sistema. El argumento busca demostrar que los seres vivos debieron de haber sido manipulados a lo largo de su evolución para que su funcionamiento fuese el correcto, apoyándose en que desde una bacteria hasta un ser humano tienen partes en su organismo cuya eliminación evita que este pueda funcionar.

El ejemplo primordial de este argumento es el del flagelo bacteriano y el cómo, al ser esta una de las estructuras más simples, muestra ciertos indicios de ser parte de un diseño inteligente ya que la estructura química de este depende exclusivamente de sus proteínas en su estructura molecular. En su libro La caja negra de Darwin, Michael Behe analiza seis ejemplos de supuestos sistemas de complejidad irreducible: el cilio y el flagelo bacteriano, el sistema de coagulación de la sangre, el sistema de transporte de materiales dentro de la célula, el sistema inmunológico en el nivel celular, el sistema de construcción de proteínas dentro de la célula y el ojo.⁵​

Historia[editar]

El concepto de Behe se desarrolló alrededor de 1992, en los primeros días de la Estrategia Wedge. Sus ideas fueron presentadas en junio de 1993, y fueron plasmadas en el libro de nivel escolar Of Pandas and People,¹²​ donde se revisó exclusivamente el capítulo 6, que hablaba de la coagulación y el origen de las proteínas.

La primera vez que usó el término «complejidad irreducible» fue en su libro La Caja Negra de Darwin(1996),¹³​¹⁴​ para referirse a ciertos complejos bioquímicos de las células. Sostiene que la ciencia no puede explicar el desarrollo de algunos sistemas de complejidad irreducible. Behe le da el crédito de dicha idea al filósofo William Paley y sugiere que la aplicación de sus conceptos a los sistemas biológicos es completamente original.

Existe cierta asimetría entre mi actual definición de complejidad irreducible y el objetivo de la selección natural. Espero reparar este problema en el futuro

Michael Behe, 2001

Presuntos ejemplos[editar]

Coagulación[editar]

El sistema de coagulación en los vertebrados es un complejo sistema biológico, que de acuerdo a Behe es un caso de complejidad irreducible. Sin embargo, la comunidad científica argumenta que «cualquier sistema no necesariamente necesita tener la misma función que el sistema ancestral del cual evolucionó»; por ejemplo las aletas de los delfines tienen una función distinta a las patas de los mamíferos terrestres.

Flagelo[editar]

Artículo principal: Flagelo

El flagelo de ciertas bacterias constituye un motor molecular que requiere la interacción de alrededor de 40 proteínas diferentes. Behe lo presentó como su primer ejemplo de una estructura de complejidad irreducible definida como «un sistema único compuesto de varias partes que interactúan en conjunto para contribuir a su función básica, tal que la remoción de una parte cualquiera causa la ineficacia de todo el mecanismo» y sostuvo que debido a que «un sistema de complejidad irreducible que pierde una parte por definición es disfuncional», no podría haber evolucionado gradualmente mediante la selección natural.¹⁵​

Los científicos consideran que este argumento ha sido refutado a la luz de investigaciones que datan de 1996 y de descubrimientos más recientes.¹⁵​¹⁶​ Señalan que se ha descubierto que el cuerpo basal del flagelo es similar al sistema de secreción tipo III (SSTT), una estructura con forma de aguja que gérmenes patógenos como la Salmonella y la Yersinia pestis usan para inyectar toxinas a células eucariótida vivas. La base de la aguja tiene diez elementos en común con el flagelo, pero le faltan cuarenta de las proteínas que hacen funcionar al flagelo,¹⁷​ es decir, el SSTT niega la afirmación de Behe que quitándole una parte cualquiera impedirá que el sistema funcione. Sobre esta base, Kenneth Miller menciona que "las partes de este supuesto sistema de complejidad irreducible poseen sus propias funciones".¹⁸​¹⁹​

Dembski ha argumentado que el SSTT se encuentra filogénicamente en un reducido rango de bacterias, mientras que el flagelo está extendido por muchos grupos bacterianos, lo que le hace pensar que el SSTT es una innovación anterior al flagelo.²⁰​²¹​ Contrario al argumento de Dembski, distintos flagelos usan mecanismos completamente diferentes y ciertas publicaciones muestran un camino plausible mediante el cual el flagelo bacteriano pudo evolucionar a partir de un sistema de secreción.²²​

Estudios más a fondo han mostrado que, contrario a la hipótesis de la complejidad irreducible, el flagelo y mecanismos de transporte proteínico relacionados muestran la evidencia de la evolución a través de procesos darwinianos, aportando estudios de casos en los que sistemas complejos pueden evolucionar a partir de componentes más simples.²³​²⁴​

El ojo[editar]

Fases en la evolución del ojo.
(a) Sitio pigmentado.
(b) Simple cúmulo de pigmentos.
(c) Una cavidad óptica encontrada en haliótidos.
(d) Ojo complejo con lente de las caracolas y los pulpos.

Para algunos el ojo es un ejemplo de un órgano extremadamente complejo y perfecto, cuya supuesta unidad funcional indivisible no pudo haberse creado por procesos naturales.

A menudo se cita un pasaje de El origen de las especies de manera tergiversada, en donde Charles Darwin parece reconocer que el desarrollo del ojo es una dificultad para su teoría.²⁵​ Sin embargo, la cita en contexto muestra en realidad que Darwin poseía una gran compresión de la evolución del ojo (véase falacia de cita fuera de contexto). Menciona que «Parece absurdo de todo punto ―lo confieso abiertamente― suponer que el ojo [...] pudo haberse formado por selección natural», aunque esta observación fue meramente una prolepsis utilizada por Darwin. Luego explica que si la evolución gradual es posible «la dificultad de creer que un ojo perfecto y complejo pudo formarse por selección natural [...] difícilmente puede considerarse real». Dicho esto, procedió a trazar a grandes rasgos un plausible curso de evolución, desde organismos sin ojos hasta el ojo humano, usando para ello ejemplos de ojos gradualmente más complejos de varias especies actuales, demostrando así que la evolución gradual es viable.²⁶​

Parece absurdo de todo punto ―lo confieso abiertamente― suponer que el ojo, con todas sus inimitables disposiciones para acomodar el foco a diferentes distancias, para admitir cantidad variable de luz y para la corrección de las aberraciones esférica y cromática, pudo haberse formado por selección natural. Cuando se dijo por vez primera que el Sol estaba quieto y la tierra giraba a su alrededor, el sentido común de la humanidad declaró falsa esta doctrina; pero el antiguo adagio de vox populi, vox Dei, como sabe todo filósofo, no puede admitirse en la ciencia. La razón me dice que si se puede demostrar que existen muchas gradaciones, desde un ojo sencillo e imperfecto a un ojo complejo y perfecto, siendo cada grado útil al animal que lo posea, como ocurre ciertamente; si además el ojo alguna vez varía y las variaciones son heredadas, como ocurre también ciertamente; y si estas variaciones son útiles a un animal en condiciones variables de la vida, entonces la dificultad de creer que un ojo perfecto y complejo pudo formarse por selección natural, aun cuando insuperable para nuestra imaginación, no debería considerarse como destructora de nuestra teoría. El saber cómo un nervio ha llegado a ser sensible a la luz, apenas nos concierne más que saber cómo se ha originado la vida misma, pero puedo señalar que, comoquiera que algunos de los organismos inferiores, en los cuales no pueden descubrirse nervios, son capaces de percibir la luz, no parece imposible que ciertos elementos sensitivos de su sarcoda llegasen a reunirse y desarrollarse hasta constituir nervios dotados de esta especial sensibilidad.

Charles Darwin — El origen de las especies²⁷​

Los ojos de los vertebrados (izquierda) e invertebrados como el pulpo (derecha) evolucionaron independientemente: los vertebrados evolucionaron una retina invertida con un punto ciego sobre su papila óptica, mientras que los pulpos evitaron esta pequeña ceguera con una retina no invertida.

Desde los días de Darwin hasta el presente, se ha comprendido mucho mejor la ascendencia del ojo. Aunque estudiar la estructura del ojo ancestral a través de la evidencia fósil es problemático debido a que los tejidos blandos no dejan marcas o remanentes, la evidencia proveniente de la genética y la anatomía comparada ha respaldado cada vez más la idea de un ancestro común para todos los ojos.

E. coli electron micrograph

La historia de los organismos modelos comenzó con la idea de que ciertos organismos pueden ser estudiados y utilizados para obtener conocimiento de otros organismos o como control (ideal) de otros organismos de la misma especie. Los organismos modelos ofrecen normas que sirven de base para la comparación de otros organismos autorizada.[1]¹​

La idea del organismo modelo tomó primero las raíces a mediados del siglo XIX con el trabajo de hombres como Charles Darwin y Gregor Mendel y sus respectivos trabajos sobre la selección natural y la genética de la herencia. Estos trabajos tempranos en la búsqueda de estándares para comparar organismos contra continuaron en el siglo XX como los primeros organismos modelo fueron llevados a laboratorios. Los laboratorios de investigación a partir de los principios Drosophilaentered del siglo XX y abrió las puertas para otros organismos modelo como E. coli, C57BL/6 (ratones), virus del mosaico del tabaco, etc.. Estos organismos han llevado a muchos avances en el siglo pasado.

Trabajos preliminares sobre organismos modelo[editar]

Algunos de los primeros trabajos donde se consideraron organismos modelo comenzaron porque Gregor Johann Mendel estimó que las opiniones de Darwin, eran insuficientes para describir la formación de una nueva especie y comenzó su trabajo con las plantas de guisante que son tan famosas hasta el día de hoy.

En su experimentación para encontrar un método con las ideas de Darwin que explicaran la hibridación y los cruzamientos con guisantes, encontró que al hacerlo se podría aislar características fenotípicas de los guisantes. Estos descubrimientos realizados en la década de 1860 permanecieron inactivos durante casi cuarenta años hasta que las mismos fueron redescubiertas en 1900. EL trabajo de Mendel, luego fue relacionado con lo que se dio en llamar cromosomas, en el núcleo de cada célula. Mendel creó a una guía práctica para la cría y este método ha sido aplicado con éxito para seleccionar algunos de los primeros organismos modelo de otros géneros y especies como conejillos de Indias, Drosophila (mosca de la fruta), ratones, y virus como el virus del mosaico del tabaco.²​

Modernos organismos modelos[editar]

Drosophila[editar]

La mosca de la fruta Drosophila melanogaster hizo el salto como animal de laboratorio en 1901. En la Universidad de Harvard, Charles w. Woodworth sugerio a William E. Castle que la Drosophila podría utilizarse para el trabajo genético.³​

Drosophila, uno de los primeros organismos modelos en entrar al laboratorio

Castle, junto con sus estudiantes, primero trajo la mosca a sus laboratorios para uso experimental. Por 1903 William J. Moenkhaus había traído Drosophila a su laboratorio en escuela de Med de la Universidad de Indiana. Moenkhaus a su vez convenció a el entomólogo Frank E. Lutz que sería un buen organismo para el trabajo que estaba haciendo en la estación de la institución Carnegie para la evolución Experimental en Cold Springs Harbor,en Long Island. En el año 1906, Drosophila fue adoptada por el hombre que llegaría a ser muy conocido, por su trabajo con las moscas, Thomas Hunt Morgan. Un hombre con el nombre de Jacques Loeb también intentó experimentación en las mutaciones de Drosophila independientemente de trabajo Morgan durante la primera década del siglo XX.⁴​

Thomas Hunt Morgan es considerado como uno de los hombres más influyentes en la biología experimental durante el siglo XX y sus trabajos con la mosca Drosophila fueron extensos. Fue uno de los primeros en el campo, para realizar el potencial del mapeo de los cromosomas de la Drosophila melanogaster y todos los mutantes conocidos. Más tarde ampliaría sus hallazgos con un estudio comparativo de otras especies. Con la observación cuidadosa y esmerada de él y otros drosofilistas, fue posible controlar las mutaciones y cruzar razas para nuevos fenotipos. Hace muchos años que se usan estas moscas como estándares y todavía al día de hoy se utilizan en investigaciones.⁵​

Estas moscas, junto con todos los organismos modelo originales no fueron domesticados, pero se adaptaron a la vida doméstica de la humanidad. Las moscas tuvieron que cruzar el umbral de la naturaleza, para convertirse en criaturas de carácter más experimental. No sólo las moscas, pero otros organismos también estaban siendo llevados a los laboratorios durante el año 1900 e intentaron salir como criaturas experimentales.Con la expansión de los animales utilizados como sujetos de prueba en los laboratorios se obtuvo más conocimientos sobre que organismos son los más adecuados para las distintas pruebas. Las limitaciones de las capacidades de prueba de estos animales también fueron descubiertas por lo que la introducción de aún más organismos modelos empezó a ser una ciencia en progreso.⁶​

Drosophila existe en la actualidad como una de las formas más avanzadas de los insectos del planeta, debido a su rápida evolución y la frecuencia de cambio en el gen en los últimos 300 millones de años. Aunque tienen muchas cualidades deseables como organismos modelo, estas moscas tienen problemas para lidiar con algunas bacterias experimentales que no deberían ser patógenas.Estas tienden a causar una alta tasa de mortalidad. También estas moscas se han ido distanciando considerablemente en su composición genética de otros insectos, con lo que las comparaciones a veces se hacen difíciles.La aparente necesidad de nuevos organismos creció y escarabajos fueron traídos como modelos. Un escarabajo de uso común en los laboratorios de hoy en día es Tribolium, que ha conservado gran parte de su ADN ancestral permitiendo así una mayor experimentación y diferentes comparaciones.⁷​

Microorganismos[editar]

Los insectos no eran los únicos organismos que entraron en los laboratorios como sujetos de prueba. Las bacterias también se habían introducido y con la invención del microscopio electrónico en 1931 por Ernst Ruska, nació un nuevo campo de la microbiología.⁸​

Esta invención permitió a los microbiólogos ver objetos que eran demasiado pequeños, para ser vistos por cualquier microscopio de luz y por lo tanto los virus que tenían perplejos a los biólogos durante muchos años, ahora quedarían bajo el escrutinio científico.⁹​

En 1932, Wendell Stanley comenzó una competencia directa con Carl G. Vinson para ser el primero en aislar completamente el virus del mosaico del tabaco, un virus que había sido hasta entonces invisible y matabama las plantas del tabaco a través de Inglaterra.¹⁰​

Fue Stanley el primero en realizar esta tarea cambiando el pH a uno más ácido. Al hacerlo, se pudo concluir que el virus era una proteína o estrechamente relacionados con una, beneficiando así a la investigación experimental.Hay razones muy importantes por las que estos nuevos organismos, mucho más pequeños, como el virus del mosaico del tabaco y E. coli se abrieron paso en los laboratorios de los biólogos moleculares. Organismos como Drosophila y Tribolium eran demasiado grandes y demasiado complejos para los experimentos cuantitativos simples que hombres como Wendell Stanley querían realizar.¹¹​ Antes de que el uso de estos sencillos organismos los biólogos moleculares tuvieron organismos relativamente complejos para trabajar. Hoy estos virus, incluyendo bacteriófagos, se utilizan ampliamente en la genética. Ellos son fundamentales para ayudar a los investigadores a producir ADN dentro de las bacterias. El Virus del Mosaico del Tabaco tiene ADN que se acumula en sí mismo de una manera distintiva; esto fue influyente para desarrollar el modelo de Watson y Crick de la estructura helicoidal del ADN.¹²​

Ratones[editar]

Tanto la comunidad de insectos y los virus fueron un buen comienzo para la historia de los organismos modelos, Pero hay aún todavía más jugadores involucrados. Al promediar el siglo de mucha investigación biomédica, las investigaciones se estaban haciendo con uso de animales y organismos especialmente mamíferos para que los biólogos pudieran entender los procesos vitales.Fue en ese momento que las sociedades humanas estadounidenses se vieron muy involucrados, en la preservación de los derechos de los animales y, por primera vez empezaban a ganar el apoyo público a este esfuerzo. En este mismo tiempo la biología estadounidense también estaba pasando por sus propias reformas internas. Entre 1900 a 1910 treinta escuelas de medicina se vieron obligados a cerrar. Durante este tiempo de inquietud a un hombre llamado Clarence Cook, Little, a través de una serie de eventos cronometrados por suerte, se convirtió en un investigador de la Escuela de Medicina de Harvard y trabajó en los cánceres de ratón. Él comenzó a desarrollar grandes deformaciones y mutaciones,en las colonias de ratones. Bajo el cargo del Dr. William Castillo, fue ayudado para ampliar los hábitos reproductivos de los animales en el laboratorio, Bussey en Harvard. Debido a la libertad en la forma en que Castillo se le permitió recorrer el laboratorio y el respaldo financiero de la Universidad,es que fueron capaces de crear un amplio programa en la genética de los mamíferos.¹³​

Los ratones resultaron ser una solución casi perfecta como sujetos de prueba para la investigación genética de los mamíferos. El hecho de que han sido criados durante cientos de años permitieron la producción de una gran población de estos animales, mientras que en el público generó menos sentimientos, hacía los roedores que, hacia los perros y gatos.Debido a un subsidio social, Little fue capaz de tomar nuevas ideas de fusión en 'líneas genéticas puras "de la genética de las plantas, así como el trabajo con Drosophila. La idea de la endogamia para lograr este objetivo de una cepa pura, en ratones fue posible y en 1911 se publicó sus hallazgos poco después.Él continuaría su trabajo con estos ratones y utilizó su investigación para demostrar que la endogamia es una manera eficaz de eliminar la variación y sirvió para preservar variantes genéticas únicas. Alrededor de este tiempo, se habían realizado muchos trabajos con estos ratones, sobre cáncer y tumores.¹⁴​

ratón doméstico, el organismo modelo más importante en los mamíferos

A lo largo de la década de 1920 'el trabajo continuó con estos ratones como organismos modelo para la investigación de los tumores y la genética. Fue durante la gran depresión que este campo de estudio tomaría su mayor golpe. Con la economía en los laboratorios tocando fondo, se vieron obligados a vender muchos de sus ratones sólo para evitar el cierre. Esta necesidad de fondos,no detuvo la utilización de estas cepas de ratones,en las investigaciones. Finalmente a mediados de la década del 1930 el mercado volvería a su normalidad y laboratorios de genética de todo el país reanudaron la financiación ordinaria y por lo tanto se continuo en las áreas de investigación que habían comenzado antes de la depresión. Como la investigación continuo, también lo hizo la producción de ratones en lugares como Jackson Laboratory. Instalaciones como éstas eran capaces de producir ratones para las instalaciones de investigación de todo el mundo. Estos ratones fueron criados con técnica de cría mendeliana la cual se había implementado como práctica estándar en torno 1911.¹⁵​

Cuando James Watson y Francis Crick demostraron la estructura del ADN en 1953 nuevas puertas se abrieron para la investigación que se podría hacer en el trabajo con la genética. En el caso de la investigación con ratones esto llevó a un proyecto de largo medio siglo de la cartografía del genoma, que fue finalmente completada en 2002.¹⁶​

No sólo los genomas de ratones fueron mapeadas, los de otros organismos también. Con este conocimiento las posibilidades de los genetistas y los biólogos moleculares para comparar las secuencias de ADN dentro de los diferentes organismos aumentó. El estudio de estas comparaciones permiten a los investigadores determinar, que los estudios de los organismos modelo, pueden ser asimilados con otros organismos,que de otra manera no se podrían hacer estudios prácticos,sobre ellos. Los organismos con bajas cantidades de ADN "basura" son por lo general los que se prefieren como medio de investigación.