Semejanzas Entre la Evolución Biológica y la Evolución del Lenguaje

El Código Genético como una Forma de Lenguaje

Por: Edwin Francisco Herrera Paz

El ADN comparte con el lenguaje idiomático el hecho de ser ambos sistemas de codificación de información.

En el ADN se encuentran los genes, unidades informativas con las instrucciones para la construcción de las proteínas, que son los bloques fundamentales de la vida. Las proteínas son cadenas largas de unas pequeñas moléculas llamadas aminoácidos de los cuales hay 20 en total. El ADN es una cadena larga de pequeñas moléculas llamadas nucleótidos,  4 tipos en total, y a los cuales se les asigna la primera letra de su nombre químico: A (Adenina), T (Timidina), G (Guanina) y C (Citocina).

Un cromosoma está construido por una secuencia compuesta por millones de estos nucleótido en fila india, uno detrás de otro. No todo este ADN es codificante, es decir, forma parte de genes. Pero en una región correspondiente a un gen los nucleótidos forman verdaderas palabras del llamado lenguaje de la vida.

Cada palabra está compuesta de tres nucleótidos, y el total de combinaciones posibles de un abecedario de cuatro letras formando palabras de tres letras, es 64. Es decir, el código genético es un lenguaje de 64 palabras llamadas “codones” o tripletes. Cada palabra o codón es asignada a un aminoácido (recuerde que son 20 aminoácidos).

Lenguaje genético: Cada codón nombra un aminoácido.
Un mismo aminoácido puede ser nombrado por
varios codones sinónimos.

Como hay 61 codones o palabras asignadas a solo 20 aminoácidos (tres codones son de parada indicando la terminación de la “lectura” del gen), cada uno de estos últimos puede tener asignado más de un codón. Estos codones entonces son “sinónimos” en el mismo sentido que en el lenguaje idiomático.

Por lo tanto, queda claro que un gen es un verdadero texto escrito con palabras de tres letras, a partir de un alfabeto de cuatro letras. Repito, este texto contiene las instrucciones para la síntesis de una proteína. Las proteínas realizan virtualmente todas las funciones de un organismo, y en un individuo hay una gran diversidad de ellas (100,000 tipos diferentes de proteínas se los humanos).

La función de una proteína depende primordialmente de su forma. Pero la forma depende de la secuencia de aminoácidos la cual depende a su vez de la secuencia de nucleótidos en el gen. Luego, si variamos la secuencia del gen podríamos variar el funcionamiento de la proteína, y esta variación podría, a la vez, tener repercusiones sobre las características del individuo. ¡Y es sobre estas características que actúa la evolución!

Proteína: La función depende de la forma,
y la forma de la secuencia

Hay una diferencia entre el lenguaje genético y un idioma, y es que este último es algo más flexible puesto que las palabras son de longitud variable y los fonemas se pueden aplicar arbitrariamente a los grafemas. Pero a un nivel básico ambos se rigen por los mismos principios. Con el tiempo evolutivo las especies aumentan gradualmente en complejidad, por lo que se hace necesaria una mayor cantidad de ADN para contener todas las instrucciones o genes que codifiquen la mayor diversidad de proteínas. En el idioma, a medida que las sociedades crecen en complejidad aumenta el número de vocablos para poder nombrar los nuevos objetos. Sin duda cualquier idioma moderno es mucho más amplio que el utilizado por las primeras tribus nómadas de cazadores-recolectores.

Pero las semejanzas no terminan allí. En el siglo 19 Charles Darwin describió la evolución por selección natural que se resume así: en una población de organismos biológicos habrá cierto grado de variación entre los individuos. Algunas variantes les proporcionan a los individuos portadores una ventaja biológica, pero otras son desventajosas. Los individuos con las variantes ventajosas tendrán una mayor probabilidad de sobrevivir en un ambiente determinado, y por lo tanto también de reproducirse y heredar esas variantes a la descendencia.

Lo que nunca supo Darwin es de donde surge la variación en una población. Ahora sabemos, gracias a la labor de pacientes y entregados investigadores, que esta variación se produce por diferencias en la forma de las proteínas entre individuos, y estas diferencias surgen a partir de diferencias en las secuencias de los genes.

Mutaciones y Jergas

Y ahora vamos al kid del asunto. Las variaciones en los genes surgen por mutaciones introducidas en cada generación. Los genes se heredan de padres a hijos en copias exactas, pero de vez en cuando surge un evento disruptivo o desorganizativo. El ADN no es copiado fielmente y surge lo que se llama una mutación. La mayoría de estas mutaciones no tienen repercusiones en la forma de la proteína, pero de vez en cuando una mutación produce una variante proteínica con mayor o menor actividad biológica que se ve reflejada en las características del individuo. Es mucho más probable que una mutación origine una desventaja biológica (lo que es natural considerando que se trata de una disrupción), pero en ocasiones el cambio será favorable. Por lo tanto, la evolución echa mano de los pequeños cambios que ocurren en las instrucciones de una generación a otra. (Desde luego, además de las mutaciones hay otras fuerzas de cambio que no mencionaré aquí porque exceden el objetivo de este artículo, pero al lector interesado lo refiero a la Teoría Neutralista de la evolución molecular. Por otra parte y según mi teoría de la Evolución hacia la Complejidad, las mutaciones desfavorables son igualmente importantes dentro del grupo, fenómeno al que volveré más adelante. 

¿Cómo cambia una lengua o idioma? Exactamente de la misma manera. En cada generación surgen variaciones en forma de nuevos vocablos, o de alteraciones a vocablos ya existentes. Podríamos decir que se trata de disrupciones en el lenguaje; cambios desorganizativos entre una generación y la siguiente. Los que somos padres hemos escuchado escandalizados a nuestros hijos decir palabras o acepciones de palabras que no entendemos, que son propias de su generación porque han surgido de ella. Este fenómeno se ve exacerbado en aquellos grupos que utilizan jergas ocupacionales o grupales, o lo que conocemos popularmente como “caliche” en mi tierra. Muchas de estas palabras, o nuevas acepciones de palabras existentes, nunca se incorporan definitivamente al lenguaje y tendrán una vida efímera, pero otras recibirán aceptación y terminarán formando parte del idioma.

Un elemento importante aquí es que tanto las mutaciones como los cambios lingüísticos son fenómenos aleatorios (como todo factor desorganizativo). Es virtualmente imposible predecir en que parte del ADN ocurrirán las mutaciones, o que cambios en el lenguaje se registrarán de una generación a otra. Esto toma especial interés en el siguiente aspecto de la investigación.

Tiempos de Coalescencia

Tomemos una población de organismos vivos. Ahora, construyamos una barrera que separe la población en dos partes de tal manera que ahora tenemos dos subpoblaciones (llamémosles población 1 y 2) aisladas la una de la otra. En cada generación se registrarán algunas mutaciones. Pero los sitios en los que dichas mutaciones ocurrirán serán diferentes en cada una de las poblaciones. De esa forma la población 1 se diferenciará levemente de la población 2 en cada nueva generación.

Árbol filogenético construido con datos
linguisticos y geneticos. Ver texto. 

Ahora bien. Supongamos que tenemos dos poblaciones, pero no sabemos cuánto tiempo ha transcurrido desde que ambas formaban parte de una sola población. Si contamos con la información sobre el ritmo en el que se producen las mutaciones en un gen determinado, entonces podríamos analizar el número de diferencias en ese gen entre ambas poblaciones, y de acuerdo a esa magnitud estableceríamos el número de generaciones desde la separación de la población original, y por ende el tiempo transcurrido (llamado “Tiempo de Coalescencia).”

Ahora, no estudiemos dos, sino muchas subpoblaciones. Analizando los tiempos de coalescencia entre pares de poblaciones podremos construir un árbol filogenético con cada una de las subpoblaciones al final de cada rama. La distancia entre dos ramas será proporcional al tiempo de coalescencia.

¿Y con el lenguaje? Pues usted lo adivinó. Sucede exactamente lo mismo. Separemos por completo una población humana dividiéndola en dos subpoblaciones, sin migración entre ambas. En cada nueva generación surgirán nuevos fonemas de manera aleatoria en cada una de las poblaciones, de tal manera que después de un tiempo la acumulación de diferencias determinará el surgimiento de dos idiomas. Si contamos con los métodos adecuados, mediante el análisis de las diferencias fonéticas entre dos poblaciones podríamos calcular el tiempo transcurrido entre la separación a partir de la población original (llamada “ancestro común”) y la actualidad. Y al igual que con los genes, podríamos construir árboles filogenéticos en grupos de poblaciones con diferentes dialectos.

Árbol filogenético de las comunidades de
Gracias a Dios, Honduras, construido a
partir de frecuencias de apellidos.

¿Hay alguna prueba empírica de esto? El Doctor Luca Cavalli-Sforza es una figura sobresaliente en el campo de la genética de poblaciones, especialmente por el desarrollo de una de las herramientas más utilizada para calcular la distancia de separación a partir de series de datos poblacionales: la distancia de la cuerda de Cavalli-Sforza.

En un artículo interesante y seminal denominado Genes, Peoples and Languages (Genes, Gentes y Lenguajes) publicado por el Doctor Cavalli-Sforza en Proceedings of the National Academy of Sciences, se muestra la correspondencia entre grupos lingüísticos y genéticos mediante dendrogramas o árboles filogenéticos, lo que muestra la coevolución de los genes y los lenguajes.

Otra valiosa fuente de información lingüística con su correspondencia genética lo constituyen los apellidos. Mediante el análisis de frecuencias de apellidos se calcula la isonimia y otros parámetros que ayudan a la determinación de la estructura y la dinámica de las poblaciones humanas.

La desorganización (entropía) como elemento directriz hacia el aumento en complejidad

No puedo hablar de la evolución del lenguaje y de los genes sin enmarcarla dentro del contexto de la evolución hacia niveles de creciente complejidad. Como dije anteriormente, la Teoría de la Evolución darwiniana ha puesto énfasis en las selección de variantes genéticas ventajosas, pero de acuerdo a mi teoría, en muchos casos, son las variantes desventajosas que producen pérdida de función las que contribuyen con el aumento en complejidad creando dependencia entre los individuos de la población, y con ello especialización y colaboración.

Arboles filogenéticos de 22 poblaciones
americanas, africanas y europeas construidos
mediante dos métodos diferentes de agrupamiento

En el caso del lenguaje, un ser humano residente en una urbe moderna es incapaz de dominar todos los vocablos de su lenguaje. Muchísimos de estos vocablos son especializados y requiere de un aprendizaje profesional. Para el caso, yo no domino la propedéutica del las ciencias jurídicas, excepto someramente, y al contrario, es probable que los abogados no dominen la mayor parte del vocabulario médico.

Esto no siempre fue así, y hasta hace un tiempo no tan remoto aun había genios con conocimiento universal. La pérdida en la utilización de la información lingüística ha ido de la mano con la especialización, la interdependencia, y por ende el aumento en complejidad (revisar también Hacia una Verdadera Teoría de la Evolución, Cuando la Pérdida es Ganancia y Se Solicita Hermafrodita o ¡Qué Simple te estás Poniendo, Viejo!).

A manera de resumen, los genes y los lenguajes hablados y escritos constituyen variantes de los mismos sistemas de comunicación cumpliendo sus respectivos papeles en diferentes niveles de complejidad.

Saludos.

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La Guerra de los Sexos: Sus Inconsitencias en el Lenguaje

La Lógica, los Gentilicios y Otras Inconsistencias de los sistemas complejos

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El dilema del huevo o la gallina en la teoría del cosmos evolutivo

Edwin Francisco Herrera Paz. Se supone que el universo se formó hace algo menos de 14,000 millones de años a partir de la expansión de un punto –llamado singularidad– de infinita densidad en un fenómeno que se ha llamado big bang.

¿Y que había antes del big bang? Bien, hay múltiples teorías, pero las más llamativas son las que suponen la existencia de un infinito número de universos, cada uno formado por un universo anterior colapsado en la singularidad. Es decir, cada nuevo universo surgido como rebote del colapso del anterior.

Una alternativa es que existe un número infinito de universos paralelos, cada uno diferente a los demás. Este tipo de “multiverso” surge de forma natural en las soluciones a las ecuaciones de la teoría de cuerdas.

Pero de las múltiples teorías de multiversos que hay, la que más me llama la atención –tal vez por mi formación en las ciencias biomédicas–  es la del cosmos evolutivo, desarrollada principalmente por Lee Smolin. Básicamente, esta teoría dice que al momento de la formación de un agujero negro, dentro de él se origina todo un universo. Es decir, el colapso gravitacional en el que se origina un agujero negro en este universo, formaría un agujero blanco adentro que originaría un nuevo universo.

Lo llamativo de esta teoría es que el número de universos (hijos) originados por un universo (padre) dependería de sus constantes físicas, muchas de las cuales se definen durante los primeros segundos de expansión después del nacimiento del universo (big bang), de tal manera que aquellos universos cuyas constantes físicas favorezcan la formación de agujeros negros serán los que originen el mayor número de universos descendientes.

Así, si un universo tiene una constante gravitacional demasiado elevada, es posible que la gravedad detenga prematuramente el proceso de expansión y lo colapse en un único agujero negro. Por el contrario, una constante gravitacional muy pequeña haría que la materia nunca se condensara lo suficiente para originar un agujero negro. Este tipo de universos serían poco fértiles para la formación de agujeros negros, pero hay un enorme número de universos cuya constante gravitacional caería dentro de un rango adecuado para la formación de agujeros negros en grandes cantidades.   

Me gusta esta teoría porque se parece mucho a la manera en la que se relacionan entre sí las poblaciones de seres vivos, pudiéndose construir árboles filogenéticos en los que se integran todas las generaciones. Ahora bien, en la práctica, si esta teoría fuera cierta nunca lo sabríamos ya que la información proveniente de un agujero negro es inaccesible. Es decir, la comunicación entre universos no sería posible y por lo tanto no habría forma de recopilar la información necesaria para la realización de un árbol filogenético de universos.

Sin embargo, hay una diferencia fundamental entre la teoría del cosmos evolutivo y la teoría de de la evolución tal y como funciona en los organismos biológicos. Se supone que las constantes físicas de un universo surgen de manera arbitraria durante los primeros instantes de su formación. En este sentido, las constantes físicas del universo padre serían completamente independientes del universo hijo. Por el contrario, en la evolución biológica las características de los hijos, aunque con ligeras variaciones, dependen de las características heredadas de sus padres. Para que la teoría del cosmos evolutivo se asemejara completamente a la de la evolución biológica, cada nuevo universo debería tener sus propias constantes físicas surgidas por azar, pero limitadas por las condiciones del universo padre en una suerte de “herencia cósmica.” De esta manera, solo las mejores características (en cuanto a la capacidad para formar agujeros negros) se reproducirían, y estos universos fértiles terminarían siendo la regla.

No me extrañaría que la teoría del cosmos evolutivo fuera cierta, especialmente si resultara que aquellos universos más fértiles también tuvieran las condiciones adecuadas para la formación de organismos complejos.

Y es que vemos que al menos nuestro universo funciona de forma recursiva, a manera de fractales. Por ejemplo, la fuerza electromagnética permite la existencia de moléculas complejas, que a su vez permite la aparición de organismos complejos como los seres vivos. De la misma manera, la gravedad favorece la acumulación de materia originando estrellas y galaxias. Esto es más que una analogía. El macrocosmos se ve reflejado en el microcosmos. Cada pequeña parte del universo simula el todo. Como ejemplo, nuestros cerebros son tan complejos como la totalidad del cosmos, y es por eso que la realidad física, con todas sus leyes matemáticas, puede reflejarse en ellos.

Los procesos ligados a la evolución son efectivos no solo en la escala de los organismos biológicos. Las sociedades, las empresas y las economías en general son ejemplos de estructuras que evolucionan. Por lo tanto no resulta tan descabellado inferir que el mecanismo evolutivo es válido para estructuras de complejidad o dimensiones muy superiores a las que estamos acostumbrados.

Ahora bien, si descendemos por las ramas de un árbol filogenético de un multiverso evolutivo hasta llegar al tronco, inevitablemente nos toparíamos con el primer universo. Pero si no había un universo anterior, ¿de qué agujero negro se formaría ese primer universo? ¿O es que hubo un primer big bang sin un universo anterior? ¿O creó Dios ese primer universo ya terminado?

Aquí debemos volver necesariamente al viejo dilema de qué fue primero, ¿el huevo o la gallina? Sin embargo, debo decir, a una escala mucho más grande.

Saludos.