Carl Woese. El cientíico que cambió el "árbol de la vida" de Charles Darwin

Por: David Quammen
El 3 de noviembre de 1977, una nueva revolución científica fue anunciada al mundo, pero vino crípticamente, en una forma ligeramente confusa. La primera página del New York Times de ese día tenía un titular: "Los científicos descubren una forma de vida anterior a los organismos superiores". Una fotografía muestra a un hombre llamado Carl R. Woese, microbiólogo de la Universidad de Illinois en Urbana, con los pies en su escritorio de oficina. Tenía unos 50 años, cabello rebelde, una camisa deportiva y zapatillas Adidas. Detrás de él había una pizarra, en la que estaba garabateada una simple figura arbolada con tiza. El artículo, de un veterano reportero del Times llamado Richard D. Lyons, comenzó:

Los científicos que estudian la evolución de los organismos primitivos informaron hoy la existencia de una forma de vida separada que es difícil de encontrar en la naturaleza. Lo describieron como un "tercer reino" de material vivo, compuesto de células ancestrales que aborrecen el oxígeno, digieren el dióxido de carbono y producen metano.

Esta "separada forma de vida" se conocería como archaea, reflejando la impresión de que estos organismos eran primitivos, primordiales, especialmente viejos. Eran criaturas unicelulares, de estructura simple, sin núcleo celular. A través de un microscopio, parecían bacterias, y todos los microbiólogos anteriores los confundieron con bacterias. Vivían en ambientes extremos, al menos algunos de ellos (aguas termales, lagos salados, aguas residuales) y algunos tenían hábitos metabólicos inusuales, como metabolizar sin oxígeno y, como decía el informe del New York Times, producir metano.

Pero estas arqueas, estos whatevers, eran drásticamente diferentes a las bacterias si mirabas su ADN, que es lo que (indirectamente) Woese había hecho. Carecían de ciertos bits que caracterizaban a todas las bacterias, y contenían otros bits que no deberían haber estado presentes. Constituyeron un "tercer reino" de criaturas vivientes porque no encajan en ninguno de los dos existentes, el reino bacteriano (bacterias) y el reino de todo lo demás (eucariota), incluidos los animales y las plantas, las amebas y los hongos, tú y yo.

El propio Charles Darwin sugirió (primero en un cuaderno inicial, más tarde en "Sobre el origen de las especies") que la historia de la vida podría dibujarse como un árbol: todas las criaturas se originaron en un solo tronco, luego divergiendo en diferentes linajes como miembros principales, ramas y ramitas, con hojas del dosel que representan la multiplicidad de especies vivientes. Pero si ese símil era válido, entonces el árbol predominante de 1977, la imagen ortodoxa de la historia de la vida, estaba equivocado. Mostraba dos miembros principales que surgían del tronco. Según lo que Woese acaba de anunciar al mundo, debería mostrar tres.



Woese era un investigador rebelde, oscuro pero ingenioso, malhumorado, impulsado. Tuvo su Warholian 15 minutos de fama en la portada de The Times, y luego desapareció de nuevo en su laboratorio en Urbana, apenas tocado por el centro de atención popular durante los 35 años restantes de su carrera. Pero él es el biólogo más importante del siglo XX del que nunca has oído hablar. Hizo preguntas profundas que pocos científicos habían preguntado. Creó un método - torpe y peligroso, pero efectivo - para responder a esas preguntas. Y en el proceso, él efectivamente fundó una nueva rama de la ciencia.

Comenzó con una sugerencia casual hecha a Woese por Francis Crick, el co-descubridor de la estructura del ADN, quien mencionó de pasada en un artículo científico que ciertas moléculas largas en criaturas vivientes, debido a que están construidas de múltiples unidades pequeñas, codificadas en secuencias que cambian gradualmente con el tiempo, podrían servir como distintivo de la relación entre una forma de vida y otra. Cuanto más similar es la secuencia, más cerca está el pariente. En otras palabras, la comparación de tales moléculas podría revelar la filogenia. La nueva rama de la ciencia se llama filogenia molecular. Arrugue la nariz ante esa frase elegante, si quiere, y me arrugaré con usted, pero en realidad lo que significa es bastante simple: leer la historia antigua de la vida a partir de las diferentes secuencias integradas en tales moléculas. Las moléculas principalmente en cuestión eran ADN, ARN y algunas proteínas seleccionadas. Llevados mucho más allá de Woese y su laboratorio, estos esfuerzos han traído descubrimientos inesperados e inimaginables, reformando fundamentalmente lo que creemos saber sobre la historia de la vida, el proceso de evolución y las partes funcionales de los seres vivos, incluidos nosotros mismos.

Woese desapareció en su laboratorio, pero sus ideas y métodos, y sus sucesores en su aplicación, han producido en particular una revelación cardinal: el árbol de la vida no es un árbol. Esa vieja metáfora es obsoleta. La historia de la vida ha estado mucho más enredada.

La idea de un "árbol de la vida", interpretado de diversas maneras, se remonta a un largo camino en el pensamiento occidental, al Libro de Apocalipsis, por ejemplo, donde la imagen del árbol parece representar a Cristo, con sus frondosas y afrutadas bendiciones para el mundo. En 1801, el botánico francés Augustin Augier usó un árbol como una especie de cuadro para ordenar la diversidad de las plantas. El agrupó a los principales grupos juntos en ramas y describió a los grupos menores como hojas en los extremos de las ramas más pequeñas. Esto no fue pensamiento evolutivo; solo era gestión de datos.

Ese uso simple y pragmático de la metáfora arbórea cambió profundamente en 1837, cuando el joven Charles Darwin, que acababa de regresar del viaje de Beagle y garabateaba pensamientos imprudentes en un cuaderno, dibujó un pequeño bosquejo del primer árbol evolutivo. Sobre él escribió: "Creo". Este árbol era hipotético, sus ramas etiquetadas con letras, no especies reales, pero lo que significaba para Darwin era: "Yo creo que todas las criaturas han surgido de una sola fuente, divergiendo y cambiando de alguna manera con el tiempo". Todavía no tenía una teoría del proceso evolutivo, el concepto de selección natural vendría después, pero su esbozo al menos le dio una imagen de la historia evolutiva y sus resultados. De eso podría trabajar hacia atrás, intentando deducir el mecanismo.

Se tomó su tiempo y refinó sus ideas, trabajando en secreto. Veintidós años después, finalmente, anunciando su teoría en "Sobre el origen de las especies", Darwin escribió: "Las afinidades de todos los seres de la misma clase han sido a veces representadas por un gran árbol. Creo que este símil habla la verdad" Pero había una gran diferencia entre su árbol y el de Augier, o el de cualquier otra persona: sus orígenes comunes implícitos (en el tronco), descenso con modificación (en las extremidades) y adaptación por cambio evolutivo ( en las ramitas y hojas).

Esa imagen, el árbol, definió la forma del pensamiento evolutivo desde el tiempo de Darwin hasta la década de 1990, cuando los nuevos descubrimientos posteriores a la iniciativa rebelde de Woese sugirieron que era inadecuado. Entre los elementos más básicos de la figura del árbol está la divergencia continua, solo la divergencia, a través del paso del tiempo y los linajes de las criaturas. Los miembros nunca convergen, nunca se fusionan. Esas realidades arbóreas se ajustan a la creencia canónica de que los genes fluyen solo verticalmente, desde los padres hasta la descendencia, y no se pueden intercambiar de lado a través de los límites de las especies. Lo que convirtió a Woese en el principal retador y modificador de la ortodoxia darwiniana -como lo fue Einstein para la ortodoxia newtoniana- es que su trabajo llevó al reconocimiento de que la premisa cardinal del árbol es errónea. Las ramas a veces se fusionan. Los miembros a veces convergen. El término científico para este fenómeno es la transferencia horizontal de genes (HGT). El ADN en sí mismo puede moverse hacia los lados, entre los miembros, a través de las barreras, de un tipo de criatura a otra.

Esas fueron solo dos de las tres grandes sorpresas que surgieron del trabajo y la influencia de Woese: la existencia de las arqueas (ese tercer reino de la vida) y la prevalencia de HGT (herencia lateral). La tercera gran sorpresa es una revelación, o de todos modos una gran probabilidad, sobre nuestra propia ascendencia más profunda. Nosotros mismos, nosotros los humanos, probablemente procedamos de criaturas que, hace apenas 41 años, no se sabía que existieran. ¿Cómo es eso? Porque las últimas noticias sobre Archaea es que todos los animales, todas las plantas, todos los hongos y todas las otras criaturas complejas compuestas por células que contienen ADN dentro de los núcleos, esa lista nos incluye, pueden haber descendido de estos extraños y antiguos microbios. Nuestra extremidad, eucariota, parece ramificarse de la rama llamada arqueas. Ahora se sabe que las células que componen nuestros cuerpos humanos se parecen, de maneras reveladoras, a las células de un grupo de arqueas conocido como Lokiarcheota, recientemente descubierto en el cieno marino, a casi 11,000 pies de profundidad entre Noruega y Groenlandia cerca de un respiradero hidrotérmico en el fondo del océano. Es un poco como aprender, con una sacudida, que su tatara-tatara-tatara-tatara no vino de Lituania sino de Marte.

Woese con el modelo de RNA en el Laboratorio de General Electric. Tomado de NY Times

No somos precisamente quienes pensamos que éramos. Somos criaturas compuestas, y nuestra ascendencia parece surgir de una zona oscura del mundo viviente, un grupo de criaturas sobre las cuales la ciencia, hasta las últimas décadas, era ignorante. La evolución es más difícil, mucho más complicada de lo que pensábamos. El árbol de la vida está más enredado. Los genes no solo se mueven verticalmente. También pueden pasar lateralmente a través de los límites de las especies, a través de brechas más amplias, incluso entre diferentes reinos de la vida, y algunos han llegado de forma lateral a nuestro propio linaje, el linaje de los primates, desde fuentes insospechadas y no primates. Es el equivalente genético de una transfusión de sangre o (para usar una metáfora diferente preferida por algunos científicos) una infección que transforma la identidad. Lo llamaron "herencia infecciosa".

Tales revelaciones, que comenzaron en 1977 y continúan apareciendo en las principales revistas científicas del mundo, pero raramente se explican al público en general, nos desafían a ajustar nuestra comprensión básica de quiénes somos los humanos. Puedes culpar, si quieres culpar a alguien, por el pequeño hombre de pelo blanco en Urbana, Illinois.

Carl Woese estaba enredado a sí mismo. Un alma orgullosamente independiente, muy privada, eludió algunas de las reglas del decoro científico, hizo enemigos, ignoró las sutilezas, dijo lo que pensaba, se centró obsesivamente en su propio programa de investigación con la exclusión de la mayoría de las otras preocupaciones y descubrimientos descubiertos que sacudieron la pilares del pensamiento biológico. Para sus amigos íntimos, era un tipo fácil y divertido, cáustico pero irónico, amante del jazz, del gusto por la cerveza y el whisky escocés y aficionado al piano. Para sus estudiantes de posgrado y becarios de postdoctorado y asistentes de laboratorio, la mayoría de ellos, era un buen jefe y un mentor inspirador, a veces (pero no siempre) generoso, sabio y afectuoso. Como profesor en sentido estricto, profesor de microbiología, era casi inexistente en lo que respecta a los estudiantes de pregrado. Él no se paró ante grandes bancos de ansiosos, estudiantes desorientados, explicando pacientemente el ABC de las bacterias. Las conferencias no eran su fuerza o su interés, y carecía de contundencia elocuente incluso cuando presentaba su trabajo en reuniones científicas.

No le gustaban las reuniones. No le gustaba viajar. No creó una cultura alegre y colegial dentro de su laboratorio, organizando seminarios y fiestas navideñas para ser capturado en fotos grupales, como lo hacen muchos científicos experimentados. Tenía a sus jóvenes amigos elegidos, y algunos recordaban los buenos momentos, la risa, las barbacoas de cerveza en la casa de los Woese, a pocos pasos del campus universitario. Pero esos amigos eran los pocos elegidos que, de alguna manera, por encanto o por suerte, habían atravesado su caparazón. 

En 1969, a la edad de 41 años, Woese era un profesor titular pero no excepcional en la Universidad de Illinois en Urbana. El 24 de junio de ese año, escribió una carta reveladora a Francis Crick en Cambridge, Inglaterra. Había conocido a Crick unos ocho años antes, mientras que Woese trabajaba en el Laboratorio de Investigación de General Electric en Schenectady, Nueva York, como biofísico no guiado, sin estar muy seguro de lo que sus empleadores querían de él. Crick ya era famoso en todo el mundo por el co-descubrimiento, con James Watson, de la estructura del ADN, pero aún no había ganado su parte del Premio Nobel. La interacción entre Woese y Crick comenzó como un tenue intercambio de cortesías a través del correo: Woese solicitó, y recibió, una reimpresión de uno de los documentos de Crick sobre codificación genética, pero en 1969 fueron lo suficientemente amistosos como para ser más personal y pedir un mayor favor.

Lo que esperaba hacer, confió Woese, fue "desentrañar el curso de los acontecimientos" que lleva al origen de las células más simples: las células que los microbiólogos llamaron procariotas, con lo que se referían a las bacterias. Los eucariotas constituyeron la otra gran categoría, y todas las formas de vida celular (es decir, sin incluir virus) se clasificaron como una u otra. A pesar de que las bacterias aún existen, aún son muy exitosas y dominan muchas partes del planeta, en 1969 se pensó que eran las aproximaciones más cercanas a la vida de las formas de vida primitivas. Investigar sus orígenes, le dijo Woese a Crick, requeriría extender la comprensión actual de la evolución "hacia atrás en el tiempo en un billón de años más o menos", hasta ese punto cuando la vida celular simplemente se estaba formando a partir de ... algo más, algo desconocido y precelular.

Oh, solo mil millones de años atrás? Woese siempre fue un pensador ambicioso. "Existe la posibilidad, aunque no es una certeza", le dijo a Crick, "de que esto se pueda hacer utilizando el 'registro fósil interno' de la célula '. "Lo que quiso decir con" registro fósil interno "fue la evidencia de moléculas largas, las secuencias lineales de unidades en ADN, ARN y proteínas. La comparación de tales secuencias -variaciones sobre la misma molécula, como se ve en diferentes criaturas- le permitiría deducir las "antiguas secuencias ancestrales" de las cuales esas moléculas, en un linaje y otro, se habían separado. Y a partir de tales deducciones, tales formas ancestrales, Woese esperaba obtener alguna comprensión de cómo las criaturas evolucionaron en el muy profundo pasado. Estaba hablando de filogenia molecular, sin utilizar aún esa frase, y esperaba que con esta técnica mirase hacia atrás al menos tres mil millones de años.

Pero, ¿qué moléculas serían las más reveladoras? ¿Cuál representaría el mejor "registro fósil interno" de células vivas?

Woese tenía en mente un pequeño mecanismo molecular, común a todas las formas de vida celular, llamado ribosoma. Casi todas las células contienen ribosomas en abundancia, como copos de pimienta en un guiso, y se mantienen ocupados con la tarea de traducir la información genética en proteínas. Hemoglobina, por ejemplo. Esa proteína crucial transporta oxígeno a través de la sangre de los animales vertebrados. Las instrucciones arquitectónicas para construir moléculas de hemoglobina están codificadas en el ADN del animal, pero ¿dónde se produce realmente la hemoglobina? En los ribosomas. Son los elementos centrales de lo que Woese llamó el aparato de traducción. En palabras simples: los ribosomas convierten los genes en cuerpos vivos.

Estas partículas solo se habían descubierto recientemente, y al principio nadie sabía lo que hacían. Luego se los reconoció como los sitios donde se construyen las proteínas, pero quedaba una gran pregunta: ¿cómo? Algunos investigadores sospechaban que los ribosomas podrían contener las recetas de proteínas, extruyéndolas como un proceso casi autónomo. Esa noción colapsó en 1960, casi con un destello de perspicacia, cuando otro de los brillantes colegas de Crick, Sydney Brenner, durante una animada reunión en la Universidad de Cambridge, tuvo una mejor idea. Matt Ridley ha descrito el momento en su biografía de Crick:

Entonces, de repente, Brenner soltó un "grito". Comenzó a hablar rápido. Crick comenzó a responder igual de rápido. Todos los demás en la habitación miraban con asombro. Brenner había visto la respuesta, y Crick lo había visto verla. El ribosoma no contenía la receta para la proteína; era un lector de cinta. Podría hacer cualquier proteína siempre que se alimente con la cinta correcta de ARN "mensajero".

Esto fue en los días previos a la grabación digital, recuerde, cuando el sonido se grabó en cinta magnética. La "cinta" en la analogía de Brenner era una cadena de ARN, ese tipo particular llamado ARN mensajero, porque transporta mensajes del genoma de ADN de la célula a los ribosomas, diciéndoles qué aminoácidos ensamblar en una proteína específica. Debido a que las proteínas que producen se convierten en moléculas tridimensionales, una metáfora mejor que el lector de cinta de Brenner, para nuestros días, podría ser esta: el ribosoma es una impresora 3-D.

Los ribosomas se encuentran entre las estructuras más pequeñas dentro de una célula, pero lo que les falta de tamaño lo compensan en abundancia y consecuencia. Una sola célula de mamífero podría contener hasta 10 millones de ribosomas; una sola célula de la bacteria Escherichia coli, o E. coli, podría sobrevivir con solo decenas de miles. Cada ribosoma podría producir proteínas a razón de aproximadamente 20 aminoácidos (las unidades constituyentes de todas las proteínas) por segundo, produciendo en conjunto un chisporroteo de actividad constructiva dentro de la célula. Y esta actividad, porque es tan básica para la vida misma, la vida en todas sus formas, presumiblemente ha estado sucediendo durante casi cuatro mil millones de años. Pocas personas, en 1969, vieron las implicaciones de ese rol antiguo y universal de los ribosomas más agudamente que Carl Woese.

"Lo que propongo hacer no es una ciencia elegante según mi definición", le confió a Crick. La elegancia científica reside en generar el mínimo de datos necesarios para responder una pregunta. Su enfoque sería más de un slog. Necesitaría un gran laboratorio, configurado para leer al menos partes del ARN ribosómico. Eso en sí mismo fue un tramo, en el momento. (La secuenciación de moléculas muy largas, ADN, ARN o proteínas, se realiza tan fácilmente hoy en día, tan elegantemente automatizada, que apenas podemos apreciar el desafío que Woese enfrentó). En 1969, Woese no podía esperar secuenciar la totalidad de un molécula larga, y mucho menos un genoma completo. El solo podía esperar entrever, extractos breves, leídos de fragmentos de moléculas de ARN ribosómico, e incluso eso solo podía lograrse laboriosamente, a un gran costo en tiempo y esfuerzo. Él planeó secuenciar lo que pudo, de una criatura y de otra, y luego hacer comparaciones, retrocediendo hacia una visión inferida de la vida en sus formas y dinámicas más antiguas. El ARN ribosomal sería su agujero de conejo hasta el comienzo de la evolución.

En los pocos años posteriores a su carta a Crick, Woese desarrolló una metodología única para esta tarea, que delimita la historia de la vida a través del "registro fósil interno" dentro de las células vivas. La mecánica era intrincada, laboriosa y un poco espeluznante. Implicaban líquidos explosivos, altos voltajes, fósforo radiactivo, al menos una forma de bacterias patógenas y un conjunto de procedimientos de seguridad poco difundidos. Valientes jóvenes estudiantes de posgrado, postdoctorados y asistentes técnicos, bajo un líder impulsado, empujaron su ciencia hacia puntos donde nadie había ido antes. OSHA, aunque recientemente fundada, no era la más sabia.

"Hubo días en que volvía a casa del trabajo y me decía a mí mismo:" Woese, hoy has destruido tu mente ".

Woese ya se había decidido por ese único elemento universal de la anatomía celular, el ribosoma, como el lugar de su registro fósil interno. Pero quedaba una decisión crucial: ¿qué molécula ribosomal debería estudiar? Se decidió por una molécula larga que sirve como componente estructural en una de las dos subunidades ribosómicas. Su etiqueta abreviada es 16S rRNA. En inglés decimos "16 S ribosomal RNA".

Mitchell Sogin trabajó en el laboratorio de Woese, como estudiante de posgrado y asistente técnico principal, durante estos años cruciales que condujeron al descubrimiento de arqueas. Había venido a la Universidad de Illinois con la intención de hacer pre-medicina, cambió su enfoque, se quedó para una maestría en "microbiología industrial" (esencialmente tecnología de conservación de alimentos y fermentación), y luego se sumergió en el ámbito de Woese debido a intereses compartidos en preguntas más profundas Woese notó algo sobre Sogin durante sus interacciones tempranas: el niño no solo era inteligente sino también práctico con el equipo. Una combinación de talentos - destreza, aptitud mecánica, precisión, paciencia, un poco de plomero, un poco de electricista - lo hicieron bueno no solo en el trabajo experimental sino también en la creación de las herramientas para tal trabajo.

Otro profesor había ordenado y pagado una colección de aparatos para su secuenciación de ARN, luego aceptó un puesto en la Universidad de Columbia, dejando atrás el hardware. "Así que Carl heredó ese equipo, pero no tenía a nadie que supiera cómo usarlo", me dijo Sogin en su oficina en el Laboratorio de Biología Marina en Woods Hole, Mass., Casi 50 años después. Nadie que supiera cómo usar el equipo, es decir, hasta que Sogin se uniera a su laboratorio. Sogin aprendió todo lo posible sobre cómo operar estas herramientas, luego se convirtió en el personal de mantenimiento de Woese, así como en su estudiante de doctorado, ensamblando y manteniendo una serie de parafernalia para permitir la secuenciación del ARN ribosomal.

El mismo Woese no era un experimentalista. Era un teórico, un pensador, como Francis Crick. "Nunca usó ningún equipo en su propio laboratorio", dijo Sogin. Nada de eso, a menos que cuentes las cajas de luz para leer imágenes de fragmentos de ARN en la película, las piezas más cortas de la molécula una vez que Sogin haya usado enzimas para cortarlas en partes factibles. El propio Sogin construyó estas cajas de luz fluorescente, en las que se podían examinar las imágenes de los fragmentos, fundidos con fósforo radiactivo en grandes películas de rayos X. Convirtió una pared entera de estantes, usando láminas de plástico translúcido y tubos fluorescentes, en una sola caja de luz vertical grande, como un tablero de anuncios. Llamaron a ese el tablero liviano. Visto sobre una caja o pegado con cinta adhesiva en el tablero de luz, cada nueva película mostraría un patrón de óvalos oscuros, como una manada de amebas gigantes corriendo por una llanura brillante. Esta fue la huella digital de una molécula de ARN. Recuerdos de los miembros de su laboratorio en el momento, así como algunas fotografías antiguas, retratan a Woese mirando fijamente esas huellas dactilares, hora tras hora.

"Fue un trabajo rutinario, aburrido, pero exigía plena concentración", recordó más tarde el propio Woese. Cada punto representaba una pequeña cadena de letras de ARN, como las letras del código de ADN, A, C, G, T, pero con U reemplazando a T. Los fragmentos útiles más cortos tenían al menos cuatro letras y no más de aproximadamente 20. Cada película, cada huella digital, representaba el ARN ribosomal de una criatura diferente. La suma de los patrones, tomando forma en el cerebro de Woese, representaba un nuevo borrador del árbol de la vida.

El trabajo fue engañosamente peligroso. Sogin me describió las entregas de fósforo radioactivo (un isótopo designado como P 32 , con una vida media de 14 días), que ascendía a una cantidad considerable que llegaba cada dos días. El P 32 entró como líquido dentro de un "cerdo" de plomo, un contenedor de envío diseñado para proteger al cargador, aunque no a quien lo abrió. Sogin extraería una cantidad medida del líquido y lo agregaría al cultivo bacteriano que intentara procesar a continuación. "Estaba creciendo cosas con P 32 ", dijo, lanzándolo como un recuerdo casual. "Fue loco. No sé por qué estoy vivo hoy ".

En 1973, el laboratorio Woese se había convertido en uno de los principales usuarios de la tecnología de secuenciación de ARN en el mundo. Mientras los estudiantes de posgrado y los técnicos producían huellas dactilares, Woese pasaba el tiempo mirando los puntos. ¿Fue este esfuerzo tedioso en la práctica y profundo en sus resultados potenciales? Sí. "Hubo días", escribió más tarde, "cuando volvía a casa del trabajo y me decía a mí mismo: 'Woese, hoy has destruido tu mente'. "

George Fox, un joven corpulento de Syracuse, llegó a Urbana en 1973 para un puesto postdoctoral en el laboratorio de Woese. Fox no era un experimentalista natural y tenía aspiraciones de trabajar en el "material teórico", el profundo análisis evolutivo de los datos moleculares, junto con el propio Woese. Al fallar al principio para convencer a Woese de su aptitud para eso, Fox fue desterrado de regreso al laboratorio, se le asignó la tarea de cultivar células radiactivas y extraer su ARN ribosómico. Pero continuó, en flashes, para mostrar su valor a Woese como un pensador. Poco a poco se demostró a sí mismo, no solo lo suficiente como para trabajar en comparaciones de secuencias, pero lo suficientemente bien como para convertirse en socio de confianza de Woese, y único coautor, en el documento final en 1977, con su anuncio de un "tercer reino" de la vida.

El documento que anuncia esa revelación, que ahora se considera una de las obras más importantes publicadas en microbiología, es conocido en la taquigrafía profesional como "Woese y Fox (1977)". Pero la recepción inmediata del artículo, por la comunidad de biólogos que trabajaron en tales temas, estaban lejos de ser universalmente admiradores. Parte del problema era una cuestión de protocolo científico: el descubrimiento de Woese había sido anunciado en un comunicado de prensa emitido por la NASA, una de sus fuentes de subvenciones, justo cuando apareció el periódico. Eso ofendió a algunos científicos. Otro factor fue que Woese carecía de facilidades como explicador. Él nunca había desarrollado las habilidades para dar una buena conferencia. Se paró ante el público -cuando lo hizo en absoluto, lo cual no era frecuente- y pensó profundamente, buscó a tientas las palabras, comenzó y se detuvo, generalmente fracasando en inspirar o persuadir.

"Cuando los periodistas lo llamaron e intentaron averiguar de qué se trataba todo esto", según Ralph Wolfe, microbiólogo y colega, "no pudo comunicarse con ellos". Porque no entendían su vocabulario ". Wolfe ayudó a cultivar estos organismos en el laboratorio, aunque no fue acreditado (ni implicado, dependiendo de su punto de vista) como coautor del polémico trabajo. "Finalmente dijo, 'Esta es una tercera forma de vida'. Bueno, ¡guau! Los cohetes despegaron y escribieron las tonterías más anticientíficas que puedas imaginar ". El Chicago Tribune, por ejemplo, mostraba un vértigo que afirmaba que "Los insectos marcianos pueden ser la vida más antigua". El enfoque del lanzamiento de noticias salió mal, las noticias populares eclipsaron el documento científico cuidadoso y muchos científicos que no sabían que Woese concluyeron, de acuerdo con Wolfe, que "él era un loco".

Wolfe mismo escuchó de colegas inmediatamente. Entre sus llamadas telefónicas en la mañana del 3 de noviembre de 1977, recordó en un ensayo personal, "la palabra más civil y libre de cuatro letras" fue de Salvador Luria, uno de los primeros gigantes de la biología molecular, un Premio Nobel ganador en 1969 y profesor en Illinois durante los primeros años de Wolfe, que llamó ahora desde el MIT, diciendo: "¡Ralph, debes separarte de este disparate o vas a arruinar tu carrera!" Luria había visto la cobertura del periódico pero no sin embargo, lea el informe científico, con sus datos de respaldo, al cual Wolfe lo refirió. Él nunca volvió a llamar. Pero el daño más amplio estaba hecho. Después del llamado de Luria y otros, Wolfe agregó: "Quería gatear debajo de algo y esconderme".

Para mí, durante una conversación en su oficina, Wolfe dijo: "Tuvimos un montón de llamadas, todas negativas, personas indignadas con estas tonterías. La comunidad científica simplemente rechazó totalmente la cosa. Como resultado, todo este concepto fue retrasado por al menos una década o 15 años ".

Las ideas de Woese finalmente se compraron en Europa, y con el tiempo, los científicos en los Estados Unidos también lo reconocieron. En 1984, Woese recibió un MacArthur Fellowship por sus esfuerzos en el análisis filogenético y su descubrimiento de las arqueas, y en 1988 fue elegido miembro de la Academia Nacional de Ciencias. A pesar del honor de MacArthur, y debido a que la Academia lo había elegido relativamente tarde (a los 59), todavía se veía a sí mismo como un extraño descuidado. Eso le dio cierta libertad para seguir siendo ambicioso, audaz y malhumorado. Y quería volver a visitar el estado de sus amadas arqueas.

Woese alrededor de 1982. Tomado de NY Times. Créditos: Charlle Vossbrinck

Como una salida para este trabajo, Woese recurrió a las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, un diario en el que, como miembro ahora de la Academia, podría ser un poco más especulativo de lo que sería en Nature o Science. Su siguiente gran artículo, publicado en junio de 1990 con dos coautores y titulado "Hacia un sistema natural de organismos", hizo varias afirmaciones principales. En primer lugar, cualquier sistema de clasificación debe ser estrictamente "natural", como sugiere el título, es decir, filogenético, que refleja las relaciones evolutivas. En segundo lugar, debe haber tres divisiones principales de la vida, no dos (la visión predominante), ni cinco (una propuesta alternativa, que reconozca animales, plantas, bacterias, hongos y un grupo de otros eucariotas), y esas divisiones deberían conocerse como dominios Tres dominios, reconocidos por encima de los antiguos reinos en lugar de reemplazarlos:

El último punto principal del artículo fue que estos tres dominios se conocerían en adelante como Bacteria, Eucarya (ahora conocida como Eukarya, una mejor transliteración de las raíces griegas, que significa "núcleo verdadero", debido al núcleo celular) y Archaea. Y, por supuesto, había un árbol. Fue dibujado en líneas rectas y simples, pero fue rico y provocativo, no obstante.

Fue el último de los grandes árboles clásicos, autoritario, profundo, completamente nuevo para la ciencia y correcto hasta cierto punto. Pero solo sirvió como punto de partida para lo que vino después.

La década siguiente vio un reconocimiento explosivo del extraño fenómeno contraintuitivo llamado transferencia horizontal de genes y el papel que ha jugado a lo largo de la historia de la vida. Esa explosión ocurrió durante la década de 1990 pero tenía precedentes profundos, incluso antes de que el trabajo de Woese le abriera la puerta a apreciar su prevalencia e importancia inimaginables.

El primer reconocimiento por parte de la ciencia de que algo como HGT podría ser posible data de 1928, cuando un investigador médico inglés llamado Fred Griffith detectó por primera vez una transformación desconcertante entre las bacterias que causan la neumonía neumocócica: una cepa que cambia repentinamente a otra, rápidamente, de inofensivo a mortalmente virulento. En el Instituto Rockefeller en Nueva York durante la década de 1940, Oswald Avery y sus dos colegas identificaron el "principio transformador" en transmografías tan instantáneas como el ADN desnudo, es decir, los genes, moviéndose hacia los lados, de una cepa de bacteria a otra. Decir que parecía extraño es una subestimación. Se suponía que los genes no se movían hacia los lados; se suponía que debían moverse verticalmente, de padres a hijos, incluso cuando los "padres" eran bacterias, reproduciéndose por fisión. Pero en 1953, el gran Joshua Lederberg, luego, en la Universidad de Wisconsin, había demostrado que este tipo de transformación, denominada "herencia infecciosa", es un proceso rutinario e importante en las bacterias. Aún más inesperadamente, como lo revelaría un trabajo posterior, HGT no es exclusivo de las bacterias.

Lentamente al principio, durante la década de 1980 y principios de la década de 1990, HGT se convirtió en un foco de investigación favorecido en más de unos pocos laboratorios. Muchos investigadores habían seguido el ejemplo de Woese, usando ARNr ribosómico como la base para comparar un organismo con otro, juzgando la relación y la construcción de árboles de la vida. Pero luego, a medida que nuevas herramientas y métodos hicieron la secuenciación de genes más fácil y más rápida, y mientras las computadoras más potentes permitían el análisis de los vastos trozos de datos genómicos, los investigadores fueron mucho más allá del rRNA 16S, comparando otros genes y genomas completos. Lo que encontraron les sorprendió: muchos genes se habían desplazado de un linaje de vida a otro. Tales genes pueden estar ausentes de la mayoría de las especies vivas dentro de un grupo (por ejemplo, una familia de especies de mariposas), lo que implica que también estuvo ausente de la forma ancestral común, pero podría aparecer inesperadamente en una especie de mariposa en esa familia, emparejando estrechamente a un gen que existe solo en otro tipo de criatura (por ejemplo, una bacteria), clasificada como una parte completamente diferente del árbol de la vida. ¿Cómo pudo suceder eso? Si el gen estaba ausente del ancestro común, no podría haber entrado en la especie anómala de mariposa por descenso vertical.

Los investigadores han identificado tres mecanismos principales por los cuales se produce HGT, cada uno de los cuales tiene una etiqueta formal: conjugación, transformación y transducción. La conjugación a veces se conoce como "sexo bacteriano". Ocurre cuando dos bacterias individuales (no necesitan ser de la misma especie) forman una conexión de tipo cópula, y un segmento de ADN pasa de una a otra. (En realidad no se trata de sexo bacteriano porque involucra intercambio de genes pero no reproducción). La transformación es lo que Fred Griffith notó en 1928: absorción de ADN desnudo, dejado flotando en el ambiente después de la ruptura de alguna célula viva, por otra célula viviente ( nuevamente, no necesariamente de la misma especie). La transducción es una especie de truco de arrastrar y soltar realizado por virus, que recoge fragmentos de ADN de las células que infectan.

Se sabía que la conjugación era generalizada y común entre las bacterias. HGT por transformación y transducción podría potencialmente ocurrir entre otras criaturas también, incluso eucariotas, incluso animales y plantas, aunque esa perspectiva era mucho más incierta y sorprendente, en la década de 1990 y más allá. Luego, la secuenciación mejorada del genoma y un escrutinio más cercano trajeron más sorpresas. Una bacteria había enviado fragmentos de su ADN a los genomas nucleares de las plantas infectadas. ¿Cómo fue eso posible? Una especie de erizo de mar parece haber compartido uno de sus genes con una especie muy diferente de erizo de mar, de la cual su linaje divergió hace millones de años. Eso fue un tramo. Todavía otra bacteria, la familiar E. coli, transfirió el ADN a la levadura de cerveza, que es un hongo. La levadura de cerveza es microbiana, una pequeña criatura relativamente simple, pero no obstante eucariótica.

Nuevas investigaciones, a medida que pasaba el tiempo y las mejoras en la tecnología de secuenciación genética hacían que los genomas más completos estuvieran disponibles, demostraron que se estaban produciendo saltos mucho más radicales, y no pocas veces. Por ejemplo: hay un grupo peculiar de pequeños animales conocidos como rotíferos, una vez estudiados solo por zoólogos invertebrados, pero ahora son notables en toda la biología molecular por su carga "masiva" de genes alienígenas. 

Los rotíferos son hogareños más allá de lo imaginable. Viven en agua, principalmente agua dulce, y en ambientes húmedos como suelos y musgos, canales de lluvia y tanques de tratamiento de aguas residuales. Algunas especies favorecen ambientes duros y cambiantes que a veces se secan y sus individuos se reproducen sin sexo. A pesar de la ausencia de recombinación sexual, que baraja la cubierta genética en una población y ofrece nuevas combinaciones de genes, estos rotíferos han logrado encontrar novedad por otros medios. Uno de los medios es la transferencia horizontal de genes. Tres investigadores de Harvard y Woods Hole secuenciaron porciones del genoma de un cierto rotífero y encontraron toda clase de locuras que no deberían haber estado allí. Más específicamente, encontraron al menos 22 genes de otras criaturas, la mayoría de los cuales, concluyeron, deben haber llegado por HGT. Algunos de esos eran genes bacterianos, otros eran hongos. Un gen provenía de una planta. Al menos algunos de esos genes todavía eran funcionales, producían enzimas u otros productos útiles para el rotífero.

Algunos de estos casos individuales fueron desafiados más tarde, pero la tendencia de los descubrimientos se mantuvo. HGT también comenzó a aparecer entre los insectos. De nuevo, se suponía que esto sería imposible. Hubo fervientes incrédulos. Los genes alienígenas no pueden moverse de una especie a otra, insistieron. La línea germinal de los animales, es decir, los óvulos y los espermatozoides y las células reproductoras que los originan, se mantiene separada de tales influencias. Está secuestrado detrás de lo que los biólogos llaman la barrera Weismann, llamada así por August Weismann, el biólogo alemán de los siglos XIX y principios del siglo XX que definió el concepto. Las bacterias no pueden atravesar esa barricada, la barrera de Weismann -así lo dijo el punto de vista escéptico- para insertar trozos de su propio ADN en genomas animales. Imposible. Pero de nuevo resultó ser posible.

Más allá del reino de los insectos y rotíferos, la evidencia de HGT incluso se ha encontrado en los mamíferos: una zarigüeya de América del Sur, un tenrec de Madagascar, una rana del oeste de África, todos con largas secciones de ADN similar que parecen haber llegado a los lados por algún tipo de infección "Herencia infecciosa" nuevamente. Incluso el genoma humano ha sido invadido lateralmente. Su secuenciación ha revelado la sorprendente realidad de que el 8 por ciento de nuestro genoma humano consiste en ADN viral insertado lateralmente en nuestro linaje por retrovirus. Algunos de esos genes virales, como los iluminó un científico francés llamado Thierry Heidmann y sus colegas, incluso han sido elegidos para funcionar en la fisiología humana, como la creación de una capa esencial entre la placenta y el feto durante el embarazo.

Estos y otros descubrimientos de HGT tuvieron un impacto en el pensamiento evolutivo. Una forma de ese impacto, como la cuchilla de un hacha, estaba en la idea misma del árbol, y particularmente en el árbol tal como lo había dibujado Woese, usando ARN ribosómico como la señal definitiva de la historia siempre divergente de la vida. Otros investigadores comenzaron a ofrecer otras imágenes de la historia evolutiva, otros "árboles", algunos de ellos no muy arborescentes, que tenían en cuenta el HGT y representaban esos enredos de la historia evolutiva. Una de las más vívidas fue dibujada por Ford Doolittle, un biólogo estadounidense de la Universidad de Dalhousie en Halifax, Nueva Escocia, que había conocido a Woese durante los años de Doolittle como postdoc en Urbana. En un artículo de revisión para Science en 1999, Doolittle ofreció su propia caricatura dibujada a mano como una alternativa al árbol de tres extremidades de Woese.

Tal vez, dijo Doolittle en su texto, así como con su dibujo, la historia de la vida simplemente no puede mostrarse como un árbol.

Árbol de la Vida de Ford Doolittle. Tomado de NY Times 

Carl Woese, a medida que su carrera de investigación terminaba, asumió su nuevo rol como un anciano muy honrado pero malhumorado, con fuertes opiniones. Él recogió felicitaciones, y él escribió. Después de haber recibido un MacArthur y un premio de la Academia Nacional de Ciencias y la Medalla Leeuwenhoek (el más alto honor de la microbiología) de la Real Academia Holandesa de las Artes y las Ciencias, en 2000 fue anunciado como ganador de la Medalla Nacional de la Ciencia, otorgado por el presidente de los Estados Unidos con el asesoramiento de consejeros científicos. Woese se negó a asistir al evento en Washington porque, según un amigo, no quería estrechar la mano de Bill Clinton. En 2003 llegó el Premio Crafoord, otorgado por la Real Academia Sueca de Ciencias como complemento a los Premios Nobel y presentado por el rey de Suecia. Woese odiaba viajar, pero fue a Estocolmo para ese evento y no tuvo ningún escrúpulo en estrechar la mano del Rey Carl XVI Gustaf. El Crafoord fue gratificante, pero parece haber anhelado más. Woese había sido nominado para un Nobel, pero tal vez su descubrimiento de las arqueas parecía un poco oscuro, y tal vez simplemente no vivió lo suficiente.

Woese tenía una especie de cerebro bifurcado, me dijo uno de sus amigos más antiguos, Larry Gold. Gold, ahora un distinguido biólogo molecular y empresario de biotecnología, conoció a Woese desde los primeros días en Schenectady cuando ambos trabajaban para GE, y se mantuvo cerca de él a través de los años. Por un lado de Woese, dijo, estaba esta gran profundidad de aprendizaje, en su mayoría adquirida por la autoinstrucción, no el entrenamiento formal, y un interrogatorio implacable. Woese se había entrenado en Yale como biofísico, Gold me recordó, no como biólogo. "Él no sabía nada de biología. Él sabía menos biología en el momento de su muerte que yo sé ", dijo Gold autocrítica. "Eso es algo terrible de decir. Pero él realmente no pensó en biología. Estaba pensando en lo que pasó hace 3.500 millones de años. Eso no es biología. "Es más un gumbo de física y evolución molecular y geología, El oro significaba. Pero la historia profunda, que se remonta a esos miles de millones de años, se encuentra en el corazón de la comprensión de la evolución, ya que Woese trató de hacerlo.

Un año después del Premio Crafoord, en 2004, publicó otro de sus grandes y ambiciosos tratados. Esto no apareció en Nature o Science, sino en un diario más estrecho, Microbiology and Molecular Biology Reviews, cuyos editores le permitieron publicar 14 páginas. Era una salida apropiada, no solo espaciosa, porque quería contarle al campo de la biología molecular lo que pensaba de él. Él quería orinar en el tazón de ponche.

Tituló este ensayo como "Una nueva biología para un nuevo siglo". Su punto central era que la biología molecular se había desviado de su promesa inicial y se había reducido a "una disciplina de ingeniería". Con eso quiso decir que había llegado a preocuparse por las aplicaciones, tales como la modificación genética de organismos para la agricultura o la remediación ambiental, y las preocupaciones de la salud humana, en lugar de las preguntas fundamentales sobre cómo había surgido la vida, se vuelven complejas y evolucionaron durante miles de millones de años. Peor aún, la biología molecular adoptó una perspectiva "reduccionista" sobre lo que consideraba problemas mecánicos, argumentó Woese, como el funcionamiento del gen y la célula. Perdió de vista "los problemas holísticos" de la evolución, los orígenes últimos de la vida y los misterios más profundos de cómo las formas de vida se organizaron. Perdió interés, o nunca tuvo ninguno,

"¿De qué otro modo podría uno racionalizar la extraña afirmación," escribió Woese, "por algunos de los principales biólogos moleculares del mundo (entre otros) de que el genoma humano (un problema inspirado por la medicina) es el 'Santo Grial' de la biología? ¡Qué impresionante ejemplo de biología que opera desde una perspectiva de ingeniería, una biología que no tiene una visión de guía genuina! "Una ciencia así, con la intención de cambiar el mundo de la vida sin tratar de entenderlo, agregó," es un peligro para sí misma ". "

Nadie jamás acusó a Woese de tirar sus golpes. Y a medida que crecía, cada vez más belicoso, albergaba un creciente desdén por Charles Darwin, distinto de, pero junto a su desdén por la biología molecular. El animo de Darwin había encendido dentro de él, un resentimiento de la figura distante con el gran nombre. Parte de esto podría haber sido un desacuerdo sustantivo: el mismo Darwin y la síntesis neodarwinista de ideas que se convirtió en ortodoxia durante el siglo XX vieron el cambio evolutivo como inherentemente incremental y prestaron poca atención a los procesos de herencia, variación y reproducción a medida que ocurren. entre los microbios, a diferencia de los animales y las plantas. Woese vio la evolución microbiana y (más tarde en su vida) HGT como esencial para comprender la historia profunda, eras antes del tiempo, el umbral, cuando la visión de Darwin se hizo relevante. Otra parte probablemente fue pura envidia. Llegó a creerse a sí mismo un pensador más importante, más profundo y más revolucionario que el mismo Darwin.

Woese estaba amargado y necesitado hacia el final de su vida. Pero también fue un gran científico, uno de los más grandes, si no el par de Darwin, como un visionario de los misterios de la evolución.

Entre los puntos esenciales de la convulsión que Woese ayudó a iniciar hay tres ideas contraintuitivas, tres desafíos para el pensamiento categórico sobre los aspectos de la vida en la tierra. Los categóricos son estos: especie, individuo, árbol. Especie: Es una entidad colectiva pero discreta, como un club con una lista de miembros fija. Las líneas entre esta especie y esa no se borran. Individual: un organismo también es discreto, con una identidad unitaria. Hay un perro marrón llamado Rufus; hay un elefante con colmillos extraordinarios; hay un humano conocido como Charles Robert Darwin. Ninguna mezcla refuta la unidad de un individuo. Árbol: la herencia fluye siempre verticalmente de antepasado a descendiente, siempre se ramifica y diverge, nunca converge. Entonces, la historia de la vida tiene forma de árbol.

Ahora sabemos, gracias a Carl Woese y aquellos que lo han seguido, que cada uno de esos tres categóricos está equivocado.

A principios del verano de 2012, mientras estaba de vacaciones con su esposa en Martha's Vineyard, Woese se enfermó, un bloqueo intestinal. Fue cáncer de páncreas. Envió a su asistente administrativa y amiga de confianza, Debbie Piper, para que se uniera a él y a su familia. Ella voló a Boston, y él le rogó que lo rescatara del Hospital General de Massachusetts y la medicación que le quita la mente que le dieron después de la cirugía. Quería claridad más de lo que quería la comodidad. La hija de Piper y Woese lo ayudó a subir a bordo de un vuelo charter médico y de regreso a Urbana.

Ese agosto, consintió en soportar una serie de entrevistas en video para el registro histórico. Varios amigos vinieron a la ciudad para ese propósito, para ayudar en el interrogatorio, y Woese hizo su mejor esfuerzo para responder, con reflexiones vacilantes sobre su trabajo, sus descubrimientos, la ciencia de su tiempo.

Pálido y manifiestamente incómodo, sentado ante estanterías y una planta de hiedra, habló a la cámara durante siete horas repartidas en tres días, trabajando para recordar hechos y nombres, para expresar ideas, frustrado cuando no podía. Había tanto que aún faltaba decir. Ahora era demasiado tarde. Él tomó largas pausas. Parpadeó por su propia mortalidad. En un momento dijo, "mi memoria funciona mal, mal, mal". La cámara lo capturó todo. En el momento de su servicio conmemorativo, meses después, alguien planteó la idea de reproducir parte de este video para incorporar su voz e imagen al evento.

Piper, cuando hablamos, recordó su reacción ante ese pensamiento: "Oh, por favor no lo hagas". Porque solo se ve y suena como un viejo enfermo ".

Pero dentro del anciano enfermo había una multiplicidad de otras realidades. Algunos habían surgido directamente, y algunos habían llegado de lado.

Este artículo está adaptado de "The Tangled Tree: A Radical New History of Life", publicado por Simon & Schuster.

David Quammen es autor y receptor en tres ocasiones del National Magazine Award.

Fuente: https://www.nytimes.com/2018/08/13/magazine/evolution-gene-microbiology.html

#Biología
#Biología3.0
#BiologíaQueTransforma