Los científicos modernos no se contentan con predecir la evolución de la vida. Quieren darle forma.
Un artículo de C. Brandon Ogbunu. Historia original reimpresa con permiso de Quanta Magazine, una publicación editorialmente independiente respaldada por la Fundación Simons.
La evolución es algo complicado. Gran parte de la biología evolutiva moderna busca reconciliar la aparente aleatoriedad de las fuerzas tras el proceso (cómo ocurren las mutaciones, por ejemplo) con los principios fundamentales que aplican a toda la biosfera. Generaciones de biólogos han albergado la esperanza de comprender lo suficiente la lógica de la evolución como para poder predecir cómo sucede.
Pero si bien la predicción sigue siendo un objetivo relevante, los científicos ahora se están centrando en otro mucho más ambicioso: el control sobre cómo sucede.
Esto puede parecer ciencia ficción, pero los mejores ejemplos de este esfuerzo están en nuestro pasado. Consideremos el proceso de selección artificial, término acuñado por Charles Darwin: hace miles de años, los humanos comenzaron a identificar plantas y animales con rasgos preferibles y a criarlos selectivamente, lo que amplificó esos rasgos en su descendencia. Este enfoque nos dio la agricultura, uno de los inventos culturales más transformadores de la historia de la humanidad. Posteriormente, la selección artificial en animales y plantas nos ayudó a comprender la genética y cómo evolucionan los genes en las poblaciones. Pero a pesar de lo eficaz que ha sido, la selección artificial sigue estando bastante limitada.
Esto es diferente de la selección natural, la fuerza que impulsa la evolución adaptativa en la Tierra, donde no hay ningún actor intencional que realice la selección. El actor seleccionador no es un criador humano, sino la naturaleza misma, que selecciona las variantes con mayor “aptitud”: aquellas con mayor probabilidad de sobrevivir y producir descendencia sana. Y cuando la naturaleza es la que selecciona, los resultados pueden ser difíciles de predecir.
Ahora los biólogos esperan establecer cómo ocurre la evolución a nivel molecular y ejercer tanto control directo sobre el proceso reproductivo como el que tenemos en los cultivos agrícolas. ¿Podemos orquestar la evolución, mutación a mutación, hacia el resultado que prefiramos?
Sorprendentemente, ya estamos a mitad de camino. El Premio Nobel de Química de 2018 reconoció el trabajo sobre un método llamado evolución dirigida, que permite a los científicos diseñar nuevas biomoléculas. Una de las ganadoras, Frances Arnold, fue pionera en una forma de mutar proteínas en el laboratorio y luego medir su funcionalidad (por ejemplo, lo bien que una enzima metaboliza el azúcar). Es entonces posible aislar las proteínas candidatas de interés, mutarlas y seleccionarlas más, hasta que generemos una proteína con función mejorada (en este caso, una enzima que metabolice el azúcar de manera muy eficiente). En este sentido, los químicos actúan como los criadores de perros, pero sin depender de la reproducción sexual para generar la descendencia proteica. Más bien, generan una población diversa de proteínas y miden sus propiedades en cuestión de horas. Y al seleccionar lo que quieren, controlan cómo ocurre la evolución.
A partir de este ejemplo queda claro que controlar la evolución (dirigirla hacia ciertos resultados) requiere el conocimiento de cómo ocurrirá la evolución junto con la tecnología para intervenir. Así que podemos pensar en el problema a través de la lente de una ecuación simple: Control = predicción + ingeniería.
Este control puede ser más sutil que el enfoque de Arnold. Un estudio de 2015 sugirió el uso de antibióticos en un orden determinado para evitar que la evolución cree patógenos resistentes a los antibióticos. Y algo similar está sucediendo con el tratamiento del cáncer: los oncólogos están tratando de aprovechar nuestra comprensión molecular del cáncer para dirigir las células cancerosas hacia la susceptibilidad a ciertos medicamentos. Esto es posible porque sabemos que cuando una célula cancerosa desarrolla resistencia a un fármaco puede volverse más susceptible a otros. Este concepto de “sensibilidad colateral” se basa en los principios fundamentales de las compensaciones en los sistemas biológicos: en general, no hay “almuerzos gratis” en la evolución, y la adaptación a menudo conlleva costes.
En trabajos más recientes, los científicos han generalizado estos enfoques. Utilizando ideas de la física cuántica, un equipo multidisciplinar (que incluye médicos, informáticos y físicos) ha aplicado un método llamado conducción contradiabática para llevar a una población hacia objetivos predeterminados. Por ejemplo, las infecciones causadas por algunas cepas de parásitos de la malaria son más fáciles de tratar que otras. Los investigadores podrían intentar «dirigir» las poblaciones de parásitos hacia cepas más fáciles de tratar.
Se están aplicando ideas similares a otros sistemas, como el microbioma, donde los biólogos evolutivos ahora utilizan la evolución dirigida para controlar comunidades microbianas como las que viven en nuestra piel y en nuestro intestino. Para ello, están utilizando el conocimiento de cómo ciertos microbios interactúan entre sí junto con nuevas técnicas microbianas que nos permiten introducir ciertos microbios en una población de otros microbios. La esperanza es que podamos utilizar este conocimiento para algún día dirigir la composición del microbioma hacia una que se asocie con mejores resultados de salud.
Estos avances demuestran que, de alguna forma, el control evolutivo es una cosa del presente, no del futuro. Pero los ejemplos de más éxito han tenido lugar en un pequeño número de entornos: microbios, comunidades microbianas y proteínas. Y lo que es más, los esfuerzos existentes se centran en el control durante períodos de tiempo cortos: ningún científico razonable pretende ser capaz de controlar la evolución molecular que actuando durante décadas o siglos (aparte de la selección artificial que ha tenido lugar durante milenios). El verdadero control sobre el proceso evolutivo sigue estando estrictamente limitado por nuestro conocimiento y herramientas actuales.
Si bien los desafíos técnicos del control evolutivo siguen siendo sustanciales, las barreras éticas también son notables. Los problemas se superponen con los relacionados con los organismos genéticamente modificados. Cuando diseñamos una mutación en una variedad de maíz que le confiere la capacidad de crecer incluso en ambientes estresantes, influimos en las generaciones futuras de esa variedad de maíz. Además, la selección de embriones en humanos puede parecerse a la selección artificial, dándonos la capacidad de controlar la aparición de rasgos humanos en poblaciones futuras. En general, las aplicaciones demasiado entusiastas de estas tecnologías pueden estar impulsadas por una especie de determinismo genético: la visión ingenua de que las diferencias significativas entre organismos dentro de una población pueden explicarse (principalmente) por su composición genética.
Si alguna vez intentáramos ingenuamente dirigir la evolución de los humanos y otros organismos en una escala temporal más larga, seríamos víctimas de una especie de determinismo evolutivo, que sostiene que podemos y debemos tener control total sobre cómo evoluciona la vida en el futuro. En última instancia, estas ambiciones están fuera de lugar. Subestiman el capricho de la evolución biológica: la dificultad de considerar todas las fuerzas que dan forma a cómo funciona y florece de la vida. Algunos podrían concebir que la inteligencia artificial puede ayudar a resolver estas incertidumbres. Pero la IA no es una panacea para la ignorancia. Es más eficaz cuando ya comprendemos las sutilezas del sistema que intentamos modelar y predecir. La biología evolutiva no cumple del todo con este estándar, al menos no todavía.
Podemos (y debemos) al mismo tiempo entusiasmarnos con la ambición de la biología moderna y tener la presencia de ánimo para reconocer nuestros límites. Por ejemplo, el movimiento eugenésico sugirió que la raza humana podría mejorarse utilizando el tipo de métodos que nos dieron animales y cultivos domesticados. Ahora entendemos que fue intolerante y se basó en una mala biología. Ejemplos como estos son advertencias y deberían enseñarnos que los intentos descuidados de controlar fuerzas tempestuosas como la evolución están destinados a fracasar.
El artículo original, The New Quest to Control Evolution, se publicó el 29 de noviembre de 2023 en Quanta Magazine.
Traducido por César Tomé López
