Un "salto imposible": ¿La vida encontró una solución algorítmica a un límite evolutivo?

Hace aproximadamente 2.600 millones de años, un evento crucial marcó un antes y un después en la historia de la vida: la unión de una arquea y una bacteria, dando origen a la primera célula eucariota, con núcleo definido. Este hito allanó el camino para la aparición de organismos multicelulares, desde hongos hasta plantas y animales. Sin este salto evolutivo, la vida en la Tierra estaría limitada a seres unicelulares, sin la complejidad que conocemos. La pregunta que surge es: ¿qué propició este cambio? ¿Fue un evento fortuito o una consecuencia inevitable?

Un descubrimiento premiado

Tras tres décadas de investigación, un equipo de científicos españoles ha arrojado luz sobre esta interrogante. Enrique Muro, Fernando Ballesteros, Bartolo Luque y Jordi Bascompte han sido galardonados con el prestigioso Premio Cozzarelli de la Academia Nacional de Ciencias de EEUU (NAS) por su innovador estudio. En su trabajo, publicado en la revista PNAS, proponen que la aparición de las células eucariotas no fue un mero accidente evolutivo, sino una solución algorítmica a un “muro computacional” que la vida encontró. En esencia, la vida alcanzó la complejidad gracias a un cambio en su “sistema operativo”.

Investigación a fuego lento

El proyecto se gestó a lo largo de 30 años, tomando impulso cuando Muro, Ballesteros y Luque, trabajando en el Centro de Astrobiología (CAB-INTA-CSIC), intentaron aplicar herramientas estadísticas al estudio de los seres vivos. Fue entonces cuando notaron una laguna en las bases de datos genéticas: nadie había medido la distribución de longitudes de los genes.

Es un muro computacional en el cual las cosas se ponen realmente complicadas. A partir de ahí, o te frenas o consigues saltar al otro lado y liberas un montón de complejidad.

Fernando Ballesteros, Astrofísico de la Universidad de Valencia y coautor

Al analizar el material genético de diversos organismos, descubrieron que la longitud media de los genes actuaba como un indicador de la complejidad evolutiva. Sin embargo, esto no se aplicaba a las proteínas, cuyo tamaño se estabilizaba al alcanzar los 500 aminoácidos, como si la evolución se topara con un límite invisible. Ballesteros describe este fenómeno como un “muro computacional” que obligaba a la vida a frenarse o a encontrar una forma de superarlo.

Transición de fase algorítmica

Tras analizar las bases de datos de más de 33.000 especies, con la colaboración de Jordi Bascompte, especialista en redes ecológicas, los científicos observaron un salto evolutivo coincidiendo con la aparición de las primeras eucariotas. En su estudio, concluyen que se produjo una “transición de fase algorítmica” que cambió las reglas del juego de la vida, permitiendo que un solo gen, al combinarse en diferentes fragmentos, produjera múltiples proteínas sin necesidad de aumentar su tamaño. Era como si estas nuevas células contaran con una navaja suiza molecular.

En los organismos más básicos, la relación es directa: un gen más largo produce una proteína más larga. Sin embargo, las longitudes se estancan al llegar a un límite crítico que demanda demasiada energía y tiempo. Los autores proponen que, con la aparición de las células eucariotas, los genes dejaron de emplearse para construir proteínas inabarcables, y la evolución ideó una solución ingeniosa: la incorporación masiva de secuencias “no codificantes” (intrones) en las regiones que no fabrican directamente proteínas, sino que ejercen funciones de regulación complejas, el llamado “ADN oscuro”.

Un callejón sin salida

Bascompte explica que su planteamiento permite entender por qué la vida tardó tanto en incrementar la complejidad. La evolución, según argumenta, se encontró en un callejón sin salida, con un límite computacional en la solución que había inventado para regular la actividad génica. Un hecho interesante es que los modelos matemáticos que imitan la evolución para encontrar soluciones, los algoritmos genéticos, también se enfrentan a estos bloqueos, lo que llevó a los investigadores a explorar este paralelismo.

Nuestro planteamiento nos permite entender por qué la vida tardó tanto en incrementar la complejidad y por qué, cuando finalmente pudo hacerlo, se produjo un salto cualitativo.

Jordi Bascompte, Catedrático de Ecología en la Universidad de Zúrich y coautor del estudio

Bascompte plantea que la evolución superó este límite cambiando de solución. Al unirse las dos células que dan lugar a la eucariota, aparece la mitocondria, que se deshace de genes innecesarios que se incorporan al núcleo, formando los primeros intrones. Este proceso de endosimbiosis creó un gran número de intrones que facilitaron una nueva solución combinatoria, permitiendo que la evolución pasara a un nuevo “sistema operativo”.

Inevitable o azaroso: una controversia

La propuesta de que la complejidad biológica surgió como un imperativo determinista para evitar el colapso informático de la naturaleza ha generado escepticismo y críticas entre biólogos y bioinformáticos, ya que cuestiona el papel fundamental del azar en el darwinismo evolutivo. Sin embargo, otros científicos sostienen que la vida no es el resultado azaroso de mutaciones filtradas por la selección natural, sino que es, en cierto sentido, inevitable.

Su planteamiento recuerda a la idea de que la naturaleza no explora un espacio ilimitado de posibilidades, sino que está sujeta a restricciones estructurales, del mismo modo que ocurre con las formas geométricas.

Antonio Salas, Genetista de la Universidad de Santiago (USC)

Antonio Salas, genetista de la Universidad de Santiago (USC), considera que el artículo es atractivo porque propone una regularidad profunda en la evolución biológica, una “ley de escala” que atraviesa todo el árbol de la vida. Sin embargo, cree que esta fortaleza es también su principal limitación, ya que tiende hacia un cierto reduccionismo estructural, sugiriendo que las restricciones formales bastan para explicar la emergencia de la complejidad biológica.

Es un buen inicio, pero falta todavía una teoría más elaborada para explicar la realidad biológica.

Gemma Marfany, Catedrática de Genética de la Universidad de Barcelona (UB)

Gemma Marfany, catedrática de Genética de la Universidad de Barcelona (UB), considera que el artículo es provocador, pero cree que falta la pregunta crucial: ¿cómo surgieron estas secuencias no codificantes? Señala que no se ha contemplado el compromiso evolutivo entre gasto de energía, eficiencia biológica, complejidad y diversidad de la información.

¿Transición de fase o espejismo?

Otros especialistas, como Francis Villatoro, son aún más críticos, argumentando que la conclusión de que hay una transición de fase algorítmica es demasiado fuerte y no está respaldada por el análisis estadístico. Asegura que la mayor longitud de los intrones en organismos eucariotas puede estar asociada al ruido evolutivo, con otras explicaciones sin necesidad de recurrir a una complejidad algorítmica de origen biológico.

Bascompte admite que no han demostrado formalmente la transición de fase algorítmica, pero sostiene que han aportado indicios y predicciones que se cumplen al asumir esta premisa. Considera que hay evidencia suficiente para sugerir que podría tratarse de una transición de fase real.

Respecto al debate sobre el determinismo, Bascompte considera compatible el azar de la evolución con la existencia de límites físicos. En su opinión, lo más interesante del trabajo es cómo une el azar de la evolución con la capacidad de predicción de la física, explicando por qué hubo un límite y cómo se pudo rebasar.

El debate no solo aborda la cuestión filosófica sobre por qué estamos aquí, sino que tiene implicaciones en la búsqueda de vida extraterrestre. Los autores sugieren que, si la solución que se encuentra se llama vida, el mismo esquema podría funcionar en otros lugares. Bascompte señala que la complejidad de la vida eucariota implica que será más probable que aparezca en estado unicelular, y que aunque la vida unicelular pueda ser común en el universo, el paso a la complejidad eucariota podría ser un evento mucho más raro.