La diversidad, ya sea genética, morfológica, conductual o ecológica, está en el centro de muchas controversias. Nos fascina o nos preocupa, según el contexto. Pero ¿qué es la diversidad biológica? ¿De qué utilidad es, cómo se genera y cuáles son las consecuencias previsibles de reducirla?
La increíble diversidad de la vida
Las ciencias de la vida solo recientemente han empezado a imaginar la verdadera magnitud de la diversidad de formas de vida y la dificultad de cuantificarla. Las estimaciones recientes de la diversidad total de eucariotas oscilan entre 1 y 5 × 107 especies. Aunque solo se han descrito unas diez mil especies de procariotas—principalmente porque solo se puede cultivar en laboratorio un pequeño número de bacterias—, los enfoques moleculares indirectos (sin cultivo), basados en el análisis del ADN extraído del entorno, sugieren que podría haber 109 o más especies procariotas. Sin embargo, ni siquiera estas cifras ya astronómicas reflejan la diversidad real de las formas de vida.
En primer lugar, la diversidad genotípica dentro de una misma especie procariota puede ser increíblemente elevada. Los miembros de una especie bacteriana comparten partes de su genoma que codifican funciones metabólicas e informativas esenciales (denominadas genomas centrales), pero a menudo portan secuencias únicas, específicas de cada cepa para adaptarse a las presiones ambientales locales. En el caso de la bacteria Escherichia coli, el genoma central representa solo el 6 % de los genes presentes en 61 cepas secuenciadas.
En segundo lugar, la diversidad fenotípica de las formas de vida es mayor que su diversidad genotípica. Las entidades biológicas pueden presentar ciclos de vida complejos con múltiples estados de diferenciación y mostrar plasticidad fenotípica. Esto puede conferirles la capacidad de anticipar cambios estacionales previsibles o reaccionar a cambios imprevisibles remodelando procesos fisiológicos para compensar los posibles efectos negativos de las condiciones cambiantes.
En tercer lugar, los individuos genéticamente y morfológicamente idénticos también pueden manifestar una considerable diversidad conductual. Aunque la variación de comportamiento entre individuos de las sociedades de insectos eusociales(reinas y distintas clases de obreras) se describe desde la Antigüedad, la existencia de especializaciones conductuales individuales está ahora bien documentada en todo el reino animal.
¿Por qué existe tanta diversidad?
Darwin propuso que la diversidad de especies podría aumentar la productividad de los ecosistemas gracias a la división del trabajo entre especies, y sugirió que cada especie es única en la forma en que aprovecha su entorno. De ello se desprende que los sistemas con muchas especies pueden aprovechar los recursos con más eficiencia que los sistemas con pocas especies (lo que se conoce como efecto de complementariedad).
También se cree que la diversidad hace que los ecosistemas, las especies y las poblaciones sean más resilientes frente a las presiones ambientales. Un gran número de especies puede implicar cierto grado de redundancia funcional: la pérdida de una especie tiene un efecto menor en un sistema diverso que en uno con pocas especies (lo que se conoce como efecto de seguro). La diversidad genotípica o fenotípica dentro de una población de una misma especie también puede mejorar la resistencia al cambio ambiental. Por ejemplo, está bien documentado que la diversidad de una población puede aumentar su resistencia a las epidemias.
La diversidad también podría favorecer la aparición de comportamientos colectivos complejos, incluso en organismos sin sistema nervioso, como demuestra la división cooperativa del trabajo en ciertas especies de bacterias. Esto permite a grupos de bacterias asumir tareas mutuamente incompatibles y adquirir nuevas funciones. Así, las cianobacterias multicelulares adquieren la capacidad de realizar simultáneamente la fotosíntesis y la fijación de nitrógeno, aunque estas dos tareas son incompatibles, ya que el oxígeno producido durante la fotosíntesis daña de forma permanente las enzimas que intervienen en la fijación del nitrógeno.
¿Cómo se genera la diversidad?
La teoría neodarwinista de la evolución plantea que la diversidad biológica es consecuencia de accidentes genéticos (como las mutaciones y las recombinaciones de genes) que ocurren de forma espontánea y aleatoria, sin tener en cuenta su utilidad. Sin embargo, la magnitud de los beneficios adaptativos que aporta la diversidad sugiere que un control parcial de su generación podría favorecer la supervivencia de los sistemas biológicos. En apoyo de esta hipótesis, se han descrito numerosos ejemplos de mecanismos que generan diversidad genética y fenotípica individual, denominados aquí «generadores de diversidad» (GD), en sistemas que van desde los procariotas hasta organismos multicelulares complejos.
Aunque pueden diferir en su origen y sus componentes, estos GD comparten propiedades funcionales. Contribuyen a que la composición y el comportamiento de los sistemas biológicos sean altamente imprevisibles, promueven la robustez y la cooperación entre poblaciones y operan principalmente manipulando los sistemas que controlan la interacción de las entidades vivas con su entorno.
La naturaleza de los GD parece depender de las estrategias reproductivas r/K. Los organismos con ciclos generacionales breves y poblaciones numerosas (estrategia r) cuentan con GD reactivos, como la transferencia horizontal de genes y los sistemas SOS. Generan diversidad en respuesta a las presiones ambientales y participan en la conocida dinámica de la Reina Roja, en la que los competidores deben evolucionar constantemente para sobrevivir: «Ahora, aquí, ya ves, hace falta correr todo lo que puedas para permanecer en el mismo sitio» (A través del espejo, Lewis Carroll, 1871).
La aparición de organismos multicelulares complejos, con ciclos reproductivos largos y poblaciones más pequeñas (estrategia K), favoreció la selección de una nueva clase de GD, como la reproducción sexual obligatoria y la generación de un amplio repertorio inmunitario adaptativo, que actúan anticipándose a las presiones. La reproducción sexual, mediante el proceso de meiosis, permite una mezcla considerable de alelos entre los progenitores y, por tanto, una gran diversidad genética en la descendencia. Del mismo modo, el repertorio inmunitario adaptativo se genera aleatoriamente mediante la recombinación de los genes que codifican los receptores de antígenos de los linfocitos.
Su potencial de diversidad es tal que cada individuo expresa aleatoriamente solo una fracción, lo que garantiza el mantenimiento de una diversidad individual significativa de la respuesta inmunitaria dentro de las poblaciones. Estos GD generan la dinámica distintiva llamada Reina Blanca, en alusión a la célebre frase de la Reina Blanca en A través del espejo: «A veces he llegado a creer hasta seis cosas imposibles antes del desayuno». Esta metáfora parece especialmente adecuada porque la actividad de estos GD se basa en una diversificación fenotípica aleatoria, que rara vez es adaptativa a nivel individual y favorece a la población («cosas imposibles»), y se anticipa a las presiones («antes del desayuno»).
La existencia de los GD nos lleva a considerar la evolución como un proceso mucho más dinámico y a dar un nuevo significado al azar. Si, como dijo Einstein, «Dios no juega a los dados», las entidades biológicas parecen hacerlo con frecuencia, lo que explicaría en parte su gran capacidad de adaptación y supervivencia. La ubicuidad de los GD en los organismos vivos también confirma que la diversidad es esencial para adaptarse a las presiones ambientales y que la autogeneración regulada de diversidad debe considerarse un rasgo fundamental de los sistemas biológicos.
¿Qué consecuencias tiene?
Es urgente reconsiderar la importancia de la diversidad, que es mucho más que la guinda del pastel. Es tanto una propiedad de los organismos vivos como una condición necesaria para su supervivencia.
La educación y la investigación fundamental están sujetas a un número cada vez mayor de criterios de evaluación. Aunque estos controles se desarrollaron inicialmente para optimizar los resultados, también conducen a la estandarización. Sin embargo, quizá deberíamos preguntarnos: ¿es prudente homogeneizar la formación intelectual de las personas y las actividades de investigación, cuando la diversidad es fuente de robustez, sinergia y complejidad en todos los sistemas vivos?
El crecimiento de la población mundial exigirá una producción sostenida de alimentos durante el siglo XXI. Sin embargo, la industrialización de la agricultura en los últimos 50 años ha provocado una drástica disminución de la diversidad de los productos agrícolas. Se han seleccionado intensivamente plantas y animales por su vigor y productividad. Aunque esta estrategia dio buenos resultados a corto plazo, cabe dudar de la capacidad de las poblaciones estandarizadas para resistir los futuros cambios climáticos, que probablemente propiciarán la aparición de nuevos patógenos. Cada genotipo/fenotipo particular está optimizado para un conjunto determinado de condiciones ambientales, y solo la diversidad individual puede garantizar que las poblaciones se adapten a cambios imprevisibles en su entorno.
Por último, la importancia de la diversidad para garantizar la robustez de los sistemas biológicos sugiere que la disminución de la diversidad de los ecosistemas naturales podría provocar su colapso repentino en un futuro cercano, lo que dificultaría aún más nuestra capacidad de mantener una producción estable de alimentos.
