Evolución Digital

Sobre el origen de una especie interestelar.

por CALEB SCHARF

Una vez hubo una molécula. Esa molécula, cuando reaccionó con otras moléculas, puso en marcha una historia que daría como resultado que el universo produjera otra molécula casi exactamente como la primera. Entonces esa nueva molécula, cuando reaccionó con otras moléculas, puso en marcha una historia que daría como resultado otra molécula casi exactamente igual a ella. Y en toda la galaxia había moléculas que ponían en marcha historias.

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Una propiedad fundamental del fenómeno que llamamos vida, tal como existe aquí en la Tierra, es la propagación de historias —de información algorítmica o proceso— hacia el futuro. De hecho, podría llamarlo la calidad de vida central, o incluso la razón subyacente de la vida que, en nuestro caso, simplemente se manifiesta en estructuras moleculares orgánicas complejas. La historia precisa de estas historias que se propagan a sí mismas aquí en la Tierra es terriblemente difícil de descifrar porque lo que vemos son los éxitos . No somos testigos de los billones de experimentos que fueron un fracaso absoluto a lo largo del camino de 4 mil millones de años hasta ahora. También echamos de menos muchos de los fallos menores, los fallidos un poco y los que resultaron ser fallidos al final, todos los cuales serían informativos pero ahora se han perdido.

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LA CARRERA SEXUAL: La reproducción sexual parece resolver la hipótesis de la Reina Roja (un término tomado de A través del espejo ), donde las especies tienen que evolucionar lo más rápido que pueden frente a la competencia. John Tenniel

Pero sí podemos presenciar los mecanismos que han surgido para realizar estos experimentos y, presumiblemente, ayudar a aumentar las probabilidades de éxito en la vida. Un conjunto crítico de estos mecanismos implica el intercambio genético. Por ejemplo, la reproducción sexual es la más familiar para nosotros e implica una mezcla genética y una combinación. Es una forma incomparable para que una especie mejore su experimentación evolutiva (su motor de búsqueda) mediante el uso de variantes genéticas funcionales, simplemente re-mezcladas en diferentes genomas.

Sin embargo, este tipo de experimentación tiene un costo considerable. Por ejemplo, hay un precio que pagar por la disponibilidad de reproducción reducida en comparación con simplemente clonarte asexualmente por capricho (se necesitan dos para bailar un tango). También existe la tensión de competencia entre individuos que crían hijos, como los humanos, cuando solo un 50 por ciento aleatorio de sus propios genes se propagará. Y aunque la reproducción sexual puede unir mutaciones que mejoran la aptitud, también puede unir variantes genéticas que disminuyen la aptitud. Esa no es una buena noticia para la descendencia o los padres, aunque puede generar beneficios para toda la especie, ya que las mutaciones deletéreas se eliminan rápidamente.

Sin embargo, es evidente que los beneficios de la reproducción sexual a menudo superan los costos, especialmente en poblaciones más pequeñas y cuando los entornos están cambiando rápidamente. 1 Lo más famoso es que la reproducción sexual parece ofrecer una solución al desafío de la llamada hipótesis de la Reina Roja, según la cual las especies tienen que correr (evolucionar) tan rápido como pueden para simplemente quedarse quietas frente a la competencia o los parásitos y patógenos.

Los extraterrestres no pedirán que los lleven con nuestro líder, pedirán un frotis en la mejilla y un formulario de consentimiento.

Pero la reproducción sexual tal como existe entre el 99,9 por ciento de la vida de células complejas en la Tierra es solo una de las formas en que las especies mejoran su material genómico. Los procariotas —bacterias y arqueas— realizan una gran cantidad de transferencia horizontal de genes; literalmente, el intercambio de fragmentos de código genético entre individuos que de otro modo se reproducen asexualmente. Esto puede suceder por la captación en una célula de fragmentos genéticos que han sido liberados por otros en el medio ambiente (transformación), la inserción de código extraño por las acciones de un virus (transducción) y, a veces, la célula cercana y acogedora. puente en la célula que ocurre con la conjugación. También parece que el intercambio de genes horizontal no se limita a los procariotas. Incluso los primates muestran evidencia de genes que podrían haber sido introducidos por alguna forma de transferencia horizontal (no reproductiva).2

En otras palabras, vivimos en medio de una mezcla e intercambio genético promiscuo y libre para todos que tiene lugar en múltiples niveles. Y críticamente, la misma persistencia de estos mecanismos a lo largo de miles de millones de años nos dice que todos son importantes y, en el sentido darwiniano más amplio, exitosos.

Para decirlo de otra manera: independientemente de los detalles más finos de lo que se construye la vida, podríamos imaginar que los esquemas representados por estos mecanismos de intercambio genético surgirán en cualquier sistema vivo persistente en cualquier parte del cosmos. Ese hecho plantea algunas posibilidades intrigantes sobre lo que podríamos descubrir más allá de los límites de la Tierra. Todo debe tomarse por lo que son: propuestas informadas pero absolutamente especulativas.

En primer lugar, si los procesos que mezclan y difunden información hereditaria son universales, su implementación podría depender fuertemente de los entornos y sustratos en los que operan. En ese sentido, la forma en que funciona la vida en la Tierra, a pesar de todo su esplendor multivariante a lo largo de miles de millones de años, puede estar muy limitada por las características específicas de la composición y el cambio planetarios, desde el medio químico hasta los impactos de asteroides. En segundo lugar, los linajes de sistemas vivos en otros lugares pueden haber existido por mucho más tiempo que los 4 mil millones de años vistos en la Tierra, y los linajes continuarán en el futuro, dejando potencialmente mucho espacio para que surjan versiones adicionales de transferencia y reproducción de información.

Los científicos han debatido cómo los impactos de asteroides pueden impulsar el intercambio de material entre mundos como la Tierra y Marte en nuestro sistema solar y transmitir la biología de un lado a otro. Hay propuestas de que un Marte joven era en realidad una incubadora de vida más probable que una Tierra joven, y solo más tarde “sembró” nuestro mundo. 3 El químico Lee Cronin y yo también hemos sugerido que el vaivén de la química abiótica entre la Tierra y Marte, impulsado por el impacto, provocaría un crecimiento exponencial de la complejidad química y contribuiría a la eventual aparición de la vida. 4

Incluso si la vida se construye a partir de cosas diferentes en el cosmos, eso podría no importar. Siempre que pueda decodificar la información.

Si extrapolamos estas ideas a sistemas exoplanetarios más densamente empaquetados (como los siete planetas de la estrella TRAPPIST-1), donde el intercambio de material entre mundos podría ser mucho más frecuente con el tiempo, entonces hay lugares en nuestra galaxia donde la transferencia horizontal de genes podría ser tienen lugar a lo largo de muchas decenas de millones de kilómetros y entre biosferas enteras. 5 La evolución podría conducir la vida hacia rasgos adecuados para esta transferencia, porque confiere una mayor aptitud general. Eventualmente, los biólogos alienígenas en estos lugares podrían preocuparse por un árbol de la vida que incorpore múltiples incubadoras planetarias, y sus compañías de mapeo del genoma le dirán quiénes fueron sus antepasados ​​planetarios.

En una escala aún mayor, es tentador imaginar la vida intercambiando algoritmos de información físicamente en toda una galaxia. De hecho, la vieja idea de panspermia conduce al intercambio total de biología entre las estrellas. Pero parece probable que los sistemas vivos necesiten construirse de manera diferente, y quizás operar en diferentes escalas de tiempo que en la Tierra, para que este escenario tenga sentido. Y ese tipo de posibilidad conduce a algunas ideas intrigantes. Si bien podemos especular sobre la evolución de la vida a partir de diferentes sustratos, la vía de la que tenemos más conocimiento (aunque todavía limitada) es donde los organismos impulsados ​​por agencias diseñan tecnología externa que puede decodificar o incluso asumir el manto de sistemas vivos complejos. En otras palabras, máquinas que aumentan o reemplazan la biología orgánica y cambian la ecuación limitando el alcance de cómo, dónde y cuándo se puede compartir y transferir la información “genética”.

Lo extraordinario es que ya lo estamos haciendo. Toma cualquier tipo de terapia genética correctiva. Esa terapia se basa en un conocimiento previo íntimo de la función genética en poblaciones sanas, desde la secuencia de pares de bases del ADN hasta la interacción de los genes con su entorno. Si bien la terapia génica puede no tomar literalmente genes de un individuo e insertarlos en otro, en muchos aspectos es completamente equivalente a hacer precisamente eso.

Si nos permitimos imaginar que la vida en otras partes del cosmos ha evolucionado hacia la manipulación tecnológica de su entorno, entonces es lógico que la transferencia de genes mediada por máquinas y la reproducción de organismos mediada por máquinas estén ocurriendo en alguna parte. Podría racionalizarse como una decisión tomada por una especie consciente, pero también podría verse como una extensión directa y mecanicista de la eficacia del intercambio de genes y la reproducción sexual para perpetuar el fenómeno de la vida.

Tel abre una miríada de posibilidades. Por ejemplo, ¿por qué ceñirse a la reproducción sexual que involucra solo a dos padres que aportan genes? Recientemente hemos visto una versión de esto en el nacimiento de un ser humano cuyo ADN era, de manera limitada, una mezcla de tres padres biológicos. 6 Si bien esto se hizo para tratar de corregir genes mitocondriales disfuncionales, abre la puerta a opciones más radicales. Con un conocimiento suficiente de las interacciones de los genes y la biología del desarrollo, probablemente respaldado por el aprendizaje automático , podríamos imaginar una vida tecnológicamente avanzada en la que la descendencia hereda una mezcla seleccionada de genes de docenas, cientos e incluso millones de “padres”. En efecto, cada niño es verdaderamente de todos.

Cuando llegamos a este punto, cualquier extrapolación previa puede parecer bastante parroquial. Por ejemplo, con suficiente tiempo y tecnología, una especie y su biosfera podrían surgir a través del universo impulsadas por un apetito insaciable por algoritmos de información relacionados con la vida (genes en esencia pero no necesariamente en forma). Intercambiar y fusionarnos con cualquier cosa, buscando nuevos y mejores caminos a través del vasto paisaje de la selección darwiniana . Una galaxia de 10.000 millones de años representa un depósito fantástico de experimentos en la vida. Al igual que con nuestra propia reproducción sexual, una combinación de genes probados es una forma eficaz de explorar variaciones que podrían conferir una mayor aptitud. Si los extraterrestres alguna vez aparecen en la Tierra, no pedirán que los lleve con nuestro líder, pedirán un frotis en la mejilla y un formulario de consentimiento.

La reproducción sexual es una forma incomparable para que una especie mejore su experimentación evolutiva.

También podría ser ventajoso hacer lo que hacen nuestros procariotas: dar tantos genes como recibas en tus viajes por el cosmos. Al hacerlo, pondrá en marcha nuevos experimentos evolutivos en nuevos entornos de incubación. Si regresa en unos pocos miles de años, es posible que haya surgido algo nuevo y útil que, a su vez, ayudará a la aptitud de su especie y su capacidad para defenderse de disfunciones o enfermedades .

De hecho, los parásitos y patógenos podrían perseguir a una especie a través del tiempo y el espacio, una especie de escenario cósmico de la Reina Roja. La única esperanza sería correr lo más rápido posible para encontrar nuevos trucos genéticos para incorporar a su especie o biosfera. En ese caso, el ímpetu de volverse interestelar podría no tener nada que ver con los sueños de exploración o imperio, sino con la biología fundamental. Una especie inteligente de mil millones de años puede agotar sus opciones si se queda en casa y permanece aislada genéticamente.

Incluso si la vida se construye a partir de diferentes cosas en diferentes lugares del cosmos, eso podría no importar. Siempre que pueda decodificar los algoritmos de información detrás de los organismos y su material hereditario, puede incorporarlos a su propio tipo de sustratos. De hecho, quizás no necesite ir a ningún lado para hacer esto. Solo tienes que comunicarte. Hoy en día, podríamos usar radiación electromagnética para transmitir “aspectos destacados” seleccionados de datos genéticos del planeta Tierra a otras estrellas con la esperanza de un intercambio. La transferencia de genes horizontal interestelar no necesita implicar movimiento físico, pero podría mejorar la aptitud de cualquier especie participante. Tampoco hay muchos incentivos para transmitir algoritmos de información deletéreos, ya que desea que todos esos otros experimentos vivos sigan produciendo sus resultados.

En otras palabras, la última moneda de vida en el universo puede ser la vida misma: las maravillosas sorpresas genéticas que la experimentación darwiniana biológica y tecnológica puede ofrecer dada la suficiente diversidad de circunstancias y tiempo. Quizás, al final, nuestra galaxia, e incluso nuestro universo, sea simplemente el tubo de ensayo para un vasto cálculo químico que explora un terreno matemático de posibilidades que se extiende hasta el infinito.

Caleb Scharf es astrofísico, director de astrobiología de la Universidad de Columbia en Nueva York y fundador de yhousenyc.org, un instituto que estudia la conciencia humana y mecánica. Su último libro es The Zoomable Universe: An Epic Tour Through Cosmic Scale, from Casi todo a Casi nada .

Referencias

1. Otto, SP La reproducción sexual y la evolución del sexo. Educación en la naturaleza 1 , 182 (2008).

2. Williams, SCP Los seres humanos pueden albergar más de 100 genes de otros organismos. Ciencia (2015).

3. Schilling, G. ¿Somos maritanos después de todo? Ciencia (2013).

4. Scharf, C. y Cronin, L. Cuantificar los orígenes de la vida a escala planetaria. Actas de la Academia Nacional de Ciencias 113 , 8127-8132 (2016).

5. Lingam, M. & Loeb, A. Panspermia interplanetaria mejorada en el sistema TRAPPIST-1. Actas de la Academia Nacional de Ciencias 114 , 6689-6693 (2017). 

6. Reardon, S. Revelados detalles genéticos del controvertido “bebé de tres padres”. Nature News (2017).

Imagen principal: Chan2545 / Shutterstock

Fuente: http://nautil.us/issue/88/love–sex/how-life-could-continue-to-evolve

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