martes, junio 02, 2009

Evolucionismo aplicado (entrevista a David Mindell)

Cuando hablamos de evolución pensamos en dilatados periodos de tiempo que penetran las profundidades de un brumoso pasado. La visión retrospectiva parece “a primera vista” la única válida. La tierra ha evolucionado. La biosfera ha evolucionado. El ser humano ha evolucionado. Ahora vivimos el presente, absortos en las demandas de una naturaleza dada, incapaces de concebir una evolución en acción, una evolución cotidiana, que nos afecten de algún modo. Los que no creen directamente que no evolucionamos creen que la evolución se da tan lentamente que es imposible percibirla.

Pero todo está sujeto a mutación, dentro del marco establecido por unas pocas leyes físicas, químicas, biológicas y psicológicas.

Se puede enfocar pues la evolución al menos desde otros dos puntos de vista. Uno el que atiende a las huellas que esta ha dejado en la estructura, función y comportamiento de los organismos presentes, incluido con especial énfasis el humano (por ser el que en nuestro nada vano anhelo de supervivencia más nos importa). Esto sería mirar al presente. Otro el que observa detenidamente los sutiles cambios que se producen y trata de predecir, siquiera imperfectamente, lo que podría acaecer. Así miraríamos también al futuro. Estas dos perspectivas, y su referencia temporal, sirven a más de un fin práctico, no siendo solamente un estéril ejercicio de especulación académica.

David P. Mindell, titular de la Cátedra Harry W. Y Diana V. Hind de la Academia de Ciencias de California, es un evolucionista que, sin dejar de mirar al pasado, en su intento de desentrañar la historia y las relaciones de parentesco de las aves rapaces, contempla el movimiento presente de la vida. Al hacerlo ha descubierto las múltiples aplicaciones que tiene la teoría evolutiva a campos tan diversos como el derecho o la medicina, divulgando sus conocimientos sobre el particular en la obra The Evolving World: Evolution in Everyday Life.

El Profesor Mindell ha tenido la amabilidad de respondernos unas preguntas. Agradezco a Marzo la revisión y la corrección de los errores que había en la traducción.

En inglés:

1-How relevant have microorganisms (particularly pathogens) been in the evolution of other organisms?

Hugely relevant. Life started with microorganisms, and microorganisms have evolved and passed on to all their descendants, including us, the genes and expression networks for some rather useful mechanisms, including DNA replication, transcription and translation. Chloroplasts and mitochondria are descendents of microorganisms and those lineages have powered life’s primary production of chemical energy via photosynthesis and the ability to thrive in an oxygen rich atmosphere, itself a product of microorganisms, via cellular respiration. Beyond pioneering these life giving efforts, pathogenic microorganisms have unwittingly assisted in the evolution of plant and animal immune systems, by means of natural selection. From our perspective, microbial pathogens continue to push the evolution of our immune systems. As human populations grow, we provide more and more transmission opportunities for novel pathogens to succeed.

2.-How do virus and bacteria jump between species?

Any way they can. Sometimes by being coughed out by an individual of one host species and breathed in by another. Transmission by insect vectors or contaminated water supplies is also common. Another hurdle the microorganisms face is successfully colonizing and reproducing within cells of a new host-species. This requires surviving in a new environment and eluding a new host-species’ immune system. A pathogen might be pre-adapted for this, or it might have a particular set of new mutations facilitating the host-shift by chance. These chance mutations might then be maintained with pathogen populations by natural selection.

3.-How important in the evolution of our species was the adoption of an urban way of life, with big human concentrations relatively unconnected to the natural medium?

The development of human population centers, coupled with agriculture and food storage, enabled selection for different human traits, not necessarily linked to subsistence living. Living in population centers allowed individuals the luxury of specializing in trades and technology development, and these have been important in terms of both human cultural and biological evolution.

Our dependence on nature is obscured from us by our technologies, but ultimately the dependence remains. How would the average sales person, musician or computer programmer find food without a car or a nearby grocery store? We are much more dependent on the survival and ecosystems functions of other species, particularly microbes, than we like to imagine. In the current economic crisis we have seen a human inability to manage risk wisely and I think a similar misunderstanding of risk pertains to our ongoing depletion of natural resources and concomitant reduction in Earth’s biological diversity. We are running up a diversity debt, that will become unsustainable at some point.

4.-How does evolution work at the cellular and molecular levels?

The broad mechanisms of evolution are much the same across organization levels – and they include random mutations, chance events of earth history and abiotic change, as well as the decidedly non-random process of natural selection.

5.-What unquestionable tracks has evolution left in our bodies and minds?

The presence of both efficiency and inefficiency in the organization and operation of the human genome is characteristically evolutionary, with the tracks of exquisite selective honing and random copying errors all on display. How else besides organic evolution can we explain the unintelligent design of genes in pieces, abundant retroelement litter, and warring genomic components. We do not see here any evidence of a well-ordered supernatural mind.

6.-What applications does evolution have in forensic medicine?

Potential applications include maternity and paternity testing, linking of crime scene evidence like blood, semen and hair to particular individuals, and linking biological materials like anthrax or HIV used by criminals to particular sources. There are controversial applications as well in determining likelihood of particular diseases or responses to particular medicines or clinical treatments based on genomic profiles.

7.-What relevance does evolution have in everyday life?

The findings of evolutionary biology are so deeply integrated into our culture that most are unaware of them. Evolution informs our best practices in agriculture, medicine, public health, environmental health, natural resource management, human understanding, and even the pursuit of justice within the legal system. I go into some of the details in my book, “The Evolving World.”

8.-What are you working on now? What is your highest intellectual challenge? What is the mystery you would dream to uncover?

I’m working on a phylogenetic taxonomy for all hawks, eagles and kites in the avian family Accipitridae with age estimates for divergences among lineages. This is part of a broad community effort to have the names of all organismal groups reflect our understanding of their genealogical relationships. This must sound strange, as all the questions you asked me were about microscopic organisms. Poets want to fathom the human heart, but I just want a phylogenetic taxonomy for life, with accurate ages for clades.

If that is not enough, I would also like to understand all the ways in which humans are dependent on other species. And since dreaming is inexpensive, I would like to know the natural host range for all viruses across all life forms as well. This is something that could be useful for public health scientists and for studying coevolution of viruses and animals.

En castellano:

1.-¿Qué relevancia han tenido los microorganismos (especialmente los agentes patógenos) en la evolución de los otros organismos?

Mucha relevancia. La vida comenzó con microorganismos, y los microorganismos han evolucionado y transmitido a todos sus descendientes, incluidos nosotros, los genes y las redes de expresión para algunos mecanismos sumamente útiles, incluyendo la replicación, la transcripción y la traducción del ADN. Cloroplastos y mitocondrias son descendientes de microorganismos y aquellos linajes han alimentado la producción primaria de energía química a través de la fotosíntesis y de la capacidad de prosperar en una atmósfera rica en oxígeno, atmósfera que es producto de los microorganismos mediante respiración celular. Además de abrir camino en estos esfuerzos dadores de vida, los microorganismos patógenos han colaborado involuntariamente en la evolución de los sistemas inmunes de plantas y animales, por medio de la selección natural. Desde nuestra perspectiva, los patógenos microbianos siguen impulsando la evolución de nuestros sistemas inmunológicos. Según crecen las poblaciones humanas, ofrecemos más y más oportunidades de transmisión para el éxito de nuevos agentes patógenos.

2. ¿Cómo saltan entre especies bacterias y virus?

De cualquier forma que pueden. A veces por ser tosidos por un individuo de una especie hospedadora y respirados por otro. La transmisión por insectos vectores o suministros de agua contaminada también es común. Otro obstáculo que afrontan los microorganismos es el de colonizar y reproducirse dentro de las células de una nueva especie hospedadora con éxito. Esto requiere sobrevivir en un nuevo entorno y eludir al sistema inmunitario de las nuevas especies hospedadoras. Un agente patógeno podría estar preadaptado para ello, o podría tener una particular serie de nuevas mutaciones que, por azar, facilitasen el cambio de hospedador. Estas mutaciones fortuitas podrían ser mantenidas en las poblaciones de patógenos por la selección natural.

3. ¿Cómo fue de importante en la evolución de nuestra especie la adopción de un estilo de vida urbano, con grandes concentraciones humanas relativamente ajenas al medio natural?

El desarrollo de los centros de población, junto con la agricultura y el almacenamiento de alimentos, permitió la selección para diferentes rasgos humanos, no necesariamente vinculados a la vida de subsistencia. Vivir en centros de población permitió a los individuos el lujo de especializarse en los oficios y el desarrollo tecnológico, y esto han sido importante en términos de evolución humana, tanto cultural como biológica.

Nuestra dependencia de la naturaleza nos es ocultada por nuestras tecnologías, pero en última instancia la dependencia sigue ahí. ¿Cómo podrían el vendedor, el músico o el programador informático medios encontrar comida sin un coche o una tienda de comestibles cerca? Dependemos mucho más de lo que nos gusta imaginar de la supervivencia y las funciones de los ecosistemas, de otras especies, especialmente microbios. En la actual crisis económica hemos visto una incapacidad humana para gestionar el riesgo de manera prudente y creo que un malentendido similar del riesgo se refiere a nuestro continuo agotamiento de los recursos naturales y la reducción concomitante de la diversidad biológica de la Tierra. Estamos acumulando una deuda de diversidad, que se convertirá en insostenible en algún momento.

4. ¿Cómo trabaja la evolución en los niveles celular y molecular?

Los amplios mecanismos de la evolución son prácticamente los mismos a través de los niveles de organización - e incluyen mutaciones aleatorias, eventos fortuitos en la historia de la tierra y cambio abiótico, así como el decididamente no aleatorio proceso de la selección natural.

5. ¿Qué huellas incuestionables ha dejado la evolución en nuestros cuerpos y nuestras mentes?

La presencia tanto de eficiencia como de ineficiencia en la organización y funcionamiento del genoma humano es característicamente evolutiva, con las señales de un exquisito perfeccionamiento selectivo y errores aleatorios de copia todas a la vista. De qué otra forma, si no es por la evolución orgánica, podríamos explicar el diseño no inteligente de los genes en trozos, abundante desorden de retroelementos, y componentes genómicos beligerantes. No vemos aquí ninguna prueba de una mente sobrenatural bien ordenada.

6. ¿Qué aplicaciones tiene la evolución en la medicina forense?

Las aplicaciones potenciales incluyen las pruebas de maternidad y paternidad, vincular las pruebas de las escenas del crimen, tales como sangre, semen y cabellos con determinados individuos, y vincular a fuentes específicas materiales biológicos como el carbunco o el VIH utilizados por delincuentes. Hay aplicaciones controvertidas también en la determinación del riesgo de determinadas enfermedades o las respuestas a determinados medicamentos o tratamientos clínicos sobre la base de perfiles genómicos.

7. ¿Qué importancia tiene la evolución en la vida cotidiana?

Las conclusiones de la biología evolutiva están tan profundamente integradas en nuestra cultura que la mayoría de la gente no es consciente de ellas. La evolución da cuenta de nuestras mejores prácticas en agricultura, medicina, salud pública, salud ambiental, gestión de los recursos naturales, el entendimiento humano, e incluso de la búsqueda de la justicia en el sistema jurídico. Entro en algunos detalles en mi libro, "El mundo en evolución".

8. ¿En qué está trabajando ahora? ¿Cuál es su mayor reto intelectual? ¿Cuál el misterio que sueña con descubrir?

Estoy trabajando en una taxonomía filogenética de todos los halcones, águilas y milanos en la familia aviar Accipitridae, con estimaciones de las épocas de divergencia entre los linajes. Esto es parte de un amplio esfuerzo comunitario para que los nombres de todos los grupos de organismos reflejen nuestra comprensión de sus relaciones genealógicas. Esto debe de sonar extraño, dado que todas las preguntas que me ha hecho han sido sobre organismos microscópicos. Los poetas quieren penetrar el corazón humano, pero yo solo quiero una taxonomía filogenética de la vida, con edades exactas para los clados.

Si eso no es suficiente, también me gustaría conocer todas las formas en que los seres humanos dependen de otras especies. Y puesto que es barato soñar, me gustaría saber la gama de huéspedes naturales de todos los virus a través de todas las formas de vida también. Esto es algo que podría ser útil para los científicos de salud pública y para el estudio de la coevolución de los virus y los animales.