Entrevista a Andreas Wagner

El Instituto Cavanilles de Biodiversidad y Biología Evolutiva acoge cada año el Memorial Peregrín Casanova, una conferencia anual en la que se celebra la larga tradición evolutiva de la Universitat de València invitando a biólogos evolutivos de talla mundial para impartir una conferencia plenaria sobre temas en las fronteras del conocimiento en ecología y evolución. En 2022, el Memorial contó con la presencia del Dr. Andreas Wagner, catedrático y director del Departamento de Biología Evolutiva y Estudios Ambientales de la Universidad de Zúrich, además de profesor externo del Instituto Santa Fe en Nuevo Méjico (EE. UU.) y miembro electo de la Organización Europea de Biología Molecular (EMBO, por sus siglas en inglés) y de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia (AAAS). El doctor Wagner es un referente en el estudio de las innovaciones evolutivas, tema sobre el que además ha escrito varios libros de divulgación que han recibido diversos reconocimientos. La conferencia tuvo lugar en la Sala Darwin del Campus de Burjassot y fue todo un éxito. Antes de su espléndida intervención, tuvimos la oportunidad de charlar con él sobre cómo surgen las innovaciones durante la evolución, su trascendencia para entender la historia de la vida en este planeta, y sobre los procesos creativos en general.

¿Qué es la robustez y por qué es importante en la evolución?

La robustez es la capacidad de un organismo de soportar mutaciones, de sobrevivir en presencia de estas, principalmente en su ADN. Es una propiedad extraordinaria, teniendo en cuenta lo complicados que son los sistemas biológicos. Incluso la célula microbiana más simple, como Escherichia coli, está compuesta de miles de millones de proteínas que llevan a cabo complicadas tareas bioquímicas. Y no está claro a priori que un sistema tan complejo no se desmorone como un castillo de naipes si se cambia alguno de sus componentes. Sin embargo, estos componentes cambian continuamente a través de mutaciones del ADN que lo alteran al azar. Por lo tanto, el hecho de que sistemas tan complejos puedan ser, hasta cierto punto, robustos frente a los cambios en el ADN, es notable. Y, por supuesto, no son robustas solo las células bacterianas simples; los organismos superiores como nosotros, por ejemplo, son igual de robustos frente a las mutaciones.

Usted ha dedicado buena parte de su carrera, así como su libro Arrival of the fittest (‘La llegada del más apto’), a entender las innovaciones evolutivas. ¿Por qué?

Personalmente, me fascina el proceso de cómo llegan las cosas nuevas al mundo. Para entender esta fascinación, quizás es útil retroceder en el tiempo, hasta antes de Darwin, cuando la creación no se consideraba un proceso en marcha. El mundo había sido creado en algún momento y, desde entonces, no había cambiado gran cosa. Fue el pensamiento darwinista, la biología evolutiva darwinista, lo que nos dio la posibilidad de pensar en cómo se produce la innovación, porque fue la primera línea de pensamiento que la estableció como una parte importante del estudio de la vida. Incluso en tiempos más modernos, no ha sido evidente que la evolución puede conllevar innovaciones. Por ejemplo, basta con fijarnos en la corriente de pensamiento del diseño inteligente que proponen los creacionistas. Los creacionistas argumentan que la evolución puede cambiar algunas cosas aquí y allá, en los márgenes de lo que ha sido creado por un Dios inteligente, pero defienden que, en general, no puede crear algo sustancialmente nuevo. Ahora tenemos muchas pruebas de que esto no es así, sino que la evolución puede efectivamente crear y puede hacerlo incluso en escalas evolutivas muy, muy cortas. Por tanto, creo que es importante estudiar las innovaciones, y cuestionar cómo y por qué los sistemas biológicos pueden ser innovadores.

Usted ha realizado un trabajo pionero sobre las redes de genotipos y cómo pueden ayudarnos a entender de qué forma se produce la innovación, cómo la vida encuentra nuevas soluciones a los problemas planteados por el entorno. ¿Cómo explicaría usted el concepto de redes de genotipos y cómo pueden ayudarnos a entender la innovación?

Necesitaré más de un par de frases para hacerlo, ya que es un concepto bastante abstracto. Lo mejor es ilustrarlo con un ejemplo del mismo sistema biológico, como las proteínas. Sabemos que las proteínas son largas cadenas de aminoácidos donde cada uno de estos puede tener una identidad de entre veinte diferentes, y sabemos que muchas proteínas incluyen muchos aminoácidos diferentes. Por ejemplo, para una proteína de 100 aminoácidos de longitud, podemos pensar en 20¹⁰⁰ posibles cadenas de aminoácidos. Se trata de un espacio de probabilidad enorme, con muchísimas proteínas posibles, y todas las proteínas que sabemos que realizan alguna función importante en la vida deben existir dentro de este espacio general. Ahora bien, una cuestión fundamental que podemos plantear es la siguiente: ¿cómo se organizan en este espacio las proteínas con funciones diferentes, como la catálisis de reacciones químicas, el transporte de moléculas, o la comunicación entre células? Una posibilidad puede ser que todas las proteínas que catalizan unas reacciones químicas concretas estén organizadas en un rincón específico de este espacio, las proteínas que cumplen una función distinta se organicen en otro, y así sucesivamente. Pero, cuando se ha analizado este espacio, se ha encontrado un tipo de organización completamente distinto. Lo primero que se descubrió es que por cada proteína que realiza una tarea en particular –por ejemplo, destruir un antibiótico– existen muchas cadenas de aminoácidos que pueden hacer el mismo trabajo. Así, hay muchas cadenas que pueden cumplir la misma función, y, generalmente, estas cadenas no están situadas únicamente en una región específica de este espacio muestral de posibles cadenas. Por el contrario, están muy repartidas por todo el espacio. Y además, están conectadas a modo de red. Y con esto volvemos a la raíz de la pregunta. Es decir, si en una de estas cadenas de aminoácidos que puede destruir un antibiótico, cambia tan solo uno de ellos, es muy habitual que la cadena conserve la dicha capacidad. Si vamos un paso más allá, y cambia un segundo aminoácido, todavía habrá cadenas capaces de destruir el antibiótico. Y si el proceso continúa, veremos que es posible pasar por toda una posible colección de cadenas de aminoácidos hasta llegar a una cadena que es muy distinta de la primera, pero que aun así conserva la función original de la proteína. A esto nos referimos con las redes de genotipos. Es decir, una red de genotipos, en este caso, de cadenas de aminoácidos, que están conectadas a través de pequeñas mutaciones que conservan la habilidad de una proteína para realizar una determinada tarea.

Entonces, ¿podemos considerar una población de individuos como un grupo de exploradores que recorre esta red mientras los individuos mantienen las mismas funciones?

Exacto. En nuestro ejemplo, puede ser importante para una población de bacterias conservar la habilidad de una proteína para destruir un antibiótico. Por lo tanto, esta población de bacterias, a través de mutaciones individuales en la secuencia de ADN que codifica dicha proteína, sería capaz de expandirse en este espacio a lo largo de la red de genotipos, porque los diferentes genotipos que confieren esta función están interconectados. Otro fenómeno sorprendente cuya importancia para la evolución hemos logrado entender es que diferentes redes de genotipos con funciones distintas están muy entrelazadas. Por ejemplo, una red de genotipos de proteínas con una determinada función de resistencia a los antibióticos y una red de genotipos de proteínas con el papel de transportar moléculas pueden solaparse y formar un tapiz o tejido complejo. Lo más importante es que esto significa que, cambiando solo unos pocos aminoácidos, realizando unos pocos cambios mutacionales, podemos a menudo pasar de una red de genotipos concreta a otra completamente distinta en la que las proteínas realizan trabajos diferentes. Estas dos propiedades juntas –la existencia de redes de genotipos y su interconexión– facilitarán la innovación evolutiva. Aunque una población explora una red de genotipos mediante procesos darwinianos como las mutaciones aleatorias y la selección, algunos de sus miembros pueden salirse de dicha red y formar una nueva. Muchas de las mutaciones que provocan este abandono de la red pueden ser dañinas o perjudiciales, y la selección natural se encargará de eliminarlas. Pero algunas facilitarán una nueva función beneficiosa que les permitirá sobrevivir.

Foto: Daniel García-Sala

Supongo que esta es una de las razones por las que la robustez y la innovación están íntimamente relacionadas.

Sí, esa es una de las conexiones entre ambas, porque en realidad, una red de genotipos se puede explorar de más de una manera, con múltiples enfoques y metodologías diferentes, y puede seguir conservando su capacidad de realizar la función original. Esto quiere decir que la capacidad de realizar una función biológica tiene cierto grado de robustez frente a las mutaciones. Se conserva incluso cuando se producen mutaciones. Y se puede demostrar matemáticamente que esta robustez es realmente un requisito esencial para la existencia de las redes de genotipos, porque permite que los individuos exploren nuevas regiones del espacio genotípico y descubran nuevas funciones biológicas. Por lo tanto, estas dos propiedades, la robustez y la capacidad de innovación, están íntimamente relacionadas entre sí.

Fascinante. En su último libro, Life finds a way (‘La vida se abre camino’), habla sobre la creatividad y la relación de este concepto con las innovaciones evolutivas. Explica de qué manera la selección natural puede haber permitido a la vida ser más creativa. ¿Puede explicar esto brevemente?

Para comprenderlo, hay otra metáfora muy útil, la del paisaje adaptativo, probablemente una de las más definitorias de la biología evolutiva. Un paisaje adaptativo es una analogía del entorno físico que nos rodea, en el que cada punto en el espacio se corresponde con un fenotipo particular; por ejemplo, una proteína, con una cadena de aminoácidos específica. En este paisaje, la elevación de cada punto se corresponde con la aptitud de un sistema biológico que contenga una proteína con este genotipo. Las localizaciones o los genotipos con gran elevación son muy aptos, mientras que los de menor elevación lo son menos. Ahora bien, sabemos, gracias al análisis experimental de paisajes adaptativos específicos, que estos paisajes albergan accidentes geográficos. Es decir, tienen múltiples picos y valles que pueden suponer un gran problema para la evolución adaptativa. La razón es que la selección natural solo puede conducir a una población hacia la colina más cercana del paisaje, porque solo puede seleccionar genotipos que aumenten la aptitud. Sin embargo, es posible que un paisaje adaptativo contenga muchas colinas bajas y solo unos pocos picos muy altos. Los picos altos representan los lugares donde residirán los organismos o genotipos más aptos, y es ahí donde se quiere llegar en última instancia. El problema es cómo podemos llegar a un pico alto cuando estamos en una colina baja si para ello es necesario atravesar uno o más valles de menor aptitud. La selección natural no nos permite hacer eso. Por definición, esta fuerza evolutiva siempre se mueve hacia arriba. Por lo tanto, tiene que haber otros mecanismos que permitan que una población lo consiga. Existen múltiples mecanismos a tal efecto. Uno de ellos es debilitar la selección. Básicamente, se permite a una población descender a uno de los valles mediante dinámicas evolutivas que no estén dirigidas completamente por la selección. De nuevo, esto se puede conseguir de varias maneras, y una de ellas es reducir el tamaño de las poblaciones. Para poblaciones de pequeño tamaño, conocemos una fuerza evolutiva llamada deriva genética cuya importancia radica en que es muy diferente de la selección natural. La deriva genética provoca que una población vaya dando tumbos aleatoriamente por el paisaje. Gracias a estos movimientos aleatorios, las poblaciones pueden cruzar un valle entre dos picos de adaptación más fácilmente.

«Si queremos fomentar la creatividad, es necesario crear espacios en los que los errores no sean un problema»

Así pues, parece que hemos aprendido mucho sobre los procesos creativos en la biología evolutiva. ¿Hemos descubierto algo sobre ellos que nos permita comprender mejor otros procesos creativos como la creatividad humana?

Sería absurdo suponer que todo lo que hemos aprendido sobre la creatividad biológica es aplicable también, por ejemplo, al ámbito humano o al de la ingeniería. Pero creo que sí podemos aprender algunas lecciones de la creatividad biológica que pueden ser útiles para diferentes formas de creatividad humana. Veamos un ejemplo muy concreto. Los ingenieros siempre están trabajando para mejorar los dispositivos que diseñan, y resulta que los principios evolutivos pueden suponer una gran ayuda. Existe un área de la informática denominada programación evolutiva, programación genética o algoritmos genéticos, que utiliza principios de la biología para mejorar los dispositivos. Esta disciplina ha dado resultados espectaculares en cuanto al diseño de dispositivos como las antenas espaciales, que fueron creadas mediante algoritmos genéticos. Es decir, básicamente, un programa informático guiado por principios evolutivos puede optimizar su organización mejor de lo que los humanos habían logrado anteriormente. Existen muchos ejemplos en la ingeniería humana de cómo principios evolutivos como la mutación, la selección y la recombinación pueden ayudarnos a mejorar el diseño de artefactos.

¿Y más allá de eso?

Aparte de la ingeniería, está también la cuestión de si la creatividad humana presenta paralelismos con la evolución biológica. Llevamos mucho tiempo haciéndonos esa pregunta. De hecho, se lleva planteando desde antes de la época de Darwin, cuando destacados pensadores sostenían que nuestros cerebros simplemente generan pensamientos aleatorios, ideas al azar y conceptos nuevos continuamente, y luego seleccionamos de alguna manera aquellos que funcionan mejor para un propósito concreto. Desde este punto de vista, lo que ocurre dentro de nuestra cabeza es una especie de microcosmos del mecanismo de evolución darwiniana. Por supuesto, no tenemos una visión tan detallada de lo que sucede en nuestra cabeza cuando surgen nuevas ideas y conceptos, pero se dan paralelismos interesantes. Hasta el día de hoy, destacados científicos –como los psicólogos cognitivos o los investigadores que comparan los patrones de descubrimiento en la historia de la ciencia con los de la evolución biológica– sostienen que existen profundas similitudes entre ambos procesos. Si eso es cierto, creo que podemos intentar aplicar a la creatividad humana algunos de los principios que hemos aprendido sobre cómo explora la evolución los paisajes adaptativos. Todavía no se ha hecho de forma muy sistemática, pero creo que será un área muy importante de investigación en el futuro.

Interesante. Entonces, de forma análoga a una red de genotipos, una mente errante configurada de una determinada manera ¿podría estar mejor equipada para encontrar soluciones creativas?

Exacto. Esa es una de las ideas. Los psicólogos estudian el proceso por el cual la mente divaga y descubren que las mentes que lo hacen pueden ser a veces más creativas que las mentes que se concentran absolutamente en un tema concreto.

Una última pregunta. ¿Qué opina de nuestro sistema educativo? En concreto, ¿la forma de trabajar del personal científico es la correcta si queremos maximizar la creatividad? ¿Ofrece suficiente espacio para divagar y cometer errores que fomenten la creatividad?

Creo que una lección importante que podemos aprender de la biología es que, en algunas circunstancias, puede ser muy importante tolerar errores, tolerar mutaciones del ADN que pueden no ser útiles en un momento dado, pero que podrían llegar a serlo más adelante. Por analogía, creo que sería un error diseñar un sistema educativo similar a algunos sistemas asiáticos actuales, en los que se castigan severamente los errores, por ejemplo mediante exámenes únicos que deciden el futuro profesional del alumnado. Suspendes un único examen en tu vida y tu futuro camino hacia la educación superior puede quedar cerrado. Ese enfoque no es correcto. Si queremos fomentar la creatividad, es necesario crear espacios en los que los errores no sean un problema, en los que se puedan tolerar. Esto no quiere decir que todos los entornos educativos tengan que ser así, pero sí al menos algunos. Este es un argumento a favor de la continuidad de asignaturas escolares en las que la creatividad es ciertamente muy importante, como la música, las artes, etc., que, por lo que tengo entendido, se están reduciendo lentamente en muchos países en favor de las ciencias puras. Yo mismo soy científico y no tengo nada en contra de ofrecer una sólida formación científica y matemática, pero esa formación no debe ir en detrimento de asignaturas que preserven y potencien la creatividad.