Critica estadística de la hipótesis de mutaciones espontaneas y aleatorias como causa de la evolución

Resumen

Se inicia el trabajo exponiendo el problema de qué se entiende por vida. A continuación se presenta la cuestión de cómo surgió la vida sobre la Tierra, explicando tres de las principales hipótesis al respecto. Luego se pasa a ver cómo de la célula primigenia han podido surgir la multitud de seres vivos diferentes que existen hoy en día, exponiendo esquemáticamente la teoría de la evolución, efectuando algunos comentarios al respecto. Finalmente se expone un intento de demostrar la imposibilidad estadística de que la iniciación de los principales fenómenos biológicos pueda deberse a tan solo el azar.

Introducción

La vida presenta numerosos enigmas, algunos de los cuales expondremos aquí:

El primer problema que se nos plantea, es que en realidad no sabemos lo que es la vida. En efecto, existen múltiples definiciones pero ninguna está generalmente aceptada.

Para tratar de solucionar ésta cuestión, se ha seguido el siguiente camino, se han señalado algunas características de la vida y en función de ellas se ha establecido la convención de que la vida empieza a nivel celular, es decir con la bacteria.

Pero eso no es más que, como hemos dicho, una convención que excluye de la condición de vida a muchos seres, que sin duda alguna participan de alguna forma de la vida, como por ejemplo los virus.

Las características que algunos autores citan como típicas de la vida son los siguientes:

• a) Organización y complejidad: La complejidad de la organización de una bacteria supera en mucho a cualquier aparato construido por un hombre.

• b) Crecimiento y desarrollo: Todos los seres vivos en algún momento de su ciclo vital crecen, bien aumentando el tamaño celular, bien el número de células o ambas cosas.

• c) Metabolismo: Los seres vivos necesitan materiales y energía para mantener un elevado grado de organización y complejidad, es decir necesitan "alimentarse".

• d) Homeoestasis: Los organismos vivos tienen que regular una serie de condiciones (temperatura corporal, PH, contenido de agua, etc.) para mantener el medio interno dentro de unos ciertos límites.

• e) Reacción frente a estímulos: Los seres vivos detectan los cambios físicos o químicos del entorno y responden a ellos. También responden a otros seres vivos, huyendo de los predadores, aproximándose a las posibles presas etc.

• f) Reproducción y herencia: Los seres vivos se reproducen por diversos procedimientos, guardando sus características esenciales, que transmiten hereditariamente a sus descendientes. La forma principal de transmisión hereditaria es el ADN (o ARN).

Finalizada esta pequeña introducción sobre la vida pasemos a continuación a ver alguna de las cuestiones problemáticas en torno a ella.

Emergencia de la vida

La vida surge sobre la Tierra en algún momento entre los 4200 millones de años y los 3500. ¿Por qué éstas cifras que en todo caso deben considerarse como simplemente orientativas? Por la siguiente razón, la Tierra empezó a formarse hace unos 5000 millones de años, como un globo ígneo, calentado por los choques de los meteoritos, muy abundantes en aquella temprana época del sistema solar, pero a medida que dichos choques fueron reduciendo su frecuencia la Tierra empezó a enfriarse, hasta llegar un momento, que se estima en alrededor de los 4200 millones de años cuando la temperatura había descendido lo suficiente, para que el vapor del agua de la atmósfera, fuera condensándose cayendo en forma de lluvia, formando lagos, mares y océanos. Se daba pues entonces la primera condición imprescindible para que pudieran formarse seres vivos, es decir que hubiera agua en estado líquido. Por otra parte se han encontrado los estromatolitos es decir, según se cree restos fósiles de seres unicelulares de una antigüedad de unos 3500 millones de años. Luego lógicamente alguna forma primitiva de vida debió iniciarse con anterioridad.

El siguiente enigma que se nos plantea es cómo pudo surgir la vida, partiendo de sustancias inorgánicas. Un suceso muy importante que se produjo en ese intervalo de tiempo, es que el protosol del sistema solar constituido por una bola enorme de hidrógeno, se fue concentrando por atracción gravitatoria aumentando la presión interna y la temperatura hasta que en un momento dudo se iniciaron reacciones termonucleares y se encendió el Sol, lo cual tuvo una gran importancia para la Tierra pues no solo aumentó la energía que se recibía en su superficie, sino que provocó una modificación de la atmósfera terrestre, y correlativamente de los mares, que pasó de ser de tipo I (principalmente H2O, NH3 Y CH4) a una de tipo II (básicamente H2O, N y CO2). No se conoce sin embargo si el encendido del Sol fue el origen de la vida o bien si ésta se inició con anterioridad o posterioridad al mismo.

Resulta un tanto sorprendente la rapidez, a escala geológica se entiende, con que apareció la vida una vez se dieron las condiciones mínimas requeridas.

El siguiente enigma que se nos presenta es cómo pudo surgir la vida.

Hay multitud de hipótesis sobre como pudo surgir la vida sobre la Tierra. A continuación expondremos tres de las principales.

En primer lugar la hipótesis de la "sopa primordial" que probablemente es la que más seguidores tiene, aunque plantea graves interrogantes. Según esta hipótesis en la atmósfera primordial de tipo I, se originaban constantemente enormes descargas eléctricas, es decir rayos, lo cual en dicha atmósfera producía multitud de compuestos orgánicos que caían como una lluvia de moléculas sobre los lagos, mares y océanos. Estos que al principio eran totalmente líquidos, al ir recibiendo durante millones de años esta lluvia de moléculas orgánicas, fueron haciéndose más espesos, de ahí viene la denominación de "sopa primordial".

A este respecto hay que decir que existe el experimento de Miller que consiste en simular en laboratorio la hipotética composición de la atmósfera primordial y producir descargas eléctricas en su seno, comprobándose que efectivamente se producen diversos compuestos orgánicos que se mantienen en suspensión en el agua del experimento, lo cual permite considerar como pausible a dicha hipótesis.

Ahora bien existen algunos problemas en el paso de esas moléculas orgánicas al siguiente escalón, el de las biomoléculas tanto si el origen fuera un ARN o análogo o bien una proteína o análogo. Simplemente citaremos que tendría que haberse producido en primer lugar una selección y concentración de los nucleótidos o aminoácidos precisos, entre la multitud de moléculas orgánicas (e inorgánicas) que hipotéticamente existían en la "sopa" y luego tendrían que producirse unas determinadas reacciones químicas entre estos componentes y todo ello solo por azar, pero como se demuestra con un razonamiento análogo al que mostramos en el capítulo final, esto es estadísticamente imposible.

Una segunda hipótesis es la de Arrhenius y otros muchos autores, que dicen que las bacterias en forma de esporas, llegaron a la Tierra del espacio exterior. Efectivamente se ha comprobado que cuando las bacterias se convierten en esporas, son capaces de resistir las condiciones de temperatura, presión, radiación, etc. del espacio exterior y que quizás pudieron llegar impulsadas por la presión lumínica, por meteoritos o quizás otras causas. Pero el problema es que ello no resuelve el enigma de cómo surgió la vida, sino que lo único que hace es trasladar el problema desde la Tierra a otro cuerpo celeste donde se supone que surgió la vida. Todos los interrogantes se plantean igualmente en ese hipotético cuerpo celeste (planeta, satélite, etc.).

La tercera hipótesis que citaremos es la de las fuentes hidrotermales submarinas. En la segunda mitad del siglo pasado se descubrió que en las profundidades abisales existían unas formaciones llamadas chimeneas negras, muy peculiares. Estas parecen ser que se forman por las aguas freáticas de las profundidades submarinas que son calentadas por el magma del interior de la Tierra y surgen como géiseres en el fondo del mar, arrastrando gran número de moléculas inorgánicas, que al salir al océano se iban precipitando, en parte; formando estas chimeneas, cuya estructura interna es peculiar. Además se observa que el desierto de la vida de las profundidades abisales se terminaba alrededor de estas fuentes submarinas que parecían constituir oasis de vida bajo muy distintas formas. Todo ello ha llevado a Martín y Russell (2002) a formular la hipótesis de que ahí se pudo producir, en las estructuras reticulados de las chimeneas negras, el paso de lo inorgánico a las primeras formas de vida.

Dejemos ahora el problema de cómo pudo surgir las vidas y paremos a considerar otro. Si de alguna forma o por alguna razón se pudo llegar a una célula primigenia, el problema que se nos presenta ahora es como se pudo llegar de ella a todos los seres vivos, tan extraordinariamente complejos y variados, que conocemos en nuestra vida diaria.

La respuesta que se da es la evolución, sobre lo que pasamos a hablar a continuación.

La evolución en los seres vivos

Como todos sabemos, el padre de la teoría de la evolución fue Darwin, cuyas teorías, de forma resumida, son dos: en primer lugar, dice que todo ser vivo surge por evolución de otro ser vivo anterior y por otra parte, intenta dar una explicación del proceso por el que se produce esa evolución, basado esencialmente en la variabilidad de las poblaciones y la selección natural.

Yo opino que la primera parte es cierta, dadas las pruebas del registro fósil y otros hechos. Respecto a la segunda parte, la teoría explicativa de cómo se produce la evolución biológica creo que solo es aplicable en ciertos casos de microevolución, pero que no puede aplicarse con total generalidad, como veremos a continuación.

Recordemos a este respecto que el célebre caso de las polillas oscuras y blancas en medios industriales que muy a menudo se cita como ejemplo de la selección natural en la evolución adaptativa, en realidad es un ejemplo de selección natural, pero no de evolución, pues no se produce especiación alguna.

Las teorías de Darwin fueron un auténtico bombazo en la Inglaterra victoriana de la segunda mitad del siglo XIX, pues parecían enfrentarse directamente con lo que dice la Biblia, en el sentido que los seres vivos han sido creados por Dios.

Esta gran convulsión ideológica, tuvo como repercusión en la Biología, el que se crearan dos grandes escuelas de pensamiento: los evolucionistas que siguen las teorías de Darwin (hoy la gran mayoría de los biólogos están en esta teoría) y los creacionistas que sostienen, bajo distintas formas, la intervención divina (hoy son una minoría irreductible).

Los evolucionistas modernos han hecho mucho más, pues han extendido y perfeccionado las teorías de Darwin, que recordemos surgieron para explicar sólo un problema biológico, la evolución, repetimos, las han extendido y generalizado para explicar todos los principales fenómenos biológicos.

Esta versión moderna o neodarwinista puede decirse de forma muy resumida y esquemática (prescindiendo de aspectos complementarios), que se apoya en tres pilares: a) Un fenómeno aleatorio inicial (mutaciones de genes, unión de moléculas etc.). b) Acción de la selección natural que escoge la variación más apta. c) Transmisión hereditaria de las características.

Antes de continuar quisiera hacer unas reflexiones personales respecto al camino que he recorrido para llegar hasta aquí.

La teoría de la evolución es una teoría científica curiosa, en el sentido que tanto las personas que la apoyan como las que la atacan, suelen adoptar actitudes cerradas y altamente emocionales, cosas que en principio parece deberían de estar alejadas de la ecuanimidad que teóricamente debe presidir la Ciencia. Esta actitud tan emotiva por parte de muchos de los científicos con los que me he relacionado me sorprendió, hasta que me di cuenta de que en ambos casos subyacen profundas cuestiones ideológicas.

Mi formación profesional estaba muy alejada de la biología, pero a partir de un determinado momento me sentí atraído por ésta y cuando empecé a profundizar en ella me acuerdo que leí en un tratado que algo "… se produce por azar". Yo pensé, bien, es posible, pero seguí leyendo y al cabo de unas páginas volvió a salir la frase "… esto se produce por azar", la verdad es que me pareció mucho azar, pero seguí leyendo y a la tercera vez que surgió el azar pensé que eso no parecía posible; e inicié un proceso de investigación utilizando las leyes del azar, es decir, la estadística, para ver si era o no posible lo que se afirmaba. El resultado de dicha investigación se expone más adelante.

Vamos a centrar nuestra atención en el primer pilar antes indicado, que decía que el proceso se inicia con una variación aleatoria, es decir algo que se produce por azar, por casualidad.

Expongamos un par de ejemplos para ilustrar la cuestión.

Un ejemplo expuesto por Fred Hoyle, célebre Astro-Físico británico es el siguiente: la probabilidad de que una célula pueda formarse como combinaciones aleatorias de sus moléculas componentes es del mismo orden que suponer que si cogemos un avión jumbo 707, lo desmontamos en todas sus piezas componentes, hacemos una montañita con ellas en mitad de una pista de aterrizaje y a continuación pasa un tornado, éste reconstruya el avión. Cualquier persona sensata diría que ello es imposible, pues tan imposible es lo uno como lo otro.

Para tratar de obviar esta imposibilidad estadística de pasar de las moléculas componentes a la complejidad organizada de la célula, solo mediante el azar, algunos autores han presentado un contra-argumento que es, más o menos, el siguiente:

" Es en efecto imposible que aparezca escrito "El Quijote" a base de tirar al aire, todas las letras que lo componen y que caigan al azar; lo mismo que sería imposible como hemos visto antes formar una célula, solo por azar, a partir de sus moléculas componentes, pero es que, dicen, la vida se escribe por renglones, es decir se tiran las letras al aire del primer renglón del libro y caen al azar, así sí es posible obtener el renglón, tirando un número muy elevado, pero factible, de veces. A continuación se hace lo mismo con el segundo renglón etc. y así renglón a renglón puede escribirse "El Quijote" por azar y dicen que lo mismo ocurre con la vida". Pero a mi juicio los autores tienen algunos problemas, entre los que citaré el hecho de que en la vida, ya es imposible escribir por azar el primer renglón, así si suponemos que fuese el primer renglón un ARN, creo es posible demostrar, siguiendo un razonamiento similar al que a continuación se expone, que es imposible que en 4000 millones de años pueden obtenerse un ARN, a partir de los nucleótidos básicos solo por azar.

Otro ejemplo que demuestra la imposibilidad estadística de que los fenómenos fundamentales de biología se produzcan solo por azar es la llamada paradoja de LEVINTHAL que muestra como el plegamiento de una proteína, no puede realizarse por azar, mediante un procedimiento de "prueba y error" de todas las posibles conformaciones pues aún suponiendo que cada prueba se realizará en un mano o pío segundo, se necesitan un tiempo extraordinariamente grande para llegar al plegamiento deseado.

Pasemos ya a explicar lo que intenta ser una demostración estadística.

Crítica estadística

La aplicación de la estadística a la teoría de la evolución ha sido utilizada por diversos autores, entre los que se puede citar a G. Salet, y todos ellos, por diversos caminos y planteamientos llegan a la conclusión de que es imposible que la teoría de la evolución sea cierta, sobre la base del azar.

Lo que se expone a continuación es un planteamiento, creo que diferente a los expuestos hasta ahora, pero que utilizando la misma herramienta de la estadística, también llega a la conclusión de la imposibilidad de la evolución sobre las bases actuales.

Se trata de comprobar estadísticamente si es posible que las mutaciones espontáneas y aleatorias que sabemos se producen en la Naturaleza, en los genes de todos los animales y plantas, son la causa de los cambios evolutivos, como norma general.

Para ello estudio el fenómeno biológico, aplicando unas hipótesis, que podríamos llamar de mini-max, es decir, hipótesis minimalistas en las causas con hipótesis maximalistas en los resultados, y ver si en estas condiciones límite es o no posible que la hipótesis contemplada se produzca sólo por azar.

Para que un cierto cambio evolutivo pueda producirse, se requiere la aparición de, al menos, un gen determinado. En realidad sabemos que los cambios evolutivos implican la modificación de varios genes y otros factores hereditarios.

Supongamos ahora que este nuevo gen, (entendiendo por nuevo gen cualquier cambio en los nucleótidos o en su secuencia), es de los más pequeños que conocemos, estando formado por sólo 240 nucleótidos. Piensen que un gen tiene normalmente miles de nucleótidos.

Para establecer esta cifra se ha considerado la analogía de los seres más simples y pequeños que conocemos, con capacidad replicante, se trata de los viroides, los cuales están formados por 1 gen y el más pequeño conocido tiene 246 nucleótidos.

Supongamos también que su estructura espacial es la más simple posible, la lineal, pues el considerar posibles configuraciones espaciales nos llevaría a soluciones aún más imposibles.

Por último consideramos que todo gen está formado por una secuencia de los 4 nucleótidos básicos.

En definitiva las leyes del azar nos dicen que el número de genes posibles, vendrá dado por la fórmula de las variaciones con repetición de 4 elementos tomado de 240 en 240, es decir

La probabilidad sería la inversa de esta cifra. Observemos que lo que estamos haciendo es simplemente calcular una probabilidad teórica, cosa independiente, en principio, de que la población a que se aplique sea finita o infinita o si las leyes de la física y la química permiten o no dichas variaciones.

Pasemos ahora a estudiar el número máximo de mutaciones espontáneas y aleatorias que realmente pueden darse en la Naturaleza.

Escogemos para este cálculo a uno de los seres vivos que conocemos tienen un mayor número de mutaciones espontáneas, por ejemplo el maíz, a saber, 500 mutaciones por millón de gametos, correspondientes al gen con mayor mutación de los del maíz.

Tratemos de calcular el número máximo de mutaciones que puede haber experimentado el maíz en toda la historia, bajo hipótesis maximalistas.

Supongamos que la vida del maíz sobre la tierra ha sido de 200 millones de años. En realidad sabemos que el maíz es una planta generada por el hombre, que sólo puede tener una vida de unos miles de años, pero incluyamos en el proceso a todos sus hipotéticos antecesores silvestres.

Calculemos la producción de granos de maíz que se han podido obtener en toda la vida del mismo y lo hacemos sobre la base de que la producción de todos y cada uno de los años es igual a la producción mundial actual de maíz. Esta sería una producción absolutamente maximalista por varias razones, entre ellas que el maíz silvestre no puede tener la misma productividad que el maíz cultivado y además hay que considerar que el área de crecimiento natural del maíz, muy probablemente fue sólo Mesoamérica, mientras que el área de cultivo actual es mundial.

Bajo estas hipótesis maximalistas calculo el número de granos del maíz que como máximo se han podido producir en toda la hipotética vida del maíz sobre la tierra, y en consecuencia el número máximo de mutaciones que se han producido:

Como sabemos la estadística no nos dice que un hecho es imposible, nos dice que su probabilidad de ocurrencia es fantásticamente baja.

Ahora bien, si nos apoyamos en el teorema de Borel, podemos considerar que toda persona sensata que se encuentra ante un suceso cuya probabilidad de ocurrencia es despreciable, encontrándonos además en un Universo limitado, como es el nuestro, dará un paso más y dirá que es imposible.

Así pues creo que la hipótesis de que los fenómenos biológicos se producen inicialmente sólo por azar, no es sostenible. Ello no, pretende dar un argumento a la posición creacionista sino decir simplemente que hay que considerar la posible intervención de otras causas naturales que hoy no conocemos o no interpretamos adecuadamente.

Bibliografía

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ESPAÑA, MADRID. ABRIL 2012

Autor:

José Luís Chancho Neve