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.

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ESPAÑA, MADRID. ABRIL 2012

Autor:

José Luís Chancho Neve