Conjunto de datos que revela reacciones bioquímicas y mecanismos moleculares tanto de la herencia de propiedades adquiridas por el organismo durante la vida, como de la autoorganización del aparato hereditario.
Los primeros datos experimentales sobre NPS que necesitaban explicación aparecieron mucho antes que los métodos que permitieron darla, por lo que fueron ignorados durante mucho tiempo, y sus autores fueron a menudo perseguidos. Sin embargo, el nuevo libro de texto establece: “Lamarck y sus ideas han sido ridiculizadas y desacreditadas. En un extraño giro del destino, Lamarck puede tener la última risa. La epigenética, un nuevo campo de la genética, muestra que Lamarck puede considerarse, al menos en parte, sin duda en lo cierto, lo cual es importante tanto para la propia genética como para la biología del desarrollo y la medicina [1] . Esto se refiere tanto a DM ( modificaciones a largo plazo , es decir, actos de herencia en un pequeño número de generaciones) como al NPS real (herencia suave, herencia suave [2] ).
Incluso Charles Brown-Séquard, un famoso científico médico, en 1869 [3] obtuvo varios DM de conejillos de indias. Por ejemplo, la sección del nervio ciático conducía a algo parecido a la epilepsia, que se heredaba en los hijos y, en ocasiones, en los nietos. Los contemporáneos se limitaron a varias interpretaciones de estos experimentos, que no requerían el reconocimiento del NPS. Entonces, August Weisman permitió la infección con algunos microbios durante la operación. Sekar refutó esto con un experimento estéril, pero no logró el reconocimiento, y los historiadores de la ciencia no suelen mencionar estos trabajos. La situación, por desgracia, es común, y la experiencia no enseña nada a la mayor parte de los científicos.
Víctor Yollos investigó con éxito el DM (él es dueño del término) en los trabajos de 1913-1939. [4] . De la Alemania fascista se fue a los Estados Unidos, pero allí tampoco pudo trabajar, y en 1941 se suicidó. Con su muerte, este círculo de trabajo cesó por mucho tiempo, porque. el efecto se consideró sin importancia.
En la década de 1950, Evgeny Smirnov y sus colaboradores cultivaron áfidos del Rin anaranjado en una planta forrajera inadecuada y observaron una restauración gradual de la fertilidad durante diez generaciones [5] . El crecimiento en número en cada generación eliminó el papel de la selección de mutaciones aleatorias. Pronto Georgy Shaposhnikov exacerbó las condiciones del experimento y obtuvo un resultado que lo glorificó (y lo perjudicó enormemente): habiendo plantado pulgones del género dizaphis en una planta que era casi inadecuada para ellos, obtuvo una nueva especie de ellos en 8 asexuales generaciones, además, similares a las especies que originalmente vivían en esta planta. Juntos, los dos resultados sugieren la transición de la DM a la herencia persistente, pero no se llevó a cabo ningún análisis genético; por el contrario, el experimento en sí se terminó bruscamente.
Hoy en día, el fenómeno de la DM es generalmente reconocido, se explica ya sea por la herencia del estado activo del gen [6] o por la metilación del ADN [7] . Dado que no hay cambios en la secuencia de nucleótidos del ADN, muchos no reconocen esa herencia como genuina, lo que lleva a la evolución. Sin embargo, hay muy pocos genes en un organismo superior para heredar las propiedades existentes (por ejemplo, una persona tiene solo 30 mil genes, mientras que en el cerebro solo hay un billón de células y sus conexiones), y el modelo de evolución por selección de las mutaciones se ocupan sólo de ellos. Necesitamos buscar otros mecanismos, y la metilación del ADN es uno de ellos.
Durante mucho tiempo, los datos sobre NPS como la actividad intrínseca del aparato hereditario fueron raros y se citaron sin mencionar a Lamarck o el lamarckismo [8] Otto Landman [9] y algunos otros fueron excepciones aún más raras.
El fenómeno más importante e indiscutible de las NPS fue descubierto (sin sospecharlo) por el inmunólogo austriaco Karl Landsteiner. Introdujo antígenos artificiales en la sangre de los animales, es decir, sustancias químicas que no podrían haber existido en la historia anterior de los animales. También se produjeron anticuerpos en ellos. “La especificidad de los anticuerpos resultó ser tan grande que fue posible obtener sueros que distinguieran entre isómeros orto y para de una misma molécula” [10] .
El hecho de que este es un NPC, es decir. el proceso genético, fue posible entenderlo solo después de 1961 (cuando se sintetizó el primer polipéptido en una plantilla de ARN): dado que un anticuerpo es un complejo de proteínas sintetizadas en copias de genes de ARN, la aparición de un nuevo anticuerpo indica la aparición de un nuevo gen o genes. Obviamente, si el número de posibles variantes de anticuerpos es ilimitadamente grande, entonces su presencia simultánea en cada individuo es imposible, y tenemos que admitir que el sistema inmunológico de alguna manera reconoce la estructura del antígeno introducido y produce el gen del anticuerpo deseado. En otras palabras, el antígeno, por así decirlo, le da al sistema inmunitario instrucciones sobre las cuales se forma el anticuerpo. (A la idea instructiva de la síntesis de anticuerpos se opuso durante 80 años la idea selectiva de que los anticuerpos preexisten en el cuerpo y la aparición de un antígeno solo los selecciona).
Landsteiner y su colaborador Hans Lampl publicaron sus asombrosos resultados en 1917 [11] . La guerra, el colapso del Imperio Austro-Húngaro y la revolución en Alemania fueron un momento desafortunado para la publicación, pero aún más importante fue la incongruencia del descubrimiento con la cosmovisión de la época (todo lo que existe es resultado de la selección), y pasó desapercibido. Ni siquiera lo mencionan los historiadores que se ocupan específicamente de la obra de Landsteiner. Él mismo, habiendo recibido el Premio Nobel en 1930, leyó con asombro en su diploma que fue premiado solo por el muy antiguo (1901) descubrimiento de los grupos sanguíneos, mientras que él mismo consideraba obtener anticuerpos contra antígenos artificiales y analizarlos como su negocio principal de la vida propiedades [12] .
El fenómeno de los anticuerpos contra antígenos artificiales quedó fuera de la circulación científica (como argumento del lamarckismo) durante 70 años, lo que ralentizó mucho el desarrollo tanto de la inmunología como de la comprensión de la evolución, y aún es visible.
Sin embargo, en el mismo 1930, se publicó el primer intento de dar una explicación bioquímica a los datos de Landsteiner. Friedrich Breinl y Felix Gaurowitz [13] sugirieron que “los antígenos interrumpen la síntesis de proteínas séricas “normales” (que no tienen las propiedades de los anticuerpos), como resultado de lo cual cambia la disposición de los aminoácidos en la molécula de proteína y se modifica la se forma una proteína con propiedades de anticuerpo” [14] . Esta hipótesis dio lugar a muchos modelos conformacionales de síntesis de anticuerpos, pero todos fueron rechazados cuando la inmunogenética demostró que la diferencia entre los anticuerpos es, ante todo, la diferencia en su composición de aminoácidos. La sustitución de un residuo de aminoácido es consecuencia de una mutación del gen que codifica esta proteína, por lo que la formación de anticuerpos comenzó a interpretarse como la selección de mutaciones exitosas.
Como escribe Elena Aronova, la comprensión de la síntesis de anticuerpos en términos de selección tenía el carácter de una metáfora y pasaba por alto la cuestión de la naturaleza del fenómeno. El autor principal de este tema, Frank Burnet, creía que este enfoque era correcto, creyendo que la "idea de la matriz antigénica", es decir, la transmisión de información sobre la estructura de un antígeno a un anticuerpo es "un anacronismo lamarckiano irrelevante" [15] . (Aunque Landsteiner también mostró la afinidad de los anticuerpos por sus antígenos [16] .)
Esta posición (metáfora) se ha vuelto común. Sin cálculos numéricos, durante mucho tiempo se ha creído que las mutaciones aleatorias pueden garantizar la detección rápida de anticuerpos contra cualquier antígeno, aunque esto es aritméticamente poco realista [17] . Solo 30 años después resultó que la "matriz" todavía existe aquí. Se encontró algo así como una matriz en el procedimiento de presentación del antígeno . El descubrimiento de este proceso (el trabajo de muchos autores en 1978-1995) [18] mostró que los fragmentos de antígeno preparados para la presentación en realidad sirven juntos como algo así como una matriz. El mecanismo de su interacción con las células B (fuentes de anticuerpos) aún está lejos de comprenderse, pero Alexander Deichman propuso una hipótesis interesante hace mucho tiempo [19] .
Llamó la atención el hecho de que la proteína del antígeno, en preparación para la presentación, se divide en fragmentos (epítopos) de 5-10 aminoácidos, y que algunos de ellos serán reconocidos posteriormente por el sistema inmunitario como extraños. Sugirió que un aminoácido se separa del epítopo, que es reconocido por el tRNA correspondiente . Todos estos tRNA (5-10 piezas) forman con sus extremos opuestos una "mini-matriz sobre la que se sintetiza el equivalente nucleico" del epítopo. Luego viene la transcripción inversa habitual .
Todo esto es hermoso e incluso, quizás, funcione. Pero Alexander Markusovich no tuvo en cuenta los trabajos de Landsteiner, y muestran que no solo las proteínas pueden ser antígenos. El modelo de Deichman no resuelve el problema en su conjunto. Él mismo escribe que son deseables varias hipótesis y que "el epítopo puede ser no solo proteína" [20] . El nuevo modelo debería reconocer la estructura espacial de las moléculas.
El fenómeno de la presentación de antígenos está bien documentado y generalmente reconocido, y es claro que aquí se está produciendo un acto de novación (aparición de una molécula de anticuerpo como no existía antes). La aparición de un gen que codifica un nuevo anticuerpo es el acto de NPS.
El problema del NPS fue abordado en detalle por Edward Steel y otros [21] . El modelo de inmunogénesis esbozado allí estaba obsoleto: en ese momento ya se sabía que la inmunidad adaptativa de los animales de sangre caliente no es un mecanismo independiente, sino una extensión de la inmunidad innata (ver: Yarilin. Inmunología ); esto no fue tenido en cuenta por los autores y no se mencionó la presentación del antígeno. Pero, finalmente, se indica que los experimentos de Landsteiner implican la inadecuación de la idea de seleccionar anticuerpos preexistentes y que en realidad “en el curso de la evolución ha surgido una estrategia biológica que es capaz de producir una respuesta inmune ante lo inesperado”. [ 22] . El problema mismo de las innovaciones comenzó a ser discutido abiertamente, sin metáforas, interpretaciones y omisiones.
Pronto quedó claro que la literatura estaba llena de datos sobre NPS (anteriormente rechazados), especialmente en bacterias. Fue la bacteria la que ayudó a acercarse a la comprensión de la presentación del antígeno, que en su forma pura solo se conoce en animales de sangre caliente. Así, el párrafo “Fenómenos lamarckianos y cuasi-lamarckianos en evolución” del libro [23] Evgeny Kunin comenzaba con las palabras: “El sistema de protección antiviral e inmunidad adaptativa en arqueas y bacterias... aparentemente funciona directamente a través del mecanismo propuesto por Lamarck. Este sistema se conoce como CRISPR/Cas”. Kunin continuó explicando: “Se ha planteado la hipótesis de que el sistema CRISPR utiliza secuencias obtenidas de fagos como moléculas molde para destruir el ARNm de fagos”, de manera similar a como ocurre en los superiores. Y concluyó: “El sistema de protección antiviral e inmunidad adaptativa en arqueas y bacterias…, aparentemente, funciona directamente a través del mecanismo propuesto por Lamarck” [24] .
Konstantin Severinov aclara: “Todo esto se parece bastante al trabajo de los anticuerpos en animales superiores. Pero… en el sistema CRISPR/Cas no hay cambios aleatorios ni selección: la entrada en el genoma que proporciona la adaptación a un nuevo factor ambiental (que es el fago) la hace directamente este mismo factor. Y en el futuro es heredado por todos los descendientes de la bacteria que lo adquirió... exactamente como postuló Lamarck” [25] . Cabe señalar que la memoria a largo plazo de los anticuerpos (que permite una respuesta rápida a la reinfección) se realiza de forma plasmática, sin "registro en el genoma", cuyo registro en el caso de CRISPR aún no se ha establecido.
Si en este caso la inmunidad de las bacterias solo "recuerda bastante el trabajo de los anticuerpos en animales superiores" (inmunidad adquirida de animales de sangre caliente), entonces el resto de la inmunidad (principalmente innata) es simplemente la misma en su base en todos los organismos multicelulares y, además, como demostró Karl (Charles) Genevey y su escuela son fantásticamente complejos [26] [27] [28] [29] . Quizás sea común a todos los seres vivos en general. ¿Fue así desde el comienzo mismo de la vida (esto, en esencia, significa el reconocimiento del creacionismo), se desarrolló de la misma manera debido a la unidad de las leyes de la naturaleza (nomogénesis), o se formó como un todo? a través de la transferencia horizontal de genes (HLT)? Muchas personas ahora deciden este tema a favor del NPS.
Se puede esperar mucho de NPS, pero uno no debe esperar (contrariamente a la opinión de muchos, especialmente los divulgadores) una comprensión de la evolución como tal; requerirá una teoría más compleja basada en las ideas de autoorganización: molecular, intracelular, etc.
Había muchos artículos como "¿Darwin o Lamarck?" [30] , sin embargo, tal declaración de la pregunta simplifica demasiado la situación. De hecho, el reconocimiento de NPS ayuda a comprender la tasa de evolución ultra alta (una nueva especie de pulgón en 8 generaciones en el experimento de G.Kh. Shaposhnikov, un nuevo órgano en el sistema digestivo de los lagartos en 36 generaciones [31 ] , etc.), pero no aclara la esencia de la evolución.
Ni las mutaciones y recombinaciones, ni las NPS por sí solas permiten comprender la evolución, ya que se refieren a la acumulación de signos, y no a la síntesis de organismos integrales y sus interrelaciones. Se requiere estudiar la autoorganización de los vivos como factor principal de la evolución (Stuart Kaufman [32] afirmaba sobre este factor allá por 1991), y para ello es necesario conocer no sólo cómo se transmite la información sobre los cambios hereditarios a los descendientes, sino también cómo tal cambio genera una nueva forma y función. Hace cien años, Alexander Gavrilovich Gurvich llamó [33] a no confundir el conocido problema de la transferencia de propiedades con el problema de la implementación (Verwirklichung), o actualización, de la herencia, privada de la atención de los biólogos. Con el advenimiento de la teoría de la información (1948 y posteriores), se empezó a hablar de la realización de la información hereditaria.
Durante el siglo pasado, el éxito en la solución del primer problema (incluido el NPS) ha sido enorme. Por otro lado, el éxito de este último se limitó a descifrar el mecanismo de síntesis de proteínas en la plantilla de ARN, identificando cadenas de dichas síntesis, cada una de las cuales puede activarse y desactivarse. Que. la implementación en sí (la conversión del texto de la herencia en una construcción de trabajo tridimensional) no se ve afectada. Con el advenimiento de la teoría de la información, se arraigó la noción de que el ejercicio puede entenderse en términos de activar y desactivar genes. Esto, sin embargo, es imposible, aunque solo sea porque hay muy pocos genes.
En consecuencia, las actividades de los genes pueden funcionar (excepto para la síntesis de proteínas) solo como interruptores para otros procesos moleculares [34] , y se conocen varios de estos genes interruptores, por ejemplo, los genes de la homeosis . De lo contrario, el trabajo del sistema genético es la autoorganización [35] .
Toda ontogenia es también autoorganización. Un ejemplo simple e ilustrativo de la autoorganización del sistema genético da el color de aquellos animales donde es individual (es decir, su herencia no se puede describir), pero es regular en cada individuo. Tales, por ejemplo, son los leopardos [36] y las jirafas. Es natural vincular este hecho con un hecho de la naturaleza inanimada: cada copo de nieve es único, y el patrón de cada uno es creado por crecimiento fractal, estrictamente el mismo en cada una de sus seis direcciones de simetría [37] . Aquí tenemos una ontogenia correcta, en la que no se requieren genes para la repetición exacta de las formas.
En 1972, el biomatemático René Thom señaló [38] que “donde habitualmente se habla de información, se debe utilizar la palabra 'forma'” (p. 97). Y “lo principal en la provisión genética de un animal no radica en su morfología -la mayoría de los detalles anatómicos son secundarios- sino en la mecánica de la homeostasis, la regulación fisiológica... Nos adherimos aquí a la visión lamarckiana... que la función crea un órgano o, más precisamente, que la formación de un órgano es el resultado del conflicto entre un campo funcional elemental y la materia orgánica primaria, que se le opone y le impone métodos de implementación genéticamente predeterminados” (p. 154-155).
Una buena ilustración de la posición de Tom es el conjunto de divisiones celulares durante el crecimiento del embrión: cada célula se divide según sus propias leyes, pero se divide entonces y de tal forma que se forma el tejido necesario que, a su vez, forma parte del órgano, y este órgano comienza a trabajar (realizar su función). Además, cada organismo y cada uno de sus órganos tiene ciertas formas, cuyo número es limitado. Las formas se alinean en filas (esto ya no es lamarckismo, sino nomogénesis), y la mayoría de sus diferencias no dan lugar a diferencias en las funciones.
Durante los siguientes cuarenta años, se rechazó el punto de vista lamarckiano y no se consideró el problema de la implementación. “¿Cuál es la insuficiencia de la fórmula anterior sobre la relación del fenotipo con el ambiente y el fenotipo y cómo eliminarlo? La respuesta a esta pregunta la da esencialmente Lamarck: esta fórmula no contiene el elemento principal de la vida, un organismo activo vivo”, escribe Anatoly Shatalkin [39] . La actividad y su papel en la ontogenia y la evolución están dedicados al capítulo 12 de su libro. Una de las formas de actividad es precisamente la autoorganización.
El ejemplo más simple de autoorganización es el autoensamblaje de un todo a partir de partes. “No hay lugar en el mundo para la enumeración de todas las opciones posibles; no hay tiempo para esto, no solo en la evolución, sino incluso durante el autoensamblaje de proteínas: la edad del Universo no es suficiente para enumerar las conformaciones de uno corto proteína, y se ensambla rápidamente, es decir, casi o completamente sin “ensayos y errores”” [40] . Esto significa que el gen determina solo una cadena de residuos de aminoácidos, y todo lo demás es autoensamblaje. De manera similar, el autoensamblaje es el ensamblaje de moléculas de proteína de tubulina en un microtúbulo y el ensamblaje de cadenas de inmunoglobulina en un anticuerpo.
Más complejo que el autoensamblaje, un ejemplo de autoorganización es el crecimiento de cada microtúbulo en la dirección necesaria para la célula. Aún más complejo es el ensamblaje de macromoléculas en la nucleoproteína de un cromosoma o ribosoma, etc. Todo esto está determinado sólo en pequeña medida por los genes, por lo que es objeto de interés del lamarckismo molecular. La idea largamente rechazada de la actividad propia del ser vivo, que conduce al NPS y la autoorganización, resultó ser útil nuevamente.