HISTORIA DE LA IDEA DE NATURALEZA

 

HISTORIA DE LA IDEA DE NATURALEZA

 

Desde el siglo XVII, en el mundo científico se debate acerca de la prioridad o precedencia de las principales ideas que, desde los griegos, han intentado explicar la naturaleza: materialismo, idealismo, metafísica, monismo, dualismo, vitalismo, animismo, mecanicismo, fijismo, evolucionismo, estructura, función, entre otras.

En palabras de su Fausto, Goethe nos ofrece una respuesta: “en el principio fue la acción” … o, aun mejor, desde un enfoque materialista, la interacción: materia, energía e interacción, como claves de bóveda de la naturaleza como un todo en evolución. La interacción de la materia constituye la esencia de las leyes fisicoquímicas, que necesariamente se deben cumplir. Por una parte, las interacciones materiales generan estructuras, esto es, la organización interna de un ser o conjunto de seres, mediante determinadas distribuciones o relaciones entre sus elementos o partes. Por otra, por imperativo termodinámico, los procesos necesarios (los que no pueden dejar de ser) tienden al desorden (con un aumento de la entropía). La información estructural, depositada en la disposición de las unidades materiales, es lo contrario al desorden.

La vida se opone al desorden mediante la selección de procesos que tienden al orden: las funciones vitales. De acuerdo con Schrödinger, en los seres vivos la producción de entropía se ralentiza. En general, la necesidad imperativa de las interacciones materiales genera estructuras espontáneas que tienden al desorden; pero, en ambientes adecuados, algunas de esas estructuras realizan interacciones contingentes que, a su vez, producen otras estructuras que pueden ser seleccionadas funcionalmente por su oposición al desorden… Son las funciones vitales, esenciales de la vida. Estas estructuras integran organismos que presentan una coherencia y plasticidad funcional frente al medio moldeador y selector, favoreciendo, así, la independencia del individuo respecto a la incertidumbre del entorno.

En resumen, la función sería prioritaria o precedente a la estructura: las estructuras se moldean y seleccionan funcionalmente, y, así, albergan información biológica.

Del Caos al Cosmos

En el principio fue el Caos…, el primer ser de los primitivos griegos, que no tenía forma y le atribuían la creación de un universo de naturaleza impredecible bajo el dominio de dioses caprichosos.

Posteriormente, la ciencia griega alcanza su cénit en Jonia (entre el 600 y el 400 a. C.), planteando un universo ordenado y comprensible, el Cosmos. La racionalidad filosófica de los Jonios les llevó a conocer el orden interno del universo, la regularidad de sus procesos y la necesidad reglada de sus fenómenos: el Cosmos es un universo ordenado, predecible y experimentable.

Quizá el filósofo más representativo de este momento de esplendor sea Demócrito de Abdera, que expone un pensamiento muy próximo al de la mejor ciencia actual: “Nada existe, aparte de átomos y el vacío”. Su concepción de un universo material, en constante interacción dinámica, es compatible con la actual del espacio-tiempo.

El brutal asesinato de Hipatia, y la posterior destrucción de la Biblioteca de Alejandría, en el 415 de nuestra era, abre paso a la ignorancia irracional del medievo en lo relativo a las ideas filosóficas y científicas (Aristóteles reaparece, pero teñido por la escolástica). Hasta finales del siglo XVI, la naturaleza volvió a ser caprichosa e impredecible, mero agente de la voluntad divina: no se distinguían bien los organismos vivos, ni entre sí ni entre la totalidad de los seres, todo formaba parte de una cadena continua de entes creados por Dios, y mantenidos por generación (especial para los superiores y espontánea para los inferiores).

 

Las leyes de la naturaleza

Las leyes de la naturaleza empezaran a asomar en la mente de los científicos en el siglo XVII, pero inicialmente en la física, poco después en la química y mucho más tarde en la biología. Los naturalistas comienzan con el análisis de las estructuras visibles y la clasificación de los seres vivos.

Galileo, Descartes, Leibniz, Lavoisier y Newton, entre otros, se plantean descubrir el orden, el código, las causas de los fenómenos, y unirlos entre sí mediante leyes que sustituyan el sistema de signos divino por el sistema de signos de las matemáticas. Pero este nuevo abordaje limita el ámbito de las ciencias naturales a la física. Con la mecánica, todo en la naturaleza funciona como una máquina, es más, toda la naturaleza es una máquina. Esta concepción mecanicista afecta fundamentalmente a la naciente fisiología médica, que aún no distingue las funciones vitales, solo órganos que funcionan dentro de la mecánica universal. Pero una máquina obedece a un diseño y a una inteligencia diseñadora exterior, esto es, a un proyecto, a una finalidad…, propias de una concepción teleológica, ajena al método científico.

Por su parte, el inventario de los seres naturales se fue organizando en una disciplina denominada Historia natural, basada en el análisis de las estructuras visibles y su clasificación según su grado de organización y sus capacidades de movimiento: animales, vegetales y minerales, inicialmente sin separaciones netas.

En el tránsito de la teología al materialismo monista, nos encontramos con toda clase de situaciones intermedias de naturaleza metafísica: materialismo dualista, como el de Descartes; animismos y vitalismos, opuestos al mecanicismo… La Biología surge como ciencia con la idea de organización funcional. Esta nueva perspectiva, que comienza con Buffon y Lamarck, plantea que los organismos surgen de la integración orgánica de funciones previas. Además, con Cuvier y, sobre todo, con Darwin, estos se enfrentan a las contingencias ambientales, y, por lo tanto, evolucionan en un ajuste continuo sin perseguir finalidad alguna. Estas características no las cumple ningún mecanismo, por muy complejo que sea.

Una vez deslindados los seres orgánicos de los inorgánicos, ¿qué pasa con el inventario y clasificación de la ingente cantidad de ellos? Y, sobre todo, lo que Herschel llamó “el misterio de los misterios”: ¿cómo se originan las especies? Por un lado, tenemos a Linneo, que, mediante el análisis de las partes visibles de las plantas, extrae sus rasgos más característicos, y, así, establece jerarquías de clasificación o taxones, atendiendo a lo esencial o unitario de cada grupo. Por otro lado, Buffon, dice que en la naturaleza no existen más que individuos, y los géneros, los órdenes y las clases solo existen en nuestra imaginación… Pero la unicidad extrema (las características únicas de cada individuo), nos llevaría a una clasificación infinita e inoperante para la actividad científica. Para Buffon, los organismos pueden exhibir una gran diversidad mediante la combinación de partículas vivientes, que él denomina moléculas orgánicas. Buffon tiene presentes las teorías físicas y químicas de Newton acerca de la atracción y de la afinidad, respectivamente, como resultado de interacciones invisibles entre las partículas que componen la materia.

 

La perspectiva funcional en Lamarck: la importancia del medio para los seres vivos

Lamarck establece una jerarquía funcional de las estructuras, que aplica a la clasificación, distinguiendo entre la organización interior de un animal, que responde al sistema integrado de relaciones funcionales, y su forma exterior. No solo las partes de un ser vivo no están separadas en su funcionamiento, sino que los organismos tampoco están aislados de la naturaleza que los rodea, hay una continua interacción adaptativa entre cada uno de ellos y su medio. La revolución de Lamarck reside en el principio del uso y desuso, que eleva la idea popular de su época sobre la herencia de los caracteres adquiridos a teoría evolutiva: la inducción del cambio corporal por alteraciones previas del comportamiento (del entorno alterado al cambio de hábitos y a la modificación corporal). Merece la pena citar el enunciado de este principio que hace Lamarck en las Recherches (1802) y en la Philosophie zoologique (1809):

No son los órganos, es decir, la naturaleza y forma de las partes del cuerpo del animal, lo que ha dado lugar a sus hábitos y facultades especiales, sino que son, por el contrario, sus hábitos, su modo de vida y su entorno lo que ha controlado en el curso del tiempo la forma de su cuerpo, el número y estado de sus órganos y, finalmente, las facultades que posee.

Esta hermosa frase recuerda la posterior y célebre de Marx:

No es la conciencia del hombre la que determina las condiciones materiales de su existencia, sino estas últimas las que determinan su conciencia.

Lamarck establece así una relación de causa efecto, una prioridad de la función sobre la estructura, y subraya la importancia del medio sobre el ser vivo.

Hemos visto que para saltar de la idea medieval de generación a la de evolución por selección natural de Darwin fue fundamental la intervención de Linneo y su concepción filiativa de las especies, pero ha sido aún más importante la concepción funcional y organicista de los seres vivos de la mano de científicos tan diversos como Buffon, Lamarck y Cuvier.

 

La perspectiva funcional en Cuvier. Armonía funcional y discontinuidad estructural

Los enormes conocimientos de Cuvier en anatomía comparada y en paleontología lo llevaron a refutar la idea medieval de la cadena continua de los seres y la de su permanente generación espontánea. Él ve saltos insalvables entre los organismos y el registro fósil, que explica mediante una sucesión de extinciones catastróficas seguidas por nuevas creaciones (pero biológicas, no divinas), que conducirían a los grandes tipos actuales, que exhiben discontinuidades abismales entre ellos. Cuvier introduce, de esta forma, en la biología la idea de contingencia en los sucesos y de discontinuidad en la cadena de los seres, ambas esenciales para los posteriores planteamientos evolucionistas de Darwin.

Pero tanto o más importante es la perspectiva funcional en Cuvier, que sitúa la función delante de la estructura. Para este célebre anatomista, el organismo animal es una unidad de funciones integradas con una enorme posibilidad de diversidad estructural, fundamentalmente en la parte más externa. Se abre un mundo de semejanzas funcionales y de diferencias estructurales. En la anatomía comparada ya no se miran las estructuras aisladas entre sí, sino en la coherencia de su dinámica funcional.

Por otra parte, Cuvier distingue una discontinuidad estructural, debida a la contingencia, agrupada en cuatro planes o tipos básicos, y una continuidad funcional debida a las condiciones de existencia en el entorno. Además, Cuvier, hace una jerarquía entre los órganos más o menos esenciales, y sitúa a los primeros en el interior de la estructura viva y a los segundos en el exterior. Esta distinción estructural de Cuvier, entre un núcleo interno esencial y una periferia interactiva y variable, es muy profunda y alcanza a varios de los niveles de organización de la materia: los átomos, las proteínas (como nivel biológico supramolecular), las células y los individuos pluricelulares.

 

La perspectiva funcional en Darwin. La contingencia del medioambiente en la ontogenia y en la filogenia

Darwin no utilizó el término «evolución» en su Origen de las especies, sino la idea de «herencia con modificación», y, aunque actualmente el primer término, fundamentalmente si hablamos de evolución darwiniana, tiene otro significado, etimológicamente –y, sobre todo en aquella época– significa “despliegue” (del latín evolvere), más propio del desarrollo embrionario, finalista y progresivo.

En la embriología, los descubrimientos de von Baer están en línea con los de Cuvier respecto a la discontinuidad entre los grupos de seres vivos: observa cuatro tipos de desarrollo embrionario que coinciden con los que el sabio francés identifica en sus estudios de anatomía comparada. Pero, además, también distingue entre interno y externo en el espacio y entre próximo y lejano en el tiempo, respecto a las estructuras y rasgos más o menos generales. Este embriólogo no estaba de acuerdo con la teoría de la evolución filogenética de Darwin –donde bajo este término se teje una compleja red de relaciones medioambientales de forma contingente, sin dirección ni propósito alguno–, pero, sin embargo, ya tenía un barrunto de la relación en el espacio y en el tiempo de la evolución propia de la ontogenia.

Estas conclusiones de von Baer las llevaría más tarde Haeckel al campo de la evolución en su expresiva ley biogenética: «La ontogenia recapitula la filogenia».

No obstante, tanto von Baer con la embriología como Cuvier con la anatomía comparada y la paleontología ponen los cimientos para la construcción de la teoría darwiniana. Cada uno en su campo distingue entre órganos más internos –los más importantes, los que aparecen en primer lugar y definen a cada uno de los cuatro grandes grupos– y órganos más superficiales, más variables, tardíos y definidores de los subgrupos y pequeñas ramificaciones de los grandes taxones.

En términos evolutivos, la estructura interna de los animales respondería a la adaptación a los cambios del entorno en el pasado, definidora de los grandes tipos esenciales, mientras que la estructura más superficial estaría asociada a la interacción contingente más reciente entre el organismo y su medio, generadora de una explosión de diversidad adaptativa. El juego entre presente y pasado, entre lo actual y la historia, entre ontogenia y filogenia, es también el juego en interacción incesante entre las estructuras internas y externas.

Recapitulando, al llegar a Darwin, además del cambio en el concepto de especie y de la influencia del medio en la función y estructura del ser vivo, la medieval idea de generación divina había sido sustituida por la fisiológica de reproducción. Esta nueva concepción exigía algún tipo de información que pasara mediante células sexuales, o no, de una generación a la siguiente, es decir, algún tipo de herencia. Por lo tanto, la teoría de Darwin nacía, al igual que la de Lamarck, con dos dimensiones de cambio: una en el espacio, de adaptación al medio, y otra en el tiempo, de formación de nuevas especies por reproducción diferencial de las más aptas. Algunas de las grandes diferencias con Lamarck no tienen tanto que ver con la idea de herencia de los caracteres adquiridos –que, con matices, estaba en la teoría de la pangénesis de Darwin–, sino fundamentalmente en la orientación teleológica del francés de tendencia a la perfección frente a la absoluta falta de dirección y propósito en la evolución temporal dentro de la teoría darwiniana.

En Darwin, el cambio en las especies producido a lo largo del tiempo no busca ningún fin ni es el resultado de ningún programa de desarrollo, como ocurre en la ontogenia. De acuerdo con Haeckel, la ontogenia recapitula la filogenia, pero esta es impredecible –no hay camino, solo estelas de lo ya navegado– y está a merced de la contingencia medioambiental. En el concepto de selección natural hay que subrayar la continua interacción entre los organismos y sus medios. Los seres vivos mantienen un equilibrio dinámico y armónico con sus medios cambiantes, pero de forma contingente, sin propósito alguno.

 

 

Del árbol de Darwin al telar de la vida

En su libro, El origen de las especies, Darwin eleva el Sistema Natural de clasificación de Linneo a árbol evolutivo. En el primero, las especies se relacionan por parentesco filiativo, aunque con un trasfondo creacionista; en el segundo, vemos un único origen del ancestro común de los seres vivos, y una ramificación progresiva que lleva hasta los organismos actuales. Así, en su obra cumbre, Darwin plantea, como uno de sus conceptos principales, lo que denomina descendencia con modificación, mediante evolución por selección natural, donde el medio ambiente juega un importante papel en la información biológica.

Con Mendel nace la Genética, que postula una herencia interna codificada en secuencias de ADN denominadas genes, que están en los cromosomas de las células. Esta herencia genética se transmite verticalmente de padres a hijos, pero también horizontalmente entre especies, sobre todo con la intervención de bacterias y virus. Con la irrupción de la genética, la biología se centra en la información que pasa de una generación a la siguiente (dimensión de cambio temporal) y abandona la información adaptativa (espacial) basada en la plasticidad fenotípica frente al medio.

Teniendo en cuenta todos estos elementos, el árbol de la vida se puede transformar en un telar, con su urdimbre celular y su trama vírica, donde los organismos aparecen como diferentes estados informativos en permanente interacción dinámica, integrando la biósfera.

Aquí, la novedad reside en que la información biológica no es solo genética (almacenada en las secuencias del ADN y ARN). Además de la, ya conocida, epigenética, también presente en los cromosomas, incorpora una información, que podemos considerar pregenética, basada en la versatilidad y adaptabilidad intrínseca de algunas proteínas frente a su entorno molecular.

En el mundo de las proteínas, podemos encontrar desde las muy estructuradas, que se aproximan a los conocidos dogmas deterministas de la biología molecular –a una determinada secuencia, le corresponde una única estructura y una función–, hasta las total o parcialmente desestructuradas, que violan estos dogmas. Mientras que en las primeras la interacción ligando/proteína funciona como una llave y su cerradura, para las segundas se propone un ajuste inducido, como una mano con todas las posibilidades funcionales según el utensilio que maneje.

Las proteínas parcial o totalmente desestructuradas (IDP) constituyen el 50% de las proteínas de eucariotas y presentan dificultades para poder dilucidar su estructura tridimensional, tanto con los métodos clásicos de estudio como con programas de IA, como AlphaFold, ya que carecen de estructura terciaria estable.

Las IDP solo adquieren una estructura tridimensional estable cuando interaccionan con algún ligando funcional de los varios posibles. Aquí es la función la que impone la estructura tridimensional.

Vemos, claramente, que la selección funcional produce información biológica conformacional: una proteína desordenada con varias funciones y varias conformaciones, propiedades muy convenientes para las rutas reguladoras y de señalización celular donde actúan estas proteínas frente a los cambios ambientales.

La biología tiene que elegir entre la lógica del azar y la necesidad –donde la estructura es acertada en la ruleta de la mutación al azar y precede a una necesidad funcional finalista–, o la de la necesidad y la contingencia concatenadas. Se trata de explicar la historia de interacciones coherentes que va de la formación del tejido espaciotemporal del universo al telar de la vida.