Les rares variacions del codi genètic són evidència d'evolució, i no de disseny
Obrer Revolucionari #1216, 19 d'octubre, 2003
Molta gent sap que els gens transmeten els trets hereditaris d'una generació a l'altra. Però no molta gent sap que, en el curs de la vida d'un organisme, l'únic que fan els gens és donar instruccions químiques per a la producció de les moltes classes de molècules de proteïnes que necessiten els éssers vius. Un gen és un segment d'una molècula d’ADN que "codifica" (dóna instruccions químiques per produir) determinada molècula de proteïna; cada gen codifica una proteïna específica. Cada molècula de proteïna està formada per uns composts químics anomenats aminoàcids units en una seqüència (ordre) exacta. Aquesta seqüència determina la forma i funció de la proteïna. Sol hi ha 20 aminoàcids, però produeixen una enorme quantitat de proteïnes. Si tenim comptes de 20 colors, podem enfilar-les en moltes combinacions per fer collars. De la mateixa manera, l'ordre específic en el qual es combinen els aminoàcids produeix moltes classes de proteïnes que realitzen diferents funcions.
Les cèl·lules de tots els organismes produeixen proteïnes. La pregunta és: com ho fan per combinar els diferents aminoàcids en l'ordre precís per produir determinades proteïnes? Per què no enfilen els aminoàcids a l'atzar? La resposta la dóna el codi genètic.
El codi genètic és el mecanisme pel qual la cèl·lula "llegeix" la informació química dels gens i la "tradueix" a un conjunt d'instruccions que indiquen en quina ordre unir els aminoàcids. Com vam dir, el codi genètic és un "reglament" per a la síntesi de proteïnes. Aquest reglament és exactament el mateix en els bacteris, en una rosa o en un ésser humà. Si els éssers vius no tinguessin avantpassats comuns, si no tinguessin cap parentiu i van ser creats cada un separadament, com diuen els creacionistes no tindrien el mateix reglament químic per produir proteïnes. El fet que totes les espècies vives (inclosos els éssers humans) usen exactament el mateix reglament (amb unes quantes i mínimes variants en certs microorganismes) és una prova summament forta de que tots els éssers vius estan emparentats i de que descendeixen d'una llarga sèrie d'avantpassats comuns, des dels primers organismes semblants als bacteris que van aparèixer al planeta fa més de 3 mil milions d'anys.
I les excepcions? Efectivament en les últimes dècades s'ha descobert que unes quantes espècies d'organismes simples tenen un codi genètic lleugerament diferent per traduir les instruccions genètiques de combinar aminoàcids en un ordre determinat. Aquestes petites variacions sol s'han trobat en uns quants microorganismes independents, i en mitocondries i cloroplastes.*
Les petites excepcions a la regla general que tots els organismes usen exactament el mateix codi genètic són interessants, i el seu estudi contribuirà al coneixement dels processos i mecanismes evolutius. Però no canvien el fet que gairebé el 100% de les espècies vives de plantes i animals (dels mamífers complexos als bacteris més simples) usen exactament el mateix reglament o codi genètic per produir proteïnes.
Els principis de l'evolució expliquen aquestes petites variacions. Per entendre això, examinem com el codi genètic tradueix la informació de l'ADN per produir proteïnes. Com porta la informació molecular d'un gen (un segment d'ADN) a la síntesi de determinada proteïna, amb la seqüència perfecta d'aminoàcids? El procés comença amb l'ADN, que està format per diferents seqüències de quatre composts químics nitrogenats cridats nucleótids (adenina, timina, guanina i citosina: A, T, G, C). A la molècula de dues cadenes d'ADN (la famosa "doble hèlix"), cada cadena de nucleótids és una "còpia complementària" de l'altra: A sempre s'acobla amb T i G s'acobla amb C. El primer pas de la síntesi de proteïnes és que les dues cadenes de la molècula d'ADN s'"obren". A continuació una altra molècula ( ARN missatger ) forma una cadena sobre una de les dues cadenes separades. Aquesta cadena també és "complementària", amb l'excepció de que l'uracil (U) reemplaça la timina; és a dir que A s'acobla amb o i G s'acobla amb C. L'ARN missatger transporta aquesta còpia complementària de l'ADN del nucli de la cèl·lula al citoplasma de la cèl·lula (a unes estructures cridades ribosomes ). Els ribosomas recorren les cadenes d'ARN missatger traduint la informació. Amb la intervenció d'altres molècules d'ARN i una altra ronda d'"aparellament" químic, la converteixen en una seqüència d'aminoàcids que dóna lloc a una proteïna.
Tornem per un moment a la cadena d'ADN al començament del procés: els nucleótids dels gens de les cadenes d'ADN són organitzats en triplets cridats " codones " (per exemple U-C-A o A-U-G). Cada triplet codifica un aminoàcid particular: per exemple, el triplet U-U-U codifica l'aminoàcid fenilanina; el triplet U-G-G codifica l'aminoàcid triptófano; el triplet G-A-U codifica l'aminoàcid aspartato, i així successivament. Uns triplets donen el senyal del qual la síntesi de proteïnes ha de començar (A-U-G) o del qual ha de parar (U-G-A). A més, és important saber que encara que un triplet codifica un sol aminoàcid, a molts aminoàcids els codifica més d'un triplet. Per exemple, els triplets A-C-U, A-C-C, A-C- A i A-C-G codifiquen la producció de l'aminoàcid treonina.
La seqüència general dels diferents triplets determina l'ordre en el qual s'acoblen diferents aminoàcids, el que porta a sintetitzar diferents proteïnes. En el procés d'ADN a proteïna, hi ha diverses molècules intermediàries (ARN missatger, ARN de transferència i ARN ribosomal) que primer "llegeixen" les seqüències de triplets del segment d'ADN, després "transporten" les seqüències complementàries a diferents parts de la cèl·lula (els ribosomes) i a continuació les uneixen a una altra seqüència complementària d'ARN, que agafa els aminoàcids corresponents i els col·loca en ordre per formar una cadena de proteïnes particular.
Òbviament aquest és un procés complex de molts passos. Per a aquesta discussió no és necessari entendre-ho a fons, però una idea general del que succeeix per produir les diferents classes de proteïnes ens ajudarà a veure que les poques "variacions del codi genètic gairebé enterament universal" que ocorren a organismes simples com els micoplasmes realment són mínimes . Són petits canvis del que normalment codifiquen uns quants triplets. Per exemple, en gairebé tots els organismes, el triplet U-G-A codifica el senyal d'"alt" per al procés d'acoblament de proteïnes; però en uns micoplasmas primitius, el triplet U-G-A codifica l'aminoàcid triptòfan.
Aquestes variacions no canvien el fet que el codi genètic compartit per gairebé el 100% de les espècies animals i vegetals (que tots els triplets codifiquen exactament els mateixos aminoàcids) és evidència summament forta que totes les espècies descendeixen d'avantpassats comuns. A més, els genetistes moleculars actualment pensen que les petites variants del codi genètic es poden explicar pels mecanismes normals de l'evolució. Fa anys molts biòlegs pensaven que el codi genètic va romandre completament igual a tots els organismes des dels orígens de la vida perquè qualsevol canvi a aquests processos moleculars bàsics trastornaria per complet el funcionament cel·lular i que la selecció natural eliminaria ràpidament tals mutacions. Però avui els biòlegs creuen que els processos al nivell molecular no són tan fixos i rígids com es pensava. Per exemple, sabem que els segments d'ADN anomenats transposones (o gens mòbils) "salten" d'un costat a un altre dels cromosomes, la qual cosa provoca mutacions dels gens propers. De vegades un triplet de l'ADN que normalment codifica la producció d'un aminoàcid particular pot sofrir certs canvis i codificar un altre aminoàcid sense causar un col·lapse total del funcionament cel·lular. Això no és especulació: aquests canvis s'han observat al laboratori en poblacions d'organismes vius.
Així que avui la majoria dels biòlegs coincideixen a que: 1) les variacions del codi genètic universal que s'han trobat en un grapat d'espècies primitives són rares i, a més, summament secundàries i, per tant, és essencialment correcte dir que el codi genètic és universal (o "gairebé universal"): que és comú a totes les espècies i que és prova fefaent del seu parentiu i descendència d'avantpassats comuns;2) el descobriment d'aquestes petites variacions del codi genètic no ha trastornat les filogènies evolutives (els arbres evolutius) que es van elaborar prèviament per altres mètodes (això simplement vol dir que les variacions són tan petites que no alteren els parentius i les seqüències d'avantpassats-descendents que es van reconstruir del registre fòssil i de l'evidència molecular); i 3) aquestes variacions rares i menors del codi genètic mostren que pot sofrir almenys una petita quantitat de modificació evolutiva.
És significatiu que aquestes poques variacions del codi genètic hagin tingut poc o cap efecte en la síntesi de proteïnes o en altres funcions cel·lulars. En el passat evolutiu, les mutacions que van ocórrer en els triplets d'ADN no van estar subjectes directament a la selecció natural darwiniana (perquè la selecció natural opera al nivell de poblacions senceres d'individus que es reprodueixen, cada uns dels quals és una manifestació de la complexa interacció entre la seva constitució genètica total i el seu ambient); però fins i tot si aquestes petites modificacions no haguessin tingut cap efecte en l'"aptitud reproductora" dels organismes que tinguessin aquestes mutacions, es podrien haver transmès passivament de generació en generació quan els organismes es reproduïen i les poblacions evolucionaven.
De nou, resulta cada vegada més clar que tals mutacions poden ocórrer sense trastornar per complet el funcionament de la cèl·lula (com predeien abans molts biòlegs i com continuen afirmant els creacionistas). Pel vist això està relacionat amb el fet que en tots els sistemes naturals hi sol haver molta redundància ("múltiples còpies"), i així és en el nivell molecular. Una de les implicacions d'aquesta redundància és que pot donar-se un canvi menor en la seqüència d'un triplet (que codifica determinat aminoàcid en l'acoblament de determinada proteïna) sense que es trastorni fonamentalment la síntesi de la proteïna... simplement perquè hi ha moltes altres còpies d'aquest triplet que no han canviat i que continuen codificant aquesta proteïna.
Entendre això ens ajuda a veure els problemes del raonament dels creacionistes de Disseny Intel·ligent, com Michael Behe, que diu que les reaccions moleculars complexes de diversos passos tenen una "complexitat irreductible" que impedeix que les modificacions evolutives d'aquests processos es preservin perquè trastornarien i danyarien el funcionament de la cèl·lula. La rigidesa del raonament de Behe (que subestima les implicacions creatives del "desordre" i la redundància natural de la vida) el porta a concloure que la vida no podria generar processos bioquímics tan complexos "pel seu compte" més que amb la selecció natural... i a concloure que l'existència de tals maquinàries subcel·lulars és evidència del disseny conscient d'un "artífex intel·ligent".
És correcte dir que el procés de síntesi de proteïnes és "complex". També és correcte dir que si en determinat moment totes les parts d'aquest procés no s'acoblen com cal, no es formarà una proteïna i això pot causar problemes. Però això no vol dir que mai no s'hagin pogut donar modificacions evolutives en aquest sistema (en un o diversos punts del passat) sense que tot el sistema caigués. Com hem recalcat moltes vegades en aquesta sèrie, la quantitat i la naturalesa dels canvis que poden donar-se en un tret particular dels organismes vius sempre tenen límits relatius (simplement perquè les modificacions evolutives es donen sobre la variació natural que ja hi ha en una població, les propietats físiques i químiques de la qual necessàriament canalitzaran i restringiran els canvis possibles en aquell moment); així que és correcte reconèixer que sempre hi ha límits materials a la variació possible. Però mai no hi ha un límit absolut, que impedeixi tot canvi, en cap nivell d'organització de la matèria.
Així que si bé és cert que la síntesi de proteïnes requereix molècules complexes i mecanismes complexos (sobre els quals aprenem més cada dia), el descobriment de petites excepcions a la regla general que tots els organismes comparteixen el mateix codi genètic universal ens demostra que efectivament poden donar-se canvis en els processos més fonamentals de tots els éssers vius del planeta.
Al laboratori s'ha observat que una mutació a l'atzar d'un triplet pot fer que codifiqui un aminoàcid diferent sense que es desbarati tot el sistema de síntesi de proteïnes (especialment si les còpies del triplet que no van canviar continuen realitzant les seves funcions). Malgrat aquesta evidència directa, els creacionistes (especialment els de Disseny Intel·ligent) segueixen tapant-se els ulls i no reconeixen el que els biòlegs avui entenen: que l'evolució pot crear nous trets (fins i tot al nivell molecular) i alhora preservar i mantenir trets i funcions previs.
(Els lectors interessats en una discussió més tècnica d'aquests temes poden consultar l'article "Variations in the Genetic Code: Evolutionary Explanations", de Finn i Jean Pond, de setembre-octubre de 2002 del butlletí informatiu del National Center for Science Education).
NOTES:
* Les mitocondries i els cloroplastes són "organels" subcel·lulars que contenen el seu propi ADN separat; es creu que en algun temps van ser organismes independents, però ara són part de la maquinària interna productora d'energia de les cèl·lules vegetals i animals.