Gaia y la evolución
Parece que, al fín, las obras científicas que revisan radicalmente el paradigma dominante en biología comienzan a proliferar. Tras Máximo Sandín, nuevamente un autor ibérico asume este valiente papel: Se trata de Carlos Castro de Carranza, profesor de Física Aplicada y Ecología y Desarrollo en la Universidad de Valladolid. Mientras que en el caso de Sandín, una gran parte del peso específico de los argumentos giraba en torno a la fenomenología "micro" (Genética del Desarrollo, Genómica Comparativa, Microbiología...), Castro de Carranza parte fundamentalmente de la fenomenología más "macro" que ha abordado hasta el momento la biología: Gaia. Con fecha de publicación en 2008, el estupendo libro "El origen de Gaia" (Editorial Abecedario) dio a conocer su trabajo. 2009 ha arrancado con un nuevo artículo "El año de Darwin y Lovelock", del cual reproducimos a continuación la primera parte.
El año de Darwin y Lovelock
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Carlos de Castro Carranza
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1ª parte: Hipótesis Gaia y teoría Gaia
La intuición de que la Tierra es un ente vivo ha circulado y permeado casi todas las culturas en algún momento. En muchas culturas de cazadores-recolectores, el animismo, la idea de que todo lo que nos rodea está vivo (y tiene alma), es muy frecuente. Incluso la idea de que el conjunto del cosmos es una entidad viva es bastante común. No sólo merecen respeto los animales y las plantas, sino el todo, que se identifica como un ser vivo.
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En la antigüedad de nuestra cultura (la que hoy llamamos occidental) romanos y griegos dan un carácter de diosa a Gea o Gaia, la madre Tierra.Así, Tales de Mileto compara a la Tierra con un animal. Y para Anaximandro y Pitágoras la Tierra es un organismo.
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La idea no muere en el Renacimiento: Para Gilbert (1600), redescubridor de la brújula, la Tierra es un organismo con una especie de instinto de supervivencia. Y Kepler, el astrónomo, la trata en sus escritos como si estuviese viva.
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Sigue viva en el modernismo y el romanticismo. Los alquimistas (entre ellos Newton), no descartan incluso que el Cosmos entero sea un ente vivo. Y para los románticos, sobre todo alemanes (Goethe, Beethoven -la 6ª sinfonía-, Hutton, Humboltz...) la vida se sublima a cotas tan altas que mantienen esta idea, aunque el ser humano sea el organismo capaz de lo mejor (y de lo peor).
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Concretamente Hutton propone crear una nueva ciencia: la Geofisiología (fisiología de la Tierra) y trabaja con la idea de la Tierra como un superorganismo. Suess acuña el término Biosfera que luego utilizará Vernadsky en ideas científicas que preceden a las ideas de la hipótesis Gaia de Lovelock. En el fondo, a partir del Renacimiento, lo que se separan son dos visiones distintas del mundo, el organicismo (la visión orgánica de las cosas) que es la visión antigua y que perdura aún hoy, frente al mecanicismo, que es la visión que surge paulatinamente con el avance tecnocientífico y la Revolución Industrial.
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Los primeros autores cabalgaban en las dos visiones del mundo simultáneamente: Por ejemplo, Kepler y Newton en las ciencias físicas, y luego Lamarck y Darwin, en las biológicas, no dejan de avanzar en la metáfora mecánica del mundo pese a que no abandonan nunca la visión orgánica. En el siglo pasado y lo que llevamos de éste, la visión mecánica no ha hecho más que avanzar en detrimento aparente de la visión orgánica.En las ciencias biológicas, el neodarwinismo triunfa y tan sólo visiones no científicas -como el creacionismo religioso, la interpretación más o menos literal de la Biblia- parecen oponerse a él. Sin embargo, a principios de siglo XX, Vernadsky asienta las bases científicas de la visión que luego -sin saberlo- expandirá Lovelock.
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Para Vernadsky:
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La biosfera proporciona entornos adecuados para la existencia de la vida. La vida no es un desarrollo accidental de la superficie terrestre, sino que está íntimamente relacionada con sus propiedades y forma parte de sus mecanismos. Son estos mecanismos que desarrolla en la superficie terrestre los que le permiten sobrevivir. La vida se necesita así misma para mantenerse viva.
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Hipótesis Gaia de Lovelock
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A finales de los años 1960, James Lovelock trabajaba para la NASA en el problema de llevar un aparato para detectar la vida en Marte. Dándole vueltas a la idea se dio cuenta de que Marte no podría tener abundancia de vida, pues si fuera así, su mera presencia modificaría las propiedades del entorno radicalmente; por ejemplo, la atmósfera sería diferente a la que poseía Marte o cualquier otro planeta salvo la Tierra. La Tierra tiene concentraciones de gases muy alejadas del equilibrio químico, como el oxígeno, que es muy reactivo y debería desaparecer si no fuera precisamente por la presencia de vida. Como la atmósfera de Marte era químicamente prácticamente inerte -en equilibrio-, la conclusión de Lovelock era que en Marte no podía existir vida, salvo en trazas. A la NASA no le gustó la idea (que dejaba sin "propaganda" las misiones a Marte). Pero a Lovelock le sirvió para profundizar en la idea de la notable influencia de la vida sobre el planeta Tierra. Sus ideas las empezó a discutir con todo el mundo, alguien le sugirió el nombre de Gaia (un premio nobel de literatura) y Lynn Margulis y Carl Sagan le hicieron caso.Tras muchos esfuerzos, Margulis y Lovelock consiguen publicar dos artículos en dos revistas científicas, en los que presentan la hipótesis Gaia:
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• Existe una homeostasis (~regulación) de la atmósfera por y para la biosfera.
• La vida regula el clima y la composición de la atmósfera en un óptimo para ella misma.
• La vida controla todo su entorno, los organismos pertenecen a un organismo mayor que es Gaia.
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Y luego vinieron las controversias. Gracias a las críticas, la hipótesis de Lovelock dejó de pasar desapercibida. Las ideas de Lovelock despertaron un interés en varios autores neodarwinistas. Citemos algunas críticas a la teoría:
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Doolittle:
Los organismos inconscientes no pueden planificar y prever conscientemente para regular el planeta, como si negociaran cada año el próximo clima y composición atmosférica.
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Dawkins:
La hipótesis es incompatible con la selección natural darvinista. La regulación planetaria no puede haber evolucionado ya que la unidad de selección no es la biosfera sino los organismos. Gaia necesita no sólo relaciones cooperativas por parte de sus organismos sino que necesita luchar y sobrevivir y reproducirse con otras gaias para evolucionar. Si Gaia es un organismo sólo puede surgir de la selección natural y para ello se necesitaría una lucha por la existencia contra otros planetas.
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Maynard-Smith:
Existe una dificultad insalvable entre la optimización local de los organismos en su lucha por la existencia y la optimización global de la biosfera por parte de individuos egoístas. Gaia parece implicar un altruismo en los organismos, una cooperación en todos los niveles y escalas hasta llegar al propio planeta. Desde el neodarwinismo esto parece imposible.
En definitiva, no gustaba la idea orgánica que inspiraba la hipótesis Gaia. Lovelock no dejaba claro si su visión de Gaia como un organismo era una simple metáfora o una realidad. En el primer caso, no gustaba, en el segundo, la idea era frontalmente rechazada. Las críticas de Doolittle y otros se centraban en la idea de que Gaia parecía un organismo teleológico (con fines y propósitos), algo que para una visión mecanicista del mundo resulta intolerable, es, se afirma, acientífico.
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Lovelock trata primero de defenderse, pero luego, poco a poco va cediendo terreno y termina modificando sustancialmente su hipótesis. La reelabora, y la llama ahora Teoría Gaia. Lovelock responde a las críticas con varios frentes:
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1. Gaia, como organismo, es sólo una metáfora útil (como puede serlo el "gen egoísta" de Dawkins).
2. Gaia no es un ser teleológico (según Lovelock nunca pretendió decir que lo fuera)
3. Gaia es consistente con el neodarwinismo, es una extensión de él.
4. Gaia funciona de forma análoga al modelo Daisyworld o Daisyworld regula la temperatura y no es teleológico. La regulación del planeta entero puede emerger de la competición entre margaritas. En definitiva:Gaia es el sistema homeostático que emerge de la interacción entre la biota y la biosfera y cuyo resultado son estados que permiten la permanencia de la vida.
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2ª parte: Daisyworld
Daisyworld es un planeta imaginario poblado por dos clases de margaritas, blancas y negras, de tal forma que las blancas tienden a enfriar el planeta al aumentar la cantidad de luz del Sol reflejada y las negras lo contrario. El resultado para ciertos parámetros es que las poblaciones de margaritas se ajustan y la temperatura queda regulada en un entorno adecuado para las margaritas a pesar de que la luminosidad del sol varía. Esta regulación de la temperatura se considera una propiedad "gaiana" que surge de la dinámica de poblaciones y de la interacción de las margaritas con su entorno.
Figura 1. Vemos cómo la temperatura de Daisyworld queda regulada en el entorno de los 22,5ºC (línea roja) frente a la que habría experimentado sin la presencia de la vida (línea verde). Decimos que Daisyworld es homeostático para la temperatura.
Lovelock pretende que Daisyworld es compatible con el darwinismo (según él hay una especie de competencia y selección entre margaritas blancas y negras) y la regulación (homeostasis) surge sin que el planeta o las margaritas planeen conscientemente cómo conseguirla. En realidad, Daisyworld es tan simple, que no tiene sentido hablar de compatibilidad con el darwinismo. Las margaritas no pueden evolucionar, no cambian, no se adaptan. Y no hay una verdadera selección natural pues ninguna clase de margarita está mejor adaptada que otra. Sencillamente la mayor parte del tiempo las margaritas conviven. En un momento dado, habrá una población de margaritas blancas y otra de negras, pero ninguna está mejor adaptada que la otra, pues si fuera así, según el darwinismo, ésta iría desplazando a la menos adaptada. Si no hubiera variación de la luminosidad del sol, no habría variación de las poblaciones de margaritas. Es decir, no hay competencia, ni selección natural.
Se ha intentado hacer a Daisyworld darwinista, haciendo que las margaritas puedan cambiar y adaptarse a la temperatura con ciertas restricciones (no vale adaptarse a 100ºC), dejando que entren en el sistema "tramposos", margaritas grises que tomen alguna ventaja por mimetizarse con el entorno o por no tener que crear pigmentos blancos o negros, incorporando algún tipo de competencia excluyente (la presencia de una margarita inhibe a la otra), etc. El resultado es que la regulación se sigue dando aunque de menor "calidad" cuando se mete una a una cada una de las características. Curiosamente no parece que a ningún autor se le haya ocurrido tratar de hacer un modelo lo más completo y darwinista que se pueda, es decir, meter en Daisyworld varias de las características darwinistas anteriores de forma simultánea.
Figura 2. Modelo original de Lovelock al que se le ha añadido una margarita tramposa gris (línea verde). El modelo anterior al que se le añade además del tramposo la posibilidad de adaptarse a las margaritas a la temperatura que sufren (línea roja).
Vemos como el modelo original resiste bien la entrada de tramposos y salvo un tiempo relativamente corto se regula la temperatura (la curva verde es casi horizontal durante largos periodos de tiempo). Sin embargo, si las margaritas son adaptativas (otro requisito del Darwinismo), la entrada de una margarita tramposa rompe totalmente las propiedades de regulación (ya no hay zonas horizontales en la curva roja). ¿Cuál es el resultado si hacemos esto? Que cuantas más características darwinistas se introduzcan menos capacidad de regulación de la temperatura se da, hasta el punto que pronto se destruye totalmente cualquier propiedad homeostática en Daisyworld. Sencillamente, el darwinismo no es compatible con un Daisyworld con propiedades Gaianas. Si se utiliza Daisyworld como arquetipo de Gaia, la conclusión es que Gaia y la Selección Natural no son compatibles.
3ª parte: Gaia como organismo no darwinista
El descubrimiento más importante que ha hecho la Ciencia a lo largo de su historia es simple: ¡El Universo evoluciona! ¿En qué sentido evoluciona? Pues partiendo de una sopa más o menos informe de energía y materia, se han creado estructuras complejas como las galaxias, con estrellas y sistemas “solares”, con planetas con estructuras tan hermosas y complejas como las bandas de la atmósfera de Júpiter, los volcanes de Io (una de sus lunas) o la propia Tierra. En un rinconcito de este Universo, al menos, ha evolucionado el ser más complejo que conocemos: Gaia.
Este es un hecho, una observación. El Universo se ha complicado, al menos en algunos de sus puntos. Ha evolucionado. Sin embargo, a pesar de ello, la Ciencia no se ha embarcado en la empresa de buscar la ley o leyes que rigen esa evolución, esa tendencia a formar estructuras cada vez más complejas. En la superficie de la Tierra, ha habido un proceso similar al del Universo. Se ha complicado en algunos de sus puntos. En cuanto a la vida, creemos que procedemos de un ancestro común, muy sencillo si lo comparamos con nuestro ombligo, una bacteria, pero muy muy complejo si lo comparamos con una molécula de agua.
Ahora que estamos celebrando el 150 aniversario del Origen de las Especies y el 200 aniversario del nacimiento de su autor, debemos reflexionar porqué la tendencia hacia lo complejo se ha ignorado desde Darwin en las ciencias biológicas. De hecho, tanto en Cosmología como en Biología, se prefiere incluso negar algo que es tan obvio.El darwinismo de hecho, no puede explicar esa tendencia hacia organismos más complejos, ni su persistencia. La evolución biológica no paró con las bacterias, ni con las células eucariotas, ni con los primeros unicelulares. Para todos es obvio que una célula de mi cerebro es más compleja, midamos como midamos la complejidad, que una bacteria. Y para todos es obvio que una medusa es menos compleja que una rana o el bosque que la acoge.
Por supuesto el darwinismo tampoco puede explicar la aparición del primer ente replicante (no había nada que seleccionar) y desde el Big-Bang hasta ese primer reproductor, está claro que hubo una evolución no biológica a-darwinista. Es decir, ha habido evolución sin darwinismo. Y la evolución biológica tampoco se da sólo en lo que denominamos organismos. ¿Qué pasa con los ecosistemas? Considerados por los primeros ecólogos como organismos o super-organismos. ¿Qué es una colonia de abejas, hormigas o termitas? ¿A caso no es la propia colonia una especie de organismo? Desde el darwinismo, ¿Qué se selecciona, a las hormigas o a las colonias de hormigas? ¿A caso no son las hormigas como células de la colonia? ¿No trabajan e incluso se sacrifican por el bien de la colonia? ¿Quien se reproduce, la hormiga obrera -estéril- o la colonia? ¿Quién, pues, evoluciona?
Por otro lado, tenemos a la teoría Gaia, teoría de la que celebramos también un triple aniversario: los 40 años desde que Lovelock la formuló por primera vez delante de científicos, los 30 años desde su famoso libro: “Gaia: una nueva visión de la vida sobre la Tierra” y los 90 años del nacimiento de Lovelock. La idea o hipótesis inicial de Lovelock, desde el punto de vista metafórico al menos, era ver a la Tierra, o mejor, a la zona de influencia de la vida sobre la Tierra, como si de un organismo vivo se tratase, capaz de regular sorprendentemente bien, la composición de la atmósfera, los océanos y la litosfera. A ese ente lo llamó Gaia.
Pero Gaia no podía ser un producto de la teoría de Darwin, y como algunos científicos piensan que esta teoría es completa, pues hicieron algunas críticas a Gaia. Sin embargo, Lovelock se resistió desde el principio a subsumir a Gaia dentro de Darwin, para él de hecho es una ampliación del darwinismo. Y lleva ya cerca de 40 años tratando de hacer compatible su teoría con la de Darwin. Sin conseguirlo. El problema es que lo que hace Gaia es contrario a lo que se supone que hacen los organismos desde el darwinismo. Los organismos se adaptan a su medio ambiente por medio de la competencia y la selección natural según Darwin. Pero Gaia lo que hace es adaptar el medio ambiente para sí misma (y para los organismos que habitan en la biosfera), con lo que son dos fuerzas diametralmente opuestas. Si te adaptas no tienes que adaptar el medio. Si adaptas el medio ya no hay necesidad de adaptación.
El resultado final es que Selección natural y Gaia no son compatibles. Curiosamente la solución ante esta contradicción no es descartar Gaia, sino el darwinismo y con él el neodarwinismo. Además, hay que hacer a Gaia mucho más fuerte que lo que se ha atrevido a hacer de ella el mismo Lovelock (quien ha ido reculando poco a poco en estas últimas cuatro décadas). La intuición inicial de Gaia, como organismo, resulta ser la que a mi modo de ver, mejor encaja con los hechos observacionales (del evolucionismo y de la ecología). Es decir, Gaia es un organismo evolutivo de pleno derecho, como lo puede ser una colmena o un termitero. Y lo que hará chirriar a más de uno, como tal organismo es un ser teleológico, es decir, que posee propósitos. Igual que decimos que una cigüeña recoge ramas con un propósito muy claro (hacer un nido para criar), igual que decimos que la colmena fabrica jalea real con un propósito muy claro, e igual que identificamos propósitos en todos los seres vivos (conscientes de sus actos o no), lo mismo pasará con un ser como Gaia con todas las propiedades esenciales que identificamos con un ser vivo, con un organismo. Los aniversarios de Darwin y Lovelock deben ser la continuación de una revolución científica que no se acabó con Darwin, ni con Lovelock.
Más información: “El Origen de Gaia. Una teoría holista de la evolución”. Editorial Abecedario. 2008. Carlos de Castro Carranza.
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