Origen de las Especies por Medio de la Selección Natural

Las preguntas que aún no tienen la inteligencia de pedir será una preocupación creciente de la ciencia en los próximos 50 años. Eso es lo que aparece en el expediente. Tenga en cuenta el estado de la ciencia más de un siglo atrás, en 1899. Entonces, como ahora, la gente se refleja en los logros de los últimos 100 años. Uno de los logros sólidos, fue la prueba por John Dalton en 1808 que la materia está constituida por átomos. Otra fue la demostración (por James Prescott Joule en 1851) que la energía se conserva, y de hecho las primeras conjeturas (por el físico francés Sadi Carnot) que la eficiencia con la que una forma de energía puede ser convertida en otra es inherentemente limitada: en conjunto, estos acontecimientos nos dio lo que se llama la termodinámica y la idea de que las leyes más fundamentales de la naturaleza incorporar una "flecha del tiempo".

También hubo Charles Darwin, cuya Origen de las Especies por Medio de la Selección Natural (publicado en 1859) pretendía dar cuenta de la diversidad de la vida en la Tierra, pero no dijo nada sobre el mecanismo de la herencia, o incluso acerca de las razones por las especies diferentes, pero relacionadas entre sí suelen ser estériles. Por último, en el catálogo del siglo 19 de auto-satisfacción, fue la demostración de James Clerk Maxwell de cómo la electricidad y el magnetismo puede ser unificada por un conjunto de ecuaciones matemáticas en líneas estrictamente newtoniana. Más en general, Newton's leyes habían sido tan bien afinado por la práctica que ofrece una solución para cualquier problema en el mundo real que podría ser definido con precisión. Lo maravilloso de un siglo de 1800 debe haber sido!

Sólo las personas más perspicaces apreciado, en 1899, que hubo fallas en esa posición. Uno de ellos fue Hendrik Antoon Lorentz de LeidenUniversidad en la Países Bajos, Que vio que la teoría de Maxwell implícitamente incorporados en una contradicción: la teoría se supone que debe haber un éter que impregna todo a través del cual se propagan las perturbaciones electromagnéticas, pero es mucho más sencillo suponer que el tiempo pasa más lentamente en un objeto en movimiento relativo a un observador . Era un pequeño paso de allí (a través de Henri Poincaré de la Universidadde París) A la teoría especial de Albert Einstein de la relatividad, publicada en 1905. La teoría especial, lo que implica que la velocidad relativa no puede exceder la velocidad de la luz, falsea Newton sólo filosóficamente: ni espacio ni tiempo puede proporcionar una especie de cuadrícula invisible contra el que la posición de un objeto, o el momento en que alcanza esa posición, se puede medir. Hace un siglo, pocas personas parecen haber apreciado que AA Michelson y EW Morley, en la década de 1880, había llevado a cabo un experimento cuya interpretación más simple es que el éter de Maxwell no existe.

Para los descontentos de, o incluso ofendidos por la complacencia vigente de 1899, otra evidencia amplia que han dado a entender que la ciencia fundamental aceptada fue la partida en problemas. Los átomos se suponía que eran indivisibles, de modo que ¿cómo se podría explicar lo que parecía ser fragmentos de átomos, los electrones y los "rayos" emitido por los átomos radiactivos, descubierta en 1897? Del mismo modo, aunque Darwin había supuesto que los hereditarios (estaríamos ahora decir "genético") los cambios en la constitución de los individuos son siempre los más pequeños, el redescubrimiento de los trabajos de Gregor Mendel en 1850 (principalmente por Hugo de Vries en los Países Bajos) sugiere que los cambios genéticos espontáneos son más bien discretos y sustancial. Que el desarrollo conducido, bajo la dirección de Thomas Hunt Morgan, a la aparición de la Universidad de Columbia en Nueva York como la ciudadela de lo que se denomina genética clásica (una frase acuñada sólo en 1906) y el reconocimiento en la década de 1930 que la contradicción entre el darwinismo y "Mendel-Morganism" (como los soviéticos en la década de 1950 vino a llamar el trabajo de Columbia) no es tan agudo como al principio parecía.

Ahora nos sorprende cómo estas contradicciones se han resuelto y en muchas otras cosas. Nuestra alegría, con nuestro propio siglo, supera a la de 1899. No menos importante es el sentido de la liberación personal nos gusta que se deriva de las aplicaciones de la ciencia en los primeros años de la centuryMarconi 20a de puente del Atlántico con ondas de radio y millas, medido a la Wright brothers 'de vuelo en un aparato más pesado que el aire. (Wilbur y Orville habían construido un túnel de viento primitiva en su base de Ohioantes de arriesgarse a sí mismos en alto.) Las comunicaciones y las industrias de la aviación han aumentado de los comienzos. Nuestros escritorios están repletos con máquinas de computación de gran alcance que nadie previó en 1900. Y también mucho más saludable: pensar de la penicilina!

Un Catálogo de satisfacción

En la ciencia fundamental, tenemos tanto o más que alardear de lo del siglo 19. La relatividad especial ya no es sólo Newtonhecho filosóficamente respetable. A través de su implicación de que el espacio y el tiempo deben ser tratados en pie de igualdad, se ha convertido en una piedra de toque fundamental de la validez de las teorías de la física fundamental.

Los otros tres hitos en la ciencia fundamental en este siglo apenas previsible. Teoría general de Einstein de la relatividad en 1915, lo que habría sido mejor que llamó su "teoría relativista de la gravitación", habría sido una sorpresa para todos los lectores, pero cerca de Ernst Mach, el físico y filósofo positivista vienés. Al postular que las fuerzas gravitatorias en todas partes son consecuencia de un campo gravitatorio que llegue a los rincones más lejanos del universo, Einstein puso en marcha la idea de que la estructura y evolución del universo están inevitablemente ligados. Pero incluso Einstein se sorprendió cuando Edwin Hubble descubrió en 1929 que el universo se está expandiendo.

La mecánica cuántica fue otro rayo caído del cielo, aunque la gente ha estado preocupada por las propiedades de la radiación de los objetos calientes para casi medio siglo. El problema era explicar cómo surge que la radiación de un objeto depende fundamentalmente de su temperatura de tal manera que la frecuencia más prominente en la emisión es directamente proporcional a la temperatura, al menos cuando la temperatura se mide desde el cero absoluto (que es de 273 grados Celsius por debajo del punto de congelación del agua, o -459 grados Fahrenheit, y que ella misma había sido definida por la termodinámica del siglo-19a). La solución ofrecida por Max Planck en 1900 fue que la energía se transfiere entre un objeto caliente y sus alrededores sólo en finita (pero muy pequeña) los importes, llamados cuantos. La cantidad real de energía en un cuanto depende de la frecuencia de la radiación y, de hecho, es proporcional a ella. Planck confesó en el momento en que él no sabía lo que significaba este resultado y supuso que sus contemporáneos también se perplejo.

Como sabemos, se tardó un cuarto de siglo de la dificultad de Planck para ser resuelto, gracias a los esfuerzos de Niels Bohr y Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger y Paul Dirac, junto con un pequeño ejército de este siglo mejores y más brillantes. ¿Quién hubiera adivinado, en 1900, que los resultados de la empresa Planck empezó sería un nuevo sistema de la mecánica, tan amplia como Newton, en el sentido de que es aplicable a todos los problemas bien planteados, pero se aplica sólo a los átomos, las moléculas y los partes thereofelectrons y así sucesivamente?

Incluso ahora hay gente que dice que la mecánica cuántica está lleno de paradojas, pero que es una deliberada (ya menudo maliciosa) la lectura de lo que sucedió en el primer trimestre de este siglo. Nuestra comprensión intuitiva de cómo los objetos en el mundo macroscópico se comportan (encarnada en Newton's leyes) se basa en las percepciones de nuestros sentidos, que son ellos mismos los productos de la evolución de la selección natural en un mundo en el que la evasión de los objetos macroscópicos (depredadores) o su captura (comida) habría favorecido la supervivencia de la especie. Es difícil imaginar lo que la ventaja selectiva de nuestros antepasados se han beneficiado de una capacidad de sentir el comportamiento de las partículas subatómicas. La mecánica cuántica es por lo tanto no es una paradoja, sino más bien un descubrimiento sobre la naturaleza de la realidad en las escalas (de tiempo y distancia) que son muy pequeñas. Desde que la revelación ha corrido nuestra actual comprensión de cómo las partículas de la materia nuclear puede considerarse que consisten los quarks y los likean logros intelectuales sobresalientes, sin embargo puede ser provisional.

La tercera sorpresa de este siglo ha seguido desde el descubrimiento de la estructura del ADN por James D. Watson y Francis Crick en 1953. Eso no quiere decir que Watson y Crick no eran conscientes de la importancia de su descubrimiento. En la década de 1950 se había convertido en una vergüenza que los genes, que la Columbiade la escuela de la genética ha demostrado están dispuestos de forma lineal a lo largo de los cromosomas, no se había asignado una estructura química de algún tipo. La sorpresa fue que la estructura del ADN no representaron sólo de la forma descendencia hereda sus características físicas de sus padres, sino también por cómo las células individuales en todos los organismos sobreviven de milisegundos a un milisegundo en la manera en que la selección natural ha formado. El secreto de la vida ya no se oculta.

Un catálogo de la Ignorancia

Tanto la mecánica cuántica y la estructura del ADN se han ampliado nuestra comprensión del mundo en un grado que sus autores no sabía y no podía haber predicho. No hay manera de decir que de piedra revocada en los próximos 50 años dará lugar a un nuevo mundo de la ciencia. Lo mejor que uno puede hacer es hacer un catálogo de nuestros ignoranceof presente que existe una gran dealand entonces extrapolar las tendencias de futuro en la investigación actual. Sin embargo, incluso ese procedimiento sugiere una agenda para la ciencia en el siglo siguiente medio que coincide en su interés y entusiasmo todo lo que ha ocurrido en el siglo que está a su fin. Nuestros hijos y nietos serán hechizados.

Uno de los premios ya casi listo para la adopción es la reconstrucción de la historia genética de la raza Homo sapiens, Homo sapiens. Un triunfo de la última década ha sido la desintegración de la genética de la ontogenia, la transformación de un embrión fertilizado en un adulto en el curso de la gestación y la lactancia. El organismo de los planes de animales y plantas aparecen inicialmente para ser moldeado por los genes de un común familiar (llamada Hox los genes) y luego por especies específicas de los genes de desarrollo. Aunque los biólogos moleculares están todavía tratando de entender cómo la secuencia jerárquica de los genes de desarrollo está regulado y cómo los genes que han hecho su trabajo entonces se hacen inactivas, es sólo cuestión de tiempo antes de que los genes implicados en las etapas sucesivas de Homo sapiens son el desarrollo que figuran en el orden en que entran en juego.

Entonces será posible saber de una comparación entre el Homo sapiens y, por ejemplo, los genes de los chimpancés cuando y de qué manera las diferencias cruciales entre sapienss Homo y los grandes simios llegó a existir. La esencia del cuento es conocido en el registro fósil: la corteza cerebral de homínidos ha aumentado constantemente de tamaño en los últimos 4.5 millones de años, los homínidos eran capaces de caminar erguidos con Homo erectus 2,1 millones años atrás, y la facultad de hablar, probablemente apareció con Eva mitocondrial quizá tan recientemente como hace 125.000 años. Conocer las bases genéticas de estos cambios nos dará una historia más auténtica de nuestra especie y una comprensión más profunda de nuestro lugar en la naturaleza.

Ese entendimiento traerá trascendental de los subproductos. Puede ser posible deducir por qué algunas especies de homínidos, de los cuales los neandertales son sólo uno, no pudo sobrevivir a los tiempos modernos. Más importante es que la historia genética de la H. sapiens es probable que sea un caso de prueba para el mecanismo de la especiación. A pesar de la frase "Origen de las Especies" en el título de la Darwin's gran artículo, el autor no tenía nada que decir acerca de por qué los miembros de las diferentes especies suelen ser mutuamente estériles. Sin embargo, la diferencia genética más notable entre sapienss Homo y los grandes simios es que sapienss Homo tienen 46 cromosomas (23 pares), mientras que nuestros parientes más cercanos han 48. (Gran parte del cromosoma que falta mono parece estar en el extremo largo de Homo sapiens el cromosoma 2, pero otros fragmentos aparecen en otras partes del genoma del Homo sapiens, en particular en el cromosoma X). Será importante para la biología en general, saber si este reordenamiento de los cromosomas fue la causa principal de la evolución de Homo sapiens, o si es simplemente una consecuencia secundaria de la mutación genética.

Los 50 próximos años también se verá una intensificación de los esfuerzos actuales para identificar los correlatos genéticos de la evolución más general. La comparación de las secuencias de aminoácidos de proteínas similares a las especies asociadas o de las secuencias de nucleótidos en relación acidsthe nucleicos las moléculas de ARN en los ribosomas son un favoriteis en principio, una manera de decirle a la edad del ancestro común de las dos especies. Simplemente es necesario conocer la velocidad a la que las mutaciones ocurren naturalmente en las moléculas que se trate.

Pero eso no es una cuestión sencilla. Las tasas de mutación difieren de una proteína o molécula de ácido nucleico a otro y varían de un lugar a otro a lo largo de su longitud. La construcción de un reloj más fiable "molecular" debe ser un objetivo para el futuro próximo. (La tarea es similar, pero si nada más desalentador que, el esfuerzo de los cosmólogos para construir una escala de distancia confiables para el universo.) Entonces seremos capaces de adivinar las causas de los grandes puntos de inflexión en la evolución de la vida en Earththe evolución del ciclo de Krebs en la que todas las células bacterianas, pero a su vez los productos químicos en la energía, el origen de la fotosíntesis, la aparición de los primeros organismos multicelulares (ahora firmemente colocado más de 2.500 millones de años).

Con suerte, el mismo esfuerzo también nos dicen algo sobre el papel de los agentes viruslike en la evolución temprana de la vida. El genoma del Homo sapiens está llena de secuencias de ADN que parecen fósiles de ácido nucleico de un momento en que la información genética se transfieren fácilmente entre distintas especies tanto como las bacterias en el mundo moderno adquirir ciertas características (como la resistencia a antibióticos), mediante el intercambio de estructuras de ADN llamados plásmidos. No vamos a conocer nuestro verdadero lugar en la naturaleza hasta que entendamos cómo el ADN aparentemente inútil, en el genoma del Homo sapiens (que Crick fue el primero en llamar "basura") ha contribuido a nuestra evolución.

La comprensión de todos los genomas completos cuya estructura no se conoce, en sí mismo, de vuelta al punto de origen de la vida como tal. Cabe, sin embargo, arrojar más luz sobre la naturaleza de los seres vivos en el llamado mundo de ARN que se supone que han precedido a la mayor parte del ADN de vida que nos rodea. Es notable y sin duda significativo de algo que todavía utilizan las células modernas moléculas de ARN para determinados functionsas base a los editores de ADN en el núcleo, por ejemplo, y como las plantillas para la toma de las estructuras llamadas telómeros que estabilizan los extremos de los cromosomas.

En algún momento, pero probablemente más de la mitad de un siglo a partir de ahora, alguien hará un intento serio de construir un organismo basado en el ARN en el laboratorio. Pero el problema del origen de la vida de los productos químicos inorgánicos de las necesidades de comprensión ahora lackingnot menos una comprensión de cómo el flujo de la radiación como la del sol puede vez, más, la fuerza de la formación de complejos a partir de simples productos químicos. Algo de esto se sabe que ocurren en nubes moleculares gigantes dentro de nuestra galaxia, donde radioastrónomos han ido encontrando cada vez más complejos químicos, y más recientemente los fullerenos (comúnmente llamadas "bolas de bucky-") como el C60. La necesidad es para la comprensión de la relación entre la complejidad y el flujo de la radiación. Este es un problema en la termodinámica irreversible, al que poca atención ha sido pagado.

De hecho, los biólogos en general han prestado poca atención a los aspectos cuantitativos de su trabajo en el pasado pocas décadas agitada. Esto es comprensible cuando hay muchos datos interesantes (e importante) para ser recogidos. Pero ya estamos en el punto donde una comprensión más profunda de cómo, por ejemplo, las células de la función se ve obstaculizada por la simplificación de la realidad, ahora son comunes en la biología celular y geneticsand por el torrente de datos aumenta por todas partes. La simplificación? En genética, se acostumbra a buscar (y hablar de) la "función" de un gen recientemente descubierto. Pero ¿y si el genoma sapiens mayoría de los genes en el Homo, o al menos sus productos proteicos, tienen más de una función, quizá incluso antagónicas? Plain cuentas de lenguaje de los eventos celulares son entonces que pueda resultar engañosa o carente de significado si no están respaldados por los modelos cuantitativos de algún tipo.

Un ejemplo terrible es el ciclo de división celular, en la que el número de enzimas que se sabe están implicadas parece haber ido en aumento durante los últimos años, a razón de una enzima a la semana. Es un éxito considerable que un complejo de proteínas que funciona como un disparador para la división celular (al menos en la levadura) ha sido identificado, pero ¿por qué funciona este complejo como un disparador y como el propio gatillo se dispara por la influencia dentro y fuera de la célula son preguntas todavía sin respuesta. Que seguirá siendo así hasta que los investigadores han construido modelos numéricos de las células en su totalidad. Esa declaración no es tanto un pronóstico como un deseo.

A pesar de la ilusión nos gusta que el ritmo de descubrimiento se está acelerando, es importante que, en algunos campos de la ciencia, muchas metas parecen ser alcanzables sólo lentamente y mediante un esfuerzo colectivo enorme. Para estar seguros, las naves ya la exploración del sistema solar se diseñan generalmente de una década o más antes de su lanzamiento. Después de un siglo de la sismología, sólo que ahora son de medición y técnicas analíticas suficientemente sensibles a la promesa de que pronto tendremos una imagen del interior del planeta en que vivimos, que muestra el aumento de las plumas de convección del manto de roca que conducen a las placas tectónicas través de la superficie de la Tierra. Desde 1960, los biólogos moleculares han tenido el objetivo de comprender la forma en la que se regulan los genes de los organismos vivos, pero ni siquiera la más simple bacteria aún no ha sido ampliamente justificados. Y seremos felices si los correlatos neurales de pensar se identifican en el medio siglo por delante. La aplicación de lo que ya sabemos animarán las décadas inmediatamente por delante, pero hay muchas cuestiones importantes que se respondió sólo con gran dificultad.

Y vamos a ser sorprendido. El descubrimiento de los seres vivos de algún tipo en otros lugares de la galaxia cambiará radicalmente la opinión general de nuestro lugar en la naturaleza, pero habrá sorpresas más sutiles, que, por necesidad, no pueden preverse. Son los medios por los que el registro de los últimos 500 años de la ciencia se ha animado en repetidas ocasiones. Son también los medios por los que el medio siglo que se avecina fascinar a los profesionales y cambiar las vidas de los demás.

un artículo presentado por Donis F.

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