2013-04-20

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Calculando la Complejidad Irreductible en Sistemas Bioquímicos (PARTE I) —William Dembski, Jonathan Wells



Los obstáculos que la evolución debe superar.

En su intento de coordinar a los sucesivos cambios evolutivos que se requieren para traer a la existencia maquinas moleculares complejas, el mecanismo Darwiniano se enfrenta con una serie de obstáculos. Entre ellos, se incluyen los siguientes:


1. Disponibilidad: ¿Están disponibles las partes que se necesitan para la evolución de un sistema bioquímico irreduciblemente complejo como el flagelo bacteriano?


2. Sincronización: ¿Están  disponibles en el tiempo correcto de tal modo que puedan ser incorporadas cuando el sistema en evolución las necesite?


3. Localización: Aún con las partes disponibles en el tiempo correcto de inclusión en un sistema en evolución, ¿pueden las partes separarse libremente de los sistemas en los que corrientemente están integradas (sin dañar a aquellos sistemas) para luego hacerse disponibles en el “sitio de construcción” de un sistema en evolución?


4. Reacciones de interferencia: Dado por sentado el hecho de que las partes pueden reunirse entre sí en el tiempo y lugar correcto, ¿cómo es que aquellas partes inservibles que deberían “retirarse” pueden ser excluidas del “sitio de construcción” del sistema en evolución?


5. Compatibilidad de Interface. Las partes que están siendo reclutadas para su inclusión en un sistema en evolución ¿son mutuamente compatibles en el sentido de que se adaptan o encajan ajustadamente de tal manera que, una vez bien posicionadas, las partes trabajan juntas dando lugar a un sistema funcional?


6. Orden de Ensamblaje: Aún con todas y solamente las partes correctas alcanzando la ubicación correcta en el tiempo correcto, y aun con una compatibilidad de interface completa, ¿se ensamblarán en el orden correcto a fin de formar un sistema funcional?


7. Configuración. Todavía con las partes correctas programadas para ser ensambladas en la secuencia correcta, ¿se ordenarán de la forma correcta para dar lugar a un sistema que funcione correctamente?


Para entender las cuestiones que entran en juego a la hora de superar estas barreras, imagine que usted es un contratista de obra a quien se le ha pagado para construir una casa. Para construir una casa con éxito, usted necesita sobreponerse a cada uno de estos obstáculos. Primero, precisa determinar que todos los ítems necesarios para la construcción de la vivienda (ladrillos, vigas de madera, cables eléctricos, vidrios, tuberías, etc.) existan y por consiguiente estén disponibles para su utilización. Segundo, necesita asegurarse de que podrá obtener todos estos ítems dentro de un periodo razonable de tiempo. Por ejemplo, si los ítems cruciales se ordenasen en sentido inverso de prioridad a lo largo de los años, entonces usted no será capaz de cumplir con su contrato de completar la casa dentro del tiempo acordado. Por consiguiente, la disponibilidad de los ítems debe estar sincronizada. Tercero, se necesitan transportar todos los ítems al sitio de construcción. En otras palabras, todos los elementos necesarios para construir la vivienda deben localizarse correctamente en donde la casa será construida.


Cuarto, usted necesita limpiar el sitio de construcción de aquellos objetos u elementos que arruinen la casa o interfieran con su construcción.  Por ejemplo, emanaciones de desechos radioactivos o tendidos de minas altamente explosivas sobre el sitio de construcción efectivamente evitarán que una casa habitable se construya en ese lugar. De forma menos dramática, si encontramos amontonamientos de chatarra en el camino hacia el sitio (ítems que son irrelevantes a la construcción del edificio, tales como latas, juguetes rotos, y diarios viejos), puede volverse difícil atravesar el desorden, y por consiguiente, hallar los ítems necesarios para construir la casa, la cual es incapaz de auto-construirse. Aquellos elementos que se encuentran obstaculizando el camino al sitio de construcción de una vivienda habitable pueden ser descriptos como generadores de reacciones de interferencia.


Quinto, proporcionar el tipo correcto de materiales requeridos para la casa no es suficiente. Como constructor, usted necesita asegurar que se adapten adecuadamente unos con otros. Si, usted necesita tuercas y tornillos, tubos y grifos, cables eléctricos y conductos, pero a menos que las tuercas encajen apropiadamente con los tornillos, que los grifos se adapten a los tubos, y a menos que los cables eléctricos entren con facilidad dentro de los conductos, no será capaz de edificar una casa habitable. Seguramente, cada parte tomada por si misma tal vez puede servir perfectamente como material de construcción que le permita trabajar con éxito en alguna que otra casa. Pero aquí lo único relevante para usted es la casa que está construyendo actualmente. Solo en el caso de que las piezas se adapten unas con otras y se articulen correctamente en el sitio de construcción, usted será capaz de construir una casa habitable. En resumen, como constructor necesita asegurarse de que los elementos que transportó a la construcción no solo sean del tipo necesario para construir casas, sino también que estos compartan compatibilidad de interface así puedan trabajar juntos de forma efectiva.


Sexto, aún con todos los materiales apropiados y en el sitio de construcción, usted necesita garantizar que estos ítems sean colocados juntos en el orden acertado. De esta forma, en la construcción de la vivienda, necesitan colocarse primero los cimientos. Si primero levanta los muros, y luego intenta poner el cimiento por debajo de las paredes, sus esfuerzos de construir la casa no darán fruto. Materiales correctos requieren un orden de ensamblaje correcto a fin de construir una morada habitable. Séptimo y por último, aun si usted está ensamblando los materiales indicados para la construcción en el orden adecuado, los materiales deben ser ordenados apropiadamente. Este es el motivo por el cual, como contratista, usted emplea albañiles, plomeros y electricistas. Contrata a estos especialistas no meramente para ensamblar los materiales de construcción correctos en el orden correcto, sino que también para posicionarlos en la forma correcta. Por ejemplo, los ladrillos pueden ensamblarse en el orden requerido a fin de construir una pared. Pero si los ladrillos se encuentran orientados con ángulos extraños, o si la pared es construida con tal inclinación que un leve empuje hará que se desplome, entonces no tendremos una casa habitable como resultado, aún cuando el orden de ensamblaje sea preciso. En otras palabras, no es suficiente que los ítems correctos sean ensamblados en el orden correcto; además de ser ensamblados, deben ser configurados en el orden correcto.


Ahora bien, como contratista de obra, usted no encontrará insuperable a ninguno de estos desafíos. Esto es porque, como un agente inteligente, observa la imagen terminada. Usted puede mirar al futuro y predecir cuál será su producto final. Por consiguiente, puede coordinar todos los trabajos que se precisan para superar estas barreras. Tiene un plan arquitectónico para la casa. Sabe cuáles son los materiales requeridos para construir la vivienda. Sabe cómo llevar adelante la empresa. Sabe cómo repartir los ítems en el lugar y tiempo correctos. Sabe como asegurar el lugar contra vándalos, robos, como quitar los escombros, como evitar el desgaste, y cualquier otra cosa que pueda perjudicar sus esfuerzos de construcción. Sabe cómo garantizar que los materiales de construcción se adapten adecuadamente unos con otros para que puedan trabajar juntos de forma efectiva una vez puestos en escena. Conoce el orden de ensamblaje en el que deben colocarse los materiales. Y, aunque usted contrata a los especialistas (es decir, a los sub-contratistas), sabe como ordenar estos materiales en la configuración correcta. Todo este conjunto de técnicas y conocimientos resultan la inteligencia y esa es la razón por la que usted puede construir una casa habitable.


Pero el mecanismo Darwiniano de variaciones al azar y selección natural no posee este conjunto de conocimientos. Todo lo que este sabe es cómo modificar aleatoriamente a estructuras biológicas para entonces preservar aquellas modificaciones azarosas que pasen a ser útiles en el momento (la utilidad es medida en términos de supervivencia y reproducción). El mecanismo Darwiniano es un mecanismo de gratificación instantánea. Si el mecanismo Darwiniano fuese un contratista de obra, podría levantar primero los muros en vista del beneficio inmediato al mantener fuera a los intrusos del sitio de construcción, incluso cuando al levantarse una pared primero no podrá ser colocado el cimiento después y, como consecuencia, todo intento de construir una casa habitable fracasará. Así es como el mecanismo Darwiniano trabaja, y esta es la razón por la cual es tan limitado. Es un improvisador de prueba y error el cual en cada acto de improvisación necesita mantener o mejorar la ventaja presente o seleccionar una nueva ventaja adquirida. No puede hacer sacrificios presentes a fin de acumular para futuro beneficios que todavía no son palpables.


Así pues, imagine lo que significaría para el mecanismo darwiniano superar estos siete desafíos en un flagelo bacteriano en evolución. Comenzamos con una bacteria que no tiene flagelo, sin genes que codifiquen las proteínas del flagelo, y sin genes homólogos a los genes que codifican las proteínas del flagelo. Se supone que tal bacteria ha evolucionado, a través del tiempo, hacia una bacteria con un completo equipo de genes complementarios que se necesitan todos juntos para producir un flagelo completamente funcional. ¿Es suficiente el mecanismo Darwiniano como para coordinar todos los eventos bioquímicos que se necesitan sobreponerse a estos siete desafíos y por lo tanto hacer evolucionar al flagelo bacteriano? Responder con un sí a esta cuestión es atribuirle poderes creativos al mecanismo Darwiniano lo que es implausible en extremo.


Para ver esto, recorramos estos siete desafíos examinando el reto que cada uno le plantea a la evolución Darwiniana del flagelo bacteriano. Comencemos con la cuestión de la disponibilidad: ¿Puede el mecanismo Darwiniano superar el desafío de la disponibilidad? Para sobreponerse a este obstáculo, el mecanismo Darwiniano necesita formar proteínas nuevas. (Si el flagelo bacteriano evolucionó en su totalidad, evolucionó a partir de una bacteria sin los genes, exactos o homólogos, que codifican las proteínas de la estructura flagelar). Ahora bien, el mecanismo Darwiniano en algunos casos puede ser capaz de modificar proteínas existentes o reclutarlas al por mayor para darles nuevos usos (vea, por ejemplo, el trabajo de Meier et al. citado en el final del articulo “Ni simple, ni complejo… solo preciso”). Pero, propuesto como mecanismo general que explica la aparición de proteínas nuevas, la evidencia va en contra del mecanismo Darwiniano. Como lo veremos en un futuro artículo, investigaciones acerca del pliegue de los dominios proteicos indican que ciertas clases de proteínas son altamente improbables de hacer evolucionar a través de un proceso Darwiniano. De acuerdo con ello producir nuevas proteínas, lo cual es requerido en la evolución del flagelo bacteriano, parece ser improbable para el mecanismo Darwiniano.


Ahora evaluemos el punto de la sincronización. La evolución Darwiniana tiene mucho tiempo para operar, y parece no estar afectada por ninguna fecha limite (aunque los astrofísicos ponen un límite para la existencia del planeta, cuando el sol se vuelva una gigante roja, lo que causará su expansión y la incineración de cualquier cosa que se interponga en su camino, incluyendo a la Tierra (1)). Así que, quizás no sea crucial para la evolución la disponibilidad de alguna proteína especificada o estructura anatómica —a menos qué la disponibilidad sea de tal manera prematura que la proteína en cuestión termine desapareciendo o perdiendo su capacidad de integrarse antes de que sea requerida en el sistema en evolución. Pero note que la ontogenia no es tan perdonadora. Al igual que el desarrollo de un organismo desde el ovulo fecundado hasta el adulto, necesita elementos constitutivos específicos en los tiempos correctos o de otra manera perecerá. Aunque la evolución puede ser relativamente insensible al problema de la sincronización, la ontogenia no lo es.


Por otro lado, el asunto de la localización parece ser considerablemente más dificultoso de aclarar para el mecanismo Darwiniano. Aquí el problema es que los ítems asignados originalmente a cierto sistema necesitan ser re-asignados y reclutados para su uso en un sistema emergente y novedoso. Este sistema emergente aparece como un sistema modificado, con partes previamente incorporadas en otros sistemas. Pero ¿cuán probable es que estos ítems se separen y luego se posicionen en el sitio de construcción de otro sistema, y por lo tanto, se transformen en un nuevo sistema emergente con una función nueva o mejorada? Nuestra mejor evidencia sugiere que este re-posicionamiento de ítems previamente asignados a sistemas diferentes, es improbable y se vuelve incrementalmente improbable en la medida en que más ítems necesitan ser re-posicionados de forma simultánea en la misma locación. Existen dos razones para esto. Primero, el sitio de construcción de un sistema bioquímico determinado tiende a mantener su integridad, incorporando solo proteínas pertinentes al sistema y rechazando a proteínas extraviadas que puedan ser disruptivas. Segundo, las proteínas no se separan simplemente por rutina de los sistemas a los que están asignadas; más bien, se requiere un conjunto completo de cambios genéticos, tales como duplicaciones génicas, cambios regulatorios, y mutaciones puntuales.


El problema de las reacciones de interferencia intensifica el desafío que la cuestión anterior le plantea al mecanismo Darwiniano. Si el flagelo bacteriano es, en efecto, el resultado de la evolución Darwiniana, entonces los precursores evolutivos del flagelo bacteriano debieron haber estado presentes a lo largo de su historia evolutiva. Estos precursores serían sistemas funcionales, y en su evolución hacia el flagelo deberían ser modificados por la incorporación de ítems asignados previamente a otros usos. Entonces, estos ítems precisarían ser posicionados en el sitio de construcción del precursor determinado. Ahora bien, tal como lo remarcamos anteriormente cuando hablamos del desafío de localización, no hay razón para pensar que esto es probable. Estamos hablando de proteínas extranjeras flotando alrededor de aquellos lugares en donde no se espera que otra proteína interna al sistema se separe y sea reciclada (en este caso, por proteínas denominadas proteasomas). Pero suponga que el sitio de construcción se vuelve más receptivo a proteínas nuevas. En este caso, al recibir ítems que puedan contribuir a la evolución del flagelo bacteriano, el sitio de construcción también le da la bienvenida a ítems que puedan estropear su evolución. Concluimos con qué cuando es fácil de aclarar la magnitud del problema de localización, el problema de las reacciones de interferencia es difícil de definir, y viceversa.


La compatibilidad de interface le levanta otro desafío al mecanismo Darwiniano. El problema es este. Para que el mecanismo Darwiniano haga evolucionar un sistema, debe reutilizar partes destinadas previamente a otros sistemas. Pero eso no es todo. También debe asegurar que estas partes re-utilizadas se articulen adecuadamente en el sistema en evolución. Si no, el sistema funcionara mal y por lo tanto no le conferirá una ventaja seleccionable duradera. Después de todo, los productos del Darwinismo son solo una reunión de elementos. En otras palabras, son sistemas formados por ítems pegados entre sí que han sido asignados previamente a usos diferentes. Ahora pues, si estos ítems han sido producidos de acuerdo con estándares comunes o convenciones puede haber una razón para pensar que los tales pueden trabajar juntos satisfactoriamente. Pero la selección natural, como mecanismo de satisfacción del momento, no posee capacidad inherente para estandarizar a los productos de la evolución. Y sin estandarización, aquello que la evolución puede manufacturar se vuelve extremadamente limitado.


Imagine autos producidos por diferentes fabricantes —por decir, un Chevrolet Impala de Estados Unidos y un Honda Accord de Japón. Aunque estos autos puedan ser absolutamente similares y puedan tener sub-sistemas y partes que realicen funciones idénticas de modos idénticos, las partes serán incompatibles. Usted no puede, por ejemplo, intercambiar el pistón de uno de los autos por el pistón del otro o, de la misma manera, intercambiar tornillos, tuercas y arandelas entre los dos vehículos. Esto es porque esos autos fueron diseñados de forma independiente de acuerdo con estándares y convenciones diferentes. Claro, en la planta de Chevrolet en la que se fabrica el impala existirá una estandarización que asegure que las diferentes partes del Impala y de otros modelos de Chevrolet presenten interfaces compatibles. Pero no habrá (o será muy poco significativa) una estandarización que involucre a fabricantes diferentes (por ejemplo, Chevrolet y Honda). De hecho, los estándares comunes y las convenciones que facilitan la compatibilidad de interface en sistemas funcionales distintos indican que existe no solo diseño en los sistemas sino que también un diseño común responsable de la estandarización.


Pero el mecanismo Darwiniano es incapaz de tal diseño común. Como mecanismo de gratificación instantánea, su única ancla está en aquellas estructuras que constituyen una ventaja inmediata para un organismo en evolución. No se garantiza que tales estructuras se adhieran a estándares y convenciones que les permitan agregarse e interactuar de forma efectiva con otras estructuras. Por ejemplo, los evolucionistas con frecuencia argumentan que el flagelo bacteriano evolucionó a partir de una jeringa microscópica conocida como Sistema de Secreción de Tipo III (TTSS para resumir). Según este modelo, un pilus o una estructura similar a un pelo fue reutilizado y anexado a la TTSS para convertirse eventualmente en una estructura que al igual que un látigo, desplaza al flagelo a través de un medio acuoso. Pero antes de que el pilus se fije a la TTSS, estos dos sistemas tuvieron que haber evolucionado de forma independiente. Por lo tanto, con el solo hecho de apelar a la pura casualidad o suerte, no hay razón para pensar que estos sistemas deberán trabajar juntos —no mayor que la que existe al imaginar que autos diseñados de forma independiente tendrían partes intercambiables. Esta debilidad de la teoría Darwiniana puede ser testeada de forma experimental: tome cualquier TTSS y pilus, y determine la magnitud de las modificaciones genéricas que se necesitan para que el pilus pueda ser extruido a través del sistema de exportación proteico de la TTSS (Así es como el pilus tendría una interface correcta con la TTSS). Hasta el presente, no existen razones teoréticas o experimentales para pensar que el mecanismo Darwiniano puede superar el obstáculo de la compatibilidad de interface.


Para el mecanismo Darwiniano también se requiere esfuerzo aclarar el problema del orden de ensamblaje. El mecanismo Darwiniano funciona por agrandamiento y modificación: añade partes nuevas a sistemas que ya se encuentran funcionando así como también modifica a las partes existentes de este. De este modo, se forman sistemas nuevos con funciones nuevas o perfeccionadas. Ahora bien, considere lo que sucede cuando partes novedosas se añaden a un sistema que ya se encuentra funcionando. En este caso el sistema primitivo se convierte en un sub-sistema del nuevo super-sistema formado. Además, el orden de ensamblaje de del sub-sistemá será, al menos al principio (antes de las modificaciones subsecuentes), el mismo que cuando el sub-sistema se encontraba solo. En general, sin embargo, solo porque las partes de un subsistema puedan colocarse juntas en un orden determinado eso no significa que aquellas partes puedan ser ensambladas en el mismo orden una vez que esta embebido en un super-sistema. De hecho, es de esperar que en la evolución de sistemas tales como el flagelo bacteriano el orden de ensamblaje sufra permutaciones substanciales (ciertamente este es el caso del modelo de evolución del flagelo bacteriano a partir de la TTSS). Entonces, ¿Cómo es que el orden de ensamblaje experimentara las permutaciones correctas? Para la mayoría de los sistemas biológicos, el orden se ensamblaje es hermético y no permite desviaciones substanciales. Por consiguiente, el peso de la evidencia obliga al Darwinismo a demostrar que para un sistema en evolución el mecanismo Darwiniano no solo coordina el surgimiento de las partes correctas sino también su ensamblaje en el orden correcto. Los Darwinistas no han demostrado nada de esto.


Finalmente, consideremos el problema de la configuración. En el diseño y la construcción de artefactos humanos este es uno de los desafíos más difíciles de superar. Por otro lado, en la evolución de sistemas bioquímicos irreduciblemente complejos como el flagelo bacteriano, este es uno de los más fáciles de resolver. Aquí está el porqué. En el ensamblaje del flagelo y de sistemas similares, las piezas bioquímicas no se juntan casualmente. Más bien, se auto-ensamblan en la configuración correcta cuando las oportunidades aleatorias permiten interacciones especificas, cooperativas y electrostáticas locales que articulan al flagelo de por sí, una pieza a la vez. Por lo tanto en la evolución del flagelo bacteriano, una vez que la compatibilidad de interface y el orden de ensamblaje han sido aclarados, también lo está el problema de la configuración. Hay un principio general aquí: para aquellas estructuras que se auto-ensamblan, tales como sistemas biológicos, la configuración es un producto doble de otras constantes (como la compatibilidad de interface y el orden de ensamblaje). Pero note que esto no quiere decir que la configuración de estos sistemas venga de manera gratuita. En lugar de eso, entendemos que el costo de su configuración ya está incluido en otros costos.

                                    Vea la segunda parte haciendo click AQUÍ



Autores: William Dembski -Tiene un Ph.D. en filosofía (Universidad de Illions en Chicago) y un Ph.D. en matematica (Universidad de Chicago). Es uno de los principales teóricos del Diseño Inteligente y ha escrito varios libros sobre la temática. Es autor del primer libro del Diseño Inteligente publicado por una editorial universitaria renombrada:The Design Inference: Elimitating Chance Through Small Probabilities. (Cambridge University Press, 1998). Es investigador del Discovery Institute.

Jonathan Wells - Tiene un Ph.D. en biología celular y molecular de la Universidad de California en Berkeley. Actualmente es uno de los principales investigadores del Discovery Institute.

Traductor: Daniel Alonso - Estudia Licenciatura en Ciencias Biológicas en la UNT, Argentina.

De: Dembski, W.; Wells J. (2008) the Design of Life: Discovering Signs of Intelligence in Biological Systems, The Foundation for Thought and Ethics, Dallas, p. 183-189


REFERENCIAS:

1) Vea Humbert P. Yockey, Information Theory and Molecular Biology (Cambridge: Cambridge University Press, 1992), 220-221. 


2013-04-05

Serie: Diseño en las Proteínas



Aquí encontrarás artículos referidos al tema. Están enumerados en orden conceptual así puedas integrar las ideas correctamente y con el menor gasto de tiempo posible. Continuamente estamos agregando nuevos y modificando la numeración de la serie.

Las proteínas constituyen una de las cuatro macromoléculas más importantes de la vida. Se caracterizan por ser largas secuencias de aminoácidos en las que se alternan los veinte conocidos formando un código biológico que terminará influyendo en su función. Debido a la información que llevan, y junto con los ácidos nucleicos, las proteínas han despertado mucha controversia acerca del origen de la vida y la evolución biológica. Actualmente se encuentran en el centro del debate y la investigación. 

Algunas cuestiones básicas:

1- ¿Que son las proteínas? ¿Por qué son importantes? ¿Por qué generan controversia? —Michael Behe

¿Evolucionan las proteínas? ¿Porqué son indicadores de diseño inteligente?: 

2- Palabras y Proteínas: la evolución que requiere de sentido. —William Dembski, JonathanWells.

3- Proteínas que no pueden evolucionar: análisis de un caso—William Dembski, Jonathan Wells.

4- Por qué las proteínas no se recombinan facilmente —Ann Gauger

Maravillas de la inteligencia:

5- Carbamoil Fosfato Sintetasa —Ann Gauger


2013-04-04

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El diseño inteligente en tres minutos (VÍDEO) —Ezequiel Espinola, Shane Davolio.


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Para los faltos de tiempo o aquellos que prefieren oír a leer, les ofrecemos un pequeño vídeo en el que se resumen los tres principales argumentos de la Teoría del diseño inteligente. Agradecemos por este aporte a Ezequiel Espinola y Shane Davolio, ambos estudiantes de Psicología en la UNR (Universidad Nacional de Rosario), Argentina.