Evolution’s struggle for existence

This article is a revised version of Evolution in evolution (2019), written for the Magdalene College Magazine (2024–25).

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The conception of Evolution as proceeding through the gradual transformation of masses of individuals by the accumulation of impalpable changes is one that the study of genetics shows immediately to be false. Once for all, that burden so gratuitously undertaken in ignorance of genetic physiology by the evolutionists of the last century may be cast into oblivion.

William Bateson (1909), p. 289

The first edition of Charles Darwin’s On the Origin of Species by Means of Natural Selection (1859).
(Credit: Scott Thomas Images.)

THERE IS A WIDESPREAD popular construction of scientific revolutions as singular events which unfold, bolt-like and final, in the blink of an eye. Names like Galileo, Newton or Einstein are typically invoked as those of mythical figures with a miraculous capacity single-handedly to transform the way we see the world. It appears, however, that the kind of sweeping, dramatic breaks of paradigm which we have come to associate with scientific revolutions are rather hard to come across today. One may speculate — and be forgiven for it — that this may be the result of certain changes in the nature of academic work, by which the progress of research has been throttled to make space for an ever-swelling volume of inescapable paperwork. But the truth is that, rather than stalling, scientific progress is now considerably faster than it has ever been. The actual reason why sharp and sudden scientific revolutions of the kind encountered in popular science books are nowhere to be found today, is that such events are not revolutions in the usual sense of the word. Rather than cataclysmic changes, these are painfully protracted processes which require decades of cumulative scientific work to mature and develop. While both science popularisers and scientists themselves — not to mention the film industry — are very often guilty of misrepresenting scientific discoveries by filtering them through an almost Wagnerian dramatic lens, the reality is that, academics being sceptical and proud creatures by nature, every great conceptual shift must be slowly percolated, rather than poured, into the pool of accepted knowledge. To name but one example, the double-helix structure of the DNA molecule, now hailed as the central biological breakthrough of the second half of the twentieth century, was regarded by many as little more than a theoretical possibility years after it was first proposed. Even Sir Isaac Newton, that weary archetype of supernatural scientific genius, had to endure a decades-long intellectual war of attrition with his Continental competitors before his law of universal gravitation became widely accepted outside Britain.

Among the documented cases of gradually unfolding scientific revolutions, one stands out for being both particularly interesting and surprisingly obscure; this is the story of how Charles Darwin’s theory of evolution by natural selection came to be the main unifying idea of biology. Contrary to popular belief, this was no swift revolution, but rather a drawn-out process of fierce scholarly debate which began with the publication of Darwin’s ideas in 1859, and which would not relent until the late 1940s. During this period, the differentiation of biology into several new disciplines created the conditions for a chasm to grow between classically trained naturalists and a new breed of experimental biologists. As a result, evolutionary thought split into two mutually opposed currents which would only be reconciled with the eventual development of a unified theory of evolution.

During his lifetime, Darwin witnessed his theory of natural selection gain acceptance and esteem among a small circle of naturalists and evolutionary biologists. This cadre of early Darwinians included Alfred Newton, the first Professor of Zoology at Cambridge, who wrote: ‘I never doubted for one moment, then nor since, that we had one of the grandest discoveries of the age — a discovery all the more grand because it was so simple’ (Newton, 1888, p. 244). This limited success notwithstanding, Darwin never experienced the ultimate development of his theory into the undisputed cornerstone of biology which it is today — a status best encapsulated by Theodosius Dobzhansky’s famous aphorism that ‘Nothing in biology makes sense except in the light of evolution’. In fact, it might be difficult for present-day biologists even to conceive the extremes of opposition which so-called ‘Darwinism’ faced throughout the late nineteenth century, and until as late as the 1930s.

At the time, Darwinism was only one among a number of discordant theories attempting to explain the processes whereby biological species develop. Some of these, now referred to as ‘essentialist’ theories, were built on a notion of species as uniform ‘lines’ of virtually identical individuals, each made in the image of an unchanging ‘essence’ (a concept plainly borrowed from Platonism). Essentialist thinking therefore rejected the existence of significant natural variation within a species. On the other hand, ‘populationist’ theories viewed species as populations composed of distinct, unique individuals, and thus inevitably carrying a substantial degree of natural biological variation; examples of such variation could be differences in adult size, coat colour or leaf shape. Furthermore, some theories presumed the existence of ‘soft inheritance’, characterised by the notion that the hereditary material (what we now call ‘genes’) can be altered to some extent through the interaction of the organism with its environment. Lamarck’s theory of evolution by inheritance of acquired characters stands out as a notorious example of this current, positing that any physiological changes acquired by an individual during its life will be inherited by its descendants. Other theories, in contrast, admitted only ‘hard inheritance’, by which the hereditary material cannot be modified through interaction with the environment, meaning that the characters acquired by an individual during its own life are not passed to its offspring. Modern biology has supplied overwhelming evidence against the notion of soft inheritance; we know that, at least in animals, the germ cells which transmit an individual’s genes to the next generation are sequestered away from other tissues, such that environmental modification of the genetic material in these cells is prevented. (This does not include systemic exposure to certain aggressive agents not normally found in nature, such as X-rays and chemical carcinogens, which are known to induce changes to the germ cells’ DNA; furthermore, while recent discoveries of heritable epigenetic changes in some species have been argued to challenge the notion of strict hard inheritance, the validity of such arguments is still under debate.) It might therefore come as a surprise that nearly all the early theories of evolution, including Darwin’s, allowed some degree of soft inheritance. In particular, Darwinism originally assumed a certain plasticity of the genetic material, such that it could be modified to an extent through the use or disuse of certain organs during life; Darwin believed that such a process would assist natural selection in allowing species to adapt effectively to their environment. Some of Darwin’s supporters, notably the biologists August Weismann and Alfred Russell Wallace, would later develop an elaboration of Darwin’s theory known as ‘neo-Darwinism’, which definitely rejected the possibility of any kind of soft inheritance. Through his own extensive studies of natural populations in Southeast Asia, Wallace had independently arrived at a theory of evolution which was fundamentally similar, though less developed, than Darwin’s; it was knowledge of this fact which finally spurred Darwin to publish the theory on which he had been quietly working for two decades. Before the publication of Darwin’s book, Darwin and Wallace (1858) decided to present a summary of their conclusions in a joint communication to the Linnean Society.

Based on principles such as soft and hard inheritance, essentialism and populationism, a diverse array of evolutionary theories was put forward between the 1860s and the 1940s, of which Darwinism was seldom among the favourites. The chief factor compelling authors to support one theory over another was their particular field of expertise, and the number and variety of such fields within biology was expanding as never before, with emergent disciplines including embryology, cytology and ecology. Yet, from the standpoint of evolutionary thought, one of these new sciences was undoubtedly more impactful than any other: the science of genetics, born out of the unexpected rediscovery of Gregor Mendel’s laws of biological inheritance in the year 1900. The early geneticists built on the knowledge recovered from Mendel’s writings and began developing a detailed understanding of the principles of genetic mutation and inheritance. The spark of this new understanding, however, far from kindling any concerted progress in evolutionary biology, would serve to ignite a long and vicious conflict among the different biological disciplines.

Illustration of the inheritance of seed characters in pea (from Fig. 3 in Bateson 1909). A plant from a variety with green round seeds, when fertilised with pollen from a variety with yellow wrinkled seeds, produces yellow round (YR) seeds (F1). In genetic terms, this indicates that the characters of ‘yellowness’ and ‘roundness’ are both dominant. When crossed among themselves, however, the seeds borne by these new plants (F2) present a distribution of characters which is closely predicted by Mendel’s laws of inheritance.

From the outset, the founding fathers of genetics stood in opposition to Darwin’s idea of natural selection as the main driving force in evolution. Both the first geneticists and the earlier palaeontologists interpreted their own observations as being plainly in accordance with the hypothesis that new biological forms emerge by means of discontinuous change, or ‘mutation’. A mutation was defined as a discrete modification of the genetic material causing a visible and often disruptive physiological change in the organism. Such events, the geneticists argued, would sometimes result in the instantaneous transformation of an existing species into a new one, without the production of intermediate forms. This theory, which drew implicitly on essentialist principles, was known as ‘saltationism’ because of its belief in speciation by ‘saltation’ — a large evolutionary leap leading from one form to another. It provided a counterpoint to Darwin’s theory, which relied on a ‘gradualist’ conception of evolution derived from populationist thinking, whereby species gave rise to new species in a gradual manner, through a continuous succession of intermediate forms. Outlandish as it may sound today, saltationism fitted the experimental observations of geneticists, as well as prior palaeontological evidence, outstandingly well. The extreme sparsity of the fossil record meant that palaeontologists could never witness a continuous progression of forms linking two related species, whereas geneticists were accustomed to working with uniform stocks of nearly identical individuals — typically plants or mice — as a means of minimising experimental interference. The mutants produced in these genetic experiments presented dramatic physical modifications which were inherited by their offspring in accordance to Mendel’s laws. It seemed logical, then, to suppose that mutations such as these, infrequent but highly disruptive events, were the force behind the origin of new species. In the geneticists’ defence, it must be pointed out that we now know of cases where new species have indeed emerged through a singular genetic alteration, such as the duplication of the entire genome in some plants. The idea of speciation by saltation is therefore not impossible, but saltationism as a theory lacks the generality required to explain the evolution of most known species.

Furthermore, there was an additional problem plaguing Darwinism. The physiological basis of inheritance was entirely unknown in the nineteenth century, and Darwin had implicitly made recourse to a theory known as ‘blending inheritance’, according to which an organism’s constitution is a smooth average of its parents’ constitutions. The rediscovery and confirmation of Mendel’s work quickly proved that inheritance does not operate in this way, but rather through the segregation of discrete, individual genes from parent to offspring. Indeed, it could be shown mathematically that blending inheritance would lead to a situation where every individual in a species would display the exact same form of every trait, rendering evolution impossible. Geneticists thus argued that Darwin’s entire notion of gradual evolution, based on continuous variation, blending inheritance and natural selection, was simply untenable in the light of their experimental results. Some of the most distinguished early geneticists, including T. H. Morgan and William Bateson — the latter of whom translated Mendel’s work into English and coined the very term ‘genetics’ — went so far as to declare that genetics had finally put an end to Darwinism (see Bateson’s words at the beginning of this article). It should be borne in mind, however, that genetics was itself a controversial discipline at the time, composed of multiple competing strands; and the early geneticists, or ‘Mendelians’, were just as anxious to establish the validity of their own views on heredity as were the Darwinians to see their evolutionary ideas vindicated. Moreover, in spite of their opposition to Darwinism, the contributions of this first generation of geneticists — most notably the elucidation of the laws of heredity, the discovery of genes and chromosomes, and the refutation of the notion of soft inheritance — would ultimately prove essential to the refinement of evolutionary theory.

In contrast to the geneticists, those biologists who had been trained as naturalists, including zoologists and botanists, were used to deriving their conclusions from the direct study of natural populations, and they insisted that their observations of natural diversity were in perfect agreement with Darwin’s theory of gradual evolution through natural selection. The true root of the disagreement probably lay in the utter lack of communication between the two camps: naturalists and geneticists not only held competing theories, but also followed very distinct approaches to scientific enquiry, pursued divergent biological questions, attended different meetings, read and published in different journals, and even employed distinct vocabulary, including incompatible definitions for such fundamental terms as ‘species’ and ‘mutation’. In addition, geneticists appeared to view naturalists as speculation-lovers who were incapable of subjecting their ideas to proper testing, while naturalists had a tendency to dismissing geneticists as narrow-minded experimentalists who lacked experience of real natural populations. Misunderstanding and resentment compounded easily under such an atmosphere, gradually carving an ever deeper chasm between both disciplines. Astonishing proof of this circumstance comes from the fact that, when a younger generation of theoretical and experimental geneticists — including Sir Ronald Fisher, J. B. S. Haldane, Sewall Wright and H. J. Muller — began to obtain, from the late 1910s, fresh results demonstrating how the accumulation of effects from many discretely inherited genes can give rise to the continuous diversity described by naturalists (see figure below), and therefore how Mendelism and neo-Darwinism were in fact compatible, this did little to bridge the huge divide between geneticists and naturalists. Instead, because of the alienation brought about by constant hostility, scholarly communication was impaired to such an extent that the naturalists would spend decades persevering in their efforts to refute the already obsolete ideas of the earlier geneticists.

Illustration of Fisher’s (1918) ‘infinitesimal model’, explaining the emergence of continuous biological variation from the combined contribution of a large number of discrete Mendelian genes, or loci. Each row in the diagram presents a simulated distribution of population values for a trait determined by an increasing number of individual genes. The bars on the left-hand side indicate the individual effect of each gene contributing to the trait (ranging from only two genes in the top case to 500 in the bottom case). The right-hand side provides the corresponding distributions of trait values in the simulated population, showing how the values for a trait become more normally distributed as the number of genes increases. This explains why many physiological characters in humans and other species follow a normal (or Gaussian) distribution. (Credit: Chamaemelum/Wikimedia Commons.)

In this way, naturalists and geneticists would go on treading along separate paths for the first three decades of the twentieth century, each dragging their own conceptual burdens: the naturalists held obsolete views about the nature of genetic mutation and inheritance; the geneticists were hampered by saltationist views and by the belief that the evolution of species could be understood by extrapolation from the evolution of single mutations in experimental settings. Even as late as the 1930s, when crucial experiments in artificial selection, together with the work of the first mathematical geneticists, were demonstrating beyond any doubt the reality of evolution by natural selection, specialist textbooks still listed up to six potentially correct theories of evolution.

This stagnant atmosphere would finally be cleared in the 1940s, mainly through the insight of one palaeontologist, George Simpson, and two zoologists, Julian Huxley and Bernhard Rensch. Perhaps the only scientists of their generation who had amassed a profound knowledge of the latest advances in each of the relevant disciplines, they published three independent books (Huxley, 1942; Simpson, 1944; Rensch, 1947) describing how the findings of zoologists, botanists, geneticists, palaeontologists and others could be integrated into one self-consistent theoretical framework which could explain the entire evolutionary process. In his book (which happened to be published first due to circumstances arising from the Second World War), Huxley christened this new theory with the name by which it is known today: the ‘modern evolutionary synthesis’. The modern synthesis states that the gradual evolution of species can be explained in terms of the accumulation of myriad genetic mutations with generally small effects, in conjunction with recombination (the shuffling of genetic material as it is passed from parent to offspring), and the action of both natural selection and stochastic processes on the genetic diversity produced by mutation and recombination. One key feature of the theory is that it explains how these low-level genetic and selective mechanisms give rise to high-level evolutionary processes, including the origin of species, genera and higher taxonomic levels.

The forging of the modern evolutionary synthesis was not in itself a scientific revolution, but rather the conclusion of a protracted paradigm shift initiated by Darwin and Wallace nearly a century earlier. Such a conclusion did not entail the victory of one scientific tradition over another, but the fusion of two radically different conceptual frameworks — naturalism and experimentalism — into one whole. For such a milestone to arrive, a number of obstacles, grown through the persistent isolation between the opposing camps, first had to be cleared up. In the end, this was achieved by those who, rather than focusing on their own narrow specialism, were sufficiently curious to learn about the advances made in other fields, and sufficiently open-minded to notice the commonalities latent underneath the conflict. The legacy of the modern synthesis was the unification of evolutionary biology into a single field; after its arrival, the discord and hostility which had reigned for half a century gave way to widespread agreement. And the bridges erected then would remain solidly in place until the present day: although there is still debate regarding particular aspects of the theory — such as the conceptual implications of epigenetic memory and horizontal exchange of genes between organisms — the basic framework of the synthesis has remained essentially intact since the 1940s.

The history of the modern evolutionary synthesis, our current framework for understanding evolution, is of value to scientists and historians alike. The long series of discoveries and conceptual advances linking Darwin’s original theory to our unified interpretation of the evolutionary process provides an illuminating example of the consequences of such phenomena as have manifested themselves time and again in the history of science: resistance to new ideas, deficient communication compounded by semantic differences, and excessive specialisation leading to tribalistic sentiments of superiority towards foreign disciplines. Hopefully, this story also offers a lesson in how exploring the history of scientific ideas allows much deeper understanding than the mere study of their definitions; for while definitions carry a pretension to simplicity and finality, the history of science conveys the truth that science is a living process, the progress of which is fundamentally arduous, incremental, and positively fraught with quarrel.

References
Bateson, W. (1909). Mendel’s Principles of Heredity (Cambridge University Press).
Darwin, C., Wallace, A.R. (1858). On the Tendency of Species to form Varieties; and on the Perpetuation of Varieties and Species by Natural Means of Selection. Journal of the Proceedings of the Linnean Society of London. Zoology, 3 (9): 45–62.
Darwin, C. (1859). On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life (John Murray).
Fisher, R.A. (1918). The Correlation between Relatives on the Supposition of Mendelian Inheritance. Transactions of the Royal Society of Edinburgh, 52 (2): 399–433.
Huxley, J. (1942). Evolution: The Modern Synthesis (Allen and Unwin).
Mayr, E. (1980). ‘Some Thoughts on the History of the Evolutionary Synthesis’, in The Evolutionary Synthesis: Perspectives on the Unification of Biology (Harvard University Press).
Newton, A. (1888). Early days of Darwinism. Macmillan’s Magazine, 57: 241–249.
Rensch, B. (1947). Neuere Probleme der Abstammungslehre (Enke).
Simpson, G.G. (1944). Tempo and Mode in Evolution (Columbia University Press).

La lucha por la supervivencia de la evolución

Este artículo es una versión revisada de Evolución en evolución (2019), escrita para el Magdalene College Magazine (2024–25).

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El concepto de la evolución como un proceso que conlleva la transformación gradual de masas de individuos por medio de la acumulación de cambios impalpables es un concepto cuya falsedad es inmediatamente demostrada por el estudio de la genética. De una vez por todas, esa carga, tan gratuitamente asumida por los evolucionistas del siglo pasado en ignorancia de la fisiología genética, puede ser relegada al olvido.

William Bateson (1909), p. 289

La primera edición de El Origen de las Especies (1859) de Charles Darwin.
(Imagen: Scott Thomas Images.)

EXISTE UNA CONCEPCIÓN popular generalizada de las revoluciones científicas como eventos singulares que se despliegan, fulminantes y definitivos, en un abrir y cerrar de ojos. Nombres como Galileo, Newton o Einstein se invocan típicamente como figuras míticas, con una capacidad milagrosa para transformar por sí solas nuestra visión del mundo. Sin embargo, parece que las rupturas de paradigma drásticas y radicales que asociamos con las revoluciones científicas son bastante más difíciles de encontrar hoy en día. Se podría especular —y se nos perdonaría— que ésta podría ser la consecuencia de ciertos cambios en la naturaleza del trabajo académico, los cuales han frenado el progreso de la investigación para hacer sitio a un volumen cada vez mayor de papeleo ineludible. Pero lo cierto es que, en lugar de estancarse, el progreso científico es ahora considerablemente más rápido que nunca antes. La verdadera razón por la que hoy en día no encontramos revoluciones científicas tan agudas y repentinas como las que se encuentran en los libros de divulgación científica es que tales eventos no son revoluciones en el sentido habitual de la palabra. En lugar de cambios cataclísmicos, estos son procesos fastidiosamente prolongados, que requieren décadas de trabajo científico acumulativo para madurar y desarrollarse. Si bien tanto los divulgadores científicos como los propios científicos, por no mencionar la industria cinematográfica, suelen ser culpables de tergiversar los descubrimientos científicos a base de filtrarlos a través de una lente dramática pseudo-wagneriana, la realidad es que, al ser los académicos criaturas escépticas y orgullosas por naturaleza, cada gran cambio conceptual tiene que filtrarse lentamente, en lugar de verterse directamente, en el pozo del conocimiento aceptado. Por nombrar sólo un ejemplo, la estructura de doble hélice de la molécula de ADN, ahora aclamada como el mayor avance biológico de la segunda mitad del siglo XX, siguió siendo considerada por muchos como poco más que una posibilidad teórica años después de su publicación. Incluso Sir Isaac Newton, ese gastado arquetipo de genio científico sobrenatural, tuvo que soportar una guerra intelectual de desgaste de décadas con sus competidores continentales antes de que su ley de gravitación universal fuera ampliamente aceptada fuera de Gran Bretaña.

Entre los casos documentados de revoluciones científicas que se desarrollaron gradualmente, uno destaca por ser a la vez particularmente interesante y sorprendentemente desconocido: la historia de cómo la teoría de la evolución por selección natural de Charles Darwin llegó a ser la idea central y unificadora de la biología. Contrariamente a la creencia popular, ésta no fue una revolución repentina, sino un prolongado proceso de intenso debate académico que comenzó con la publicación de las ideas de Darwin en 1859 y que no cesaría hasta finales de la década de 1940. Durante este período, la diferenciación de la biología en varias nuevas disciplinas creó las condiciones para la apertura de una brecha insalvable entre los naturalistas de formación clásica y una nueva generación de biólogos experimentales. Como resultado, el pensamiento evolucionista se dividió en dos corrientes opuestas que sólo serían reconciliadas con el futuro desarrollo de una teoría unificada de la evolución.

Durante su vida, Darwin presenció cómo su teoría de la selección natural ganaba aceptación y prestigio entre un pequeño círculo de naturalistas y biólogos evolucionistas. Este grupo de darwinistas tempranos incluía a Alfred Newton, primer Profesor de Zoología en la Universidad de Cambridge, quien escribió: “Nunca dudé ni por un instante, ni entonces ni después, de que teníamos uno de los descubrimientos más grandiosos de nuestra época, un descubrimiento tanto más grandioso por su simplicidad” (Newton, 1888, p. 244). A pesar de este limitado éxito, Darwin nunca experimentó el desarrollo definitivo de su teoría, que habría de convertirla en la piedra angular de la biología que es hoy —una condición que se resume mejor en el famoso aforismo de Theodosius Dobzhansky: “Nada en biología tiene sentido excepto a la luz de la evolución”—. De hecho, podría resultar difícil para los biólogos actuales concebir siquiera los extremos de oposición a los que el llamado “darwinismo” se enfrentó desde finales del siglo XIX hasta la década de 1930.

En aquel entonces, el darwinismo era sólo una entre varias teorías discordantes que intentaban explicar los procesos por los cuales se desarrollan las especies biológicas. Algunas de éstas, ahora conocidas como teorías “esencialistas”, se basaban en una noción de especies como “líneas” uniformes de individuos virtualmente idénticos, cada una hecha a imagen de una “esencia” inmutable (un concepto claramente prestado del platonismo). Por lo tanto, el pensamiento esencialista rechazaba la existencia de una variación natural significativa dentro de cada especie. Por otro lado, las teorías “poblacionistas” veían a las especies como poblaciones compuestas de individuos distintos y únicos, y por lo tanto inevitablemente portadores de un grado sustancial de variación biológica natural; ejemplos de dicha variación podrían ser diferencias en el tamaño adulto, el color del pelaje o la forma de las hojas. Además, algunas teorías presumían la existencia de una “herencia blanda”, caracterizada por la noción de que el material hereditario (lo que ahora llamamos “genes”) puede alterarse hasta cierto punto a través de la interacción del organismo con su entorno. La teoría de la evolución de Lamarck por herencia de caracteres adquiridos destaca como un ejemplo notorio de esta corriente, al postular que cualquier cambio fisiológico adquirido por un individuo durante su vida será heredado por sus descendientes. Otras teorías, en cambio, admitían únicamente la “herencia dura”, según la cual el material hereditario no puede modificarse mediante la interacción con el entorno, de modo que los caracteres adquiridos por un individuo durante su vida no se transmiten a su descendencia. La biología moderna ha aportado pruebas contundentes contra la noción de herencia blanda; sabemos que, al menos en los animales, las células germinales que transmiten los genes de un individuo a la siguiente generación están aisladas de otros tejidos, impidiendo así la modificación ambiental del material genético en estas células. (Esto no incluye la exposición sistémica a ciertos agentes agresivos que no se encuentran normalmente en la naturaleza, como los rayos X y los carcinógenos químicos; además, si bien se ha argumentado que los descubrimientos de cambios epigenéticos hereditarios en algunas especies cuestionan la noción de una herencia estrictamente dura, la validez de estos argumentos aún es cuestión de debate.) Por lo tanto, podría resultar sorprendente que casi todas las teorías tempranas de la evolución, incluida la de Darwin, admitieran cierto grado de herencia blanda. En particular, el darwinismo asumía originalmente cierta plasticidad del material genético, de modo que éste podía modificarse hasta cierto punto mediante el uso o desuso de ciertos órganos durante la vida; Darwin creía que dicho proceso facilitaría la selección natural, permitiendo a las especies adaptarse eficazmente a su entorno. Algunos de los partidarios de Darwin, en particular los biólogos August Weismann y Alfred Russell Wallace, desarrollarían más tarde una elaboración de la teoría de Darwin conocida como “neodarwinismo”, que rechazaba definitivamente la posibilidad de cualquier tipo de herencia blanda. A través de sus propios estudios sobre poblaciones naturales en el Sudeste Asiático, Wallace había llegado de forma independiente a una teoría de la evolución fundamentalmente similar, aunque menos desarrollada, que la de Darwin. Fue el conocimiento de este hecho lo que finalmente impulsó a Darwin a publicar la teoría en la que había estado trabajando discretamente durante dos décadas. Antes de la publicación del libro de Darwin, Darwin y Wallace (1858) decidieron presentar un resumen de sus conclusiones en una comunicación conjunta a la Sociedad Linneana de Londres.

Basándose en principios como la herencia blanda y dura, el esencialismo y el poblacionismo, una amplia gama de teorías evolutivas fue propuesta entre las décadas de 1860 y 1940, de las cuales el darwinismo rara vez estuvo entre las favoritas. El principal factor que impulsaba a los científicos a apoyar una teoría sobre otra era su campo particular de especialización, y la cantidad y variedad de dichos campos dentro de la biología se estaba expandiendo como nunca antes, con disciplinas emergentes que incluían la embriología, la citología y la ecología. No obstante, desde la perspectiva del pensamiento evolutivo, una de estas nuevas ciencias sería sin duda la más impactante de todas: la genética, nacida del redescubrimiento inesperado de las leyes de la herencia biológica de Gregor Mendel en el año 1900. Los primeros genetistas se basaron en el conocimiento recuperado de los escritos de Mendel y comenzaron a desarrollar una comprensión detallada de los principios de la mutación genética y la herencia. Sin embargo, la chispa de esta nueva comprensión, lejos de promover un progreso concertado en la biología evolutiva, sirvió para encender un largo y cáustico conflicto entre las diferentes disciplinas biológicas.

Ilustración de la herencia de caracteres de las semillas de guisante (Fig. 3 en Bateson, 1909). Una planta de una variedad con semillas redondas y verdes, al ser fertilizada con polen de una variedad con semillas amarillas u rugosas, produce semillas redondas y amarillas (YR). En términos genéticos, esto indica que los caracteres de “redondez” y “amarillez” son dominantes. Sin embargo, al cruzarse entre sí, las semillas de estas nuevas plantas (F2) presentan una distribución de caracteres que se ajusta con precisión a las leyes de la herencia de Mendel.

Desde el principio, los padres fundadores de la genética se opusieron a la idea de Darwin de la selección natural como principal fuerza impulsora de la evolución. Tanto los primeros genetistas como los primeros paleontólogos interpretaron sus propias observaciones como claramente concordantes con la hipótesis de que las nuevas formas biológicas surgen mediante un cambio discontinuo o “mutación”. Una mutación se definía como una modificación discreta del material genético que causa un cambio fisiológico visible, y a menudo disruptivo, en el organismo. Tales eventos, argumentaban los genetistas, a veces resultarían en la transformación instantánea de una especie existente en una nueva, sin la producción de formas intermedias. Esta teoría, basada implícitamente en principios esencialistas, se conocía como “saltacionismo” debido a su creencia en la especiación por “saltación”, un gran salto evolutivo que conduce de una forma a otra. Ofrecía un contrapunto a la teoría de Darwin, que se basaba en una concepción gradualista de la evolución derivada del pensamiento poblacionalista, según la cual las especies daban lugar a nuevas especies de forma gradual, mediante una sucesión continua de formas intermedias. Por descabellado que pueda parecer hoy, el saltacionismo encajaba a la perfección con las observaciones experimentales de los genetistas, así como con la evidencia paleontológica previa. La extrema escasez del registro fósil impedía a los paleontólogos observar una progresión continua de formas que vincularan dos especies relacionadas, mientras que los genetistas estaban acostumbrados a trabajar con poblaciones uniformes de individuos casi idénticos —normalmente plantas o ratones— para minimizar la interferencia experimental. Los mutantes producidos en estos experimentos genéticos presentaban drásticas modificaciones físicas que eran heredadas por su descendencia de acuerdo con las leyes de Mendel. Parecía lógico, pues, suponer que mutaciones como éstas, eventos poco frecuentes pero altamente disruptivos, fueran la fuerza impulsora del origen de nuevas especies. En defensa de los genetistas, cabe señalar que ahora conocemos casos en los que nuevas especies han surgido mediante una única alteración genética, como la duplicación del genoma completo en algunas plantas. Por lo tanto, la idea de la especiación por saltación no es imposible; pero, como teoría, el saltacionismo carece de la generalidad necesaria para explicar la evolución de la mayoría de especies conocidas.

El darwinismo estaba también plagado por un problema adicional. La base fisiológica de la herencia era completamente desconocida en el siglo XIX, y Darwin había recurrido implícitamente a una teoría conocida como “herencia mixta”, según la cual la constitución de un organismo es un promedio uniforme de las constituciones de sus progenitores. El redescubrimiento y la confirmación del trabajo de Mendel demostraron rápidamente que la herencia no opera de esta manera, sino mediante la segregación de genes discretos de progenitores a descendientes. De hecho, puede demostrarse matemáticamente que la herencia mixta conduciría a una situación en la que cada individuo de una especie mostraría exactamente la misma forma de cada rasgo, eliminando toda la variación natural e imposibilitando así la evolución. Por lo tanto, los genetistas argumentaron que la noción darwinista completa de evolución gradual basada en la variación continua, la herencia mixta y la selección natural, era simplemente insostenible a la luz de sus resultados experimentales. Algunos de los primeros genetistas más distinguidos, como T. H. Morgan y William Bateson —quien tradujo la obra de Mendel al inglés y acuñó el propio término “genética”—, llegaron incluso a declarar que la genética había finalmente puesto fin al darwinismo (véase la cita introductoria al comienzo de este artículo). Sin embargo, cabe recordar que la genética era en sí misma una disciplina controvertida en aquel entonces, compuesta por múltiples corrientes en pugna; y los primeros genetistas, o “mendelianos”, estaban tan ansiosos por establecer la validez de sus propias teorías sobre la herencia como los darwinistas lo estaban por ver reivindicadas sus ideas evolutivas. Además, a pesar de su oposición al darwinismo, las contribuciones de esta primera generación de genetistas —en particular, la elucidación de las leyes de la herencia, el descubrimiento de los genes y los cromosomas, y la refutación de la noción de herencia blanda— acabarían siendo esenciales para el perfeccionamiento de la teoría evolutiva.

A diferencia de los genetistas, los biólogos con formación naturalista, incluyendo zoólogos y botánicos, solían extraer sus conclusiones del estudio directo de poblaciones naturales, e insistían en que sus observaciones de la diversidad natural concordaban perfectamente con la teoría de evolución gradual mediante selección natural de Darwin. La verdadera raíz del desacuerdo probablemente residía en la absoluta falta de comunicación entre ambos bandos: naturalistas y genetistas no sólo sostenían teorías contrapuestas, sino que también seguían enfoques muy distintos en la investigación científica, abordaban diferentes cuestiones biológicas, asistían a distintas reuniones, leían y publicaban en diferentes revistas, e incluso empleaban vocabularios distintos, incluyendo definiciones incompatibles para términos tan fundamentales como “especie” y “mutación”. Además, los genetistas parecían considerar a los naturalistas como amantes de la especulación, incapaces de someter sus ideas a una contrastación adecuada, mientras que los naturalistas tendían a descartar a los genetistas como experimentalistas de mente estrecha y sin experiencia en poblaciones naturales reales. La incomprensión y el resentimiento se agravaron con facilidad en semejante atmósfera, creando gradualmente una brecha cada vez más honda entre ambas disciplinas. Prueba asombrosa de ello es que, cuando una generación más joven de genetistas teóricos y experimentales —incluyendo a Sir Ronald Fisher, J. B. S. Haldane, Sewall Wright y H. J. Muller— comenzó a obtener, a finales de la década de 1910, nuevos resultados que demostraban cómo la acumulación de efectos de numerosos genes heredados discretamente puede dar lugar a la diversidad continua descrita por los naturalistas (véase la figura siguiente), y, por lo tanto, cómo el mendelismo y el neodarwinismo eran, de hecho, compatibles, esto no contribuyó a cerrar la enorme brecha entre genetistas y naturalistas. En cambio, debido al distanciamiento provocado por la constante hostilidad, la comunicación académica se vio tan perjudicada que los naturalistas pasarían décadas perseverando en sus esfuerzos por refutar las ideas ya obsoletas de la anterior generación de genetistas.

Ilustración del “modelo infinitesimal” de Fisher (1918), que explica la aparición de variación biológica continua a partir de la contribución combinada de un gran número de genes mendelianos discretos, o loci. Cada fila del diagrama presenta una distribución simulada de valores poblacionales para un rasgo determinado por un número creciente de genes individuales. Las barras del lado izquierdo indican el efecto individual de cada gen que contribuye al rasgo (desde sólo dos genes en el caso superior hasta 500 en el caso inferior). El lado derecho proporciona las distribuciones correspondientes de valores de rasgos en la población simulada, mostrando cómo los valores de un rasgo se distribuyen de forma más normal a medida que aumenta el número de genes. Esto explica por qué muchos caracteres fisiológicos en humanos y otras especies siguen una distribución normal o gaussiana. (Imagen: Chamaemelum/Wikimedia Commons.)

De este modo, naturalistas y genetistas avanzaron por caminos separados durante las tres primeras décadas del siglo XX, cada uno arrastrando sus propias cargas conceptuales: los naturalistas mantenían perspectivas obsoletas sobre la naturaleza de la mutación genética y la herencia; los genetistas se veían obstaculizados por las perspectivas saltacionistas y por la creencia en que la evolución de las especies podía comprenderse mediante la extrapolación de la evolución de mutaciones individuales en entornos experimentales. Incluso en la década de 1930, cuando experimentos cruciales en selección artificial, junto con el trabajo de los primeros genetistas matemáticos, demostraron sin lugar a dudas la realidad de la evolución por selección natural, los libros de texto especializados aún enumeraban hasta seis teorías de la evolución como potencialmente correctas.

Este estancamiento finalmente se disiparía en la década de 1940, principalmente gracias a la perspicacia de un paleontólogo, George Simpson, y dos zoólogos, Julian Huxley y Bernhard Rensch. Quizás los únicos científicos de su generación que habían acumulado un profundo conocimiento de los últimos avances en cada una de las disciplinas relevantes, en tres libros independientes, Huxley (1942), Simpson (1944) y Rensch (1947) describieron cómo los hallazgos de zoólogos, botánicos, genetistas, paleontólogos y otros podían integrarse en un marco teórico coherente capaz de explicar todo el proceso evolutivo. En su libro (que se publicó primero debido a circunstancias derivadas de la Segunda Guerra Mundial), Huxley bautizó esta nueva teoría con el nombre con el que se la conoce hoy: la “síntesis evolutiva moderna”. La síntesis moderna afirma que la evolución gradual de las especies puede explicarse mediante la acumulación de innumerables mutaciones genéticas con efectos generalmente pequeños, junto con la recombinación (la redistribución del material genético a medida que se transmite de progenitores a descendientes) y la acción tanto de la selección natural como de procesos estocásticos sobre la diversidad genética producida por la mutación y la recombinación. Una característica clave de la teoría es que explica cómo estos mecanismos genéticos y selectivos de bajo nivel dan lugar a procesos evolutivos de alto nivel, incluyendo el origen de las especies, géneros y niveles taxonómicos superiores.

La forja de la síntesis evolutiva moderna no fue en sí misma una revolución científica, sino la conclusión a un prolongado cambio de paradigma iniciado por Darwin y Wallace casi un siglo antes. Dicha conclusión no implicó la victoria de una tradición científica sobre otra, sino la fusión de dos marcos conceptuales radicalmente distintos —el naturalismo y el experimentalismo— en un todo. Para que alcanzar tal hito, primero fue necesario superar una serie de obstáculos, surgidos del persistente aislamiento entre los dos bandos opuestos. Esto lo lograrían aquéllos que, en lugar de centrarse en su propia especialidad, mostraron curiosidad suficiente para aprender sobre los avances en otros campos, y apertura mental suficiente para percibir los puntos en común latentes bajo el conflicto. El legado de la síntesis moderna es la unificación de la biología evolutiva en un solo campo; tras su llegada, la discordia y la hostilidad que habían reinado durante medio siglo dieron paso a un consenso generalizado. Y los puentes construidos en aquel entonces permanecerían sólidamente en pie hasta el día de hoy: aunque aún hay debate sobre aspectos particulares de la teoría —como las implicaciones conceptuales de la memoria epigenética y el intercambio horizontal de genes entre organismos—, el marco básico de la síntesis ha permanecido esencialmente intacto desde la década de 1940.

La historia de la síntesis evolutiva moderna, nuestro marco actual para comprender la evolución, es valiosa tanto para científicos como para historiadores. La larga serie de descubrimientos y avances conceptuales que vinculan la teoría original de Darwin con nuestra interpretación unificada del proceso evolutivo ofrece un ejemplo ilustrativo de las consecuencias de fenómenos que se han manifestado una y otra vez en la historia de la ciencia: resistencia a nuevas ideas, comunicación deficiente agravada por diferencias semánticas, y especialización excesiva que genera sentimientos tribalistas de superioridad hacia otras disciplinas. Con suerte, esta historia también ofrecerá una lección sobre el estudio de la historia de las ideas científicas, y cómo éste permite una comprensión mucho más profunda que el mero estudio de sus definiciones; pues, mientras que las definiciones aspiran a la simplicidad y la rotundidad, la historia de la ciencia transmite la verdad de que la ciencia es un proceso vivo, cuyo progreso es fundamentalmente arduo, gradual, y absolutamente plagado de discordia.

Referencias
Bateson, W. (1909). Mendel’s Principles of Heredity (Cambridge University Press).
Darwin, C., Wallace, A.R. (1858). On the Tendency of Species to form Varieties; and on the Perpetuation of Varieties and Species by Natural Means of Selection. Journal of the Proceedings of the Linnean Society of London. Zoology, 3 (9): 45–62.
Darwin, C. (1859). On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life (John Murray).
Fisher, R.A. (1918). The Correlation between Relatives on the Supposition of Mendelian Inheritance. Transactions of the Royal Society of Edinburgh, 52 (2): 399–433.
Huxley, J. (1942). Evolution: The Modern Synthesis (Allen and Unwin).
Mayr, E. (1980). ‘Some Thoughts on the History of the Evolutionary Synthesis’, in The Evolutionary Synthesis: Perspectives on the Unification of Biology (Harvard University Press).
Newton, A. (1888). Early days of Darwinism. Macmillan’s Magazine, 57: 241–249.
Rensch, B. (1947). Neuere Probleme der Abstammungslehre (Enke).
Simpson, G.G. (1944). Tempo and Mode in Evolution (Columbia University Press).

The causes of ageing

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To get back my youth I would do anything in the world, except take exercise, get up early, or be respectable.

Oscar Wilde, The Picture of Dorian Gray

Detail from Old woman and boy with candles (c. 1616–1617) by Peter Paul Rubens.

EVERLASTING YOUTH is one of humanity’s perpetual aspirations. None of us are impervious to the effects of old age, either in ourselves or in those we love. Yet, more than an inescapable element of the human condition, ageing is in fact a universal biological feature of complex animals, and possibly of all life. Biologically speaking, ageing is a gradual decline in the capacity of the cells and tissues in a body to preserve their integrity and carry out their central physiological functions. The ultimate consequence of this process is the body’s inability to sustain its own existence, leading to an inevitable death from ‘old age’. Regardless of how much effort is devoted to prolonging life, humans and other animals seem to carry an intrinsic ‘expiry date’. But why should this be so? How did such an implacable force of decay come to exist, and why do we humans seem unable to vanquish it?

The question of what causes ageing, which can be traced as far back as Aristotle, is in fact composed of two very distinct questions. The first is the question of why we age: what is the ultimate biological reason for the fact that animals have never evolved the capacity to live forever? The second question is that of how we age: what are the immediate physiological processes which cause bodies gradually to decay over time? The degree to which we understand ageing may be expected to vary between these two levels of analysis — but it may come as a surprise that it should be our understanding of how we age, rather than why we age, which remains very much undeveloped. The following presents our current scientific perspective on these two dimensions of the ageing process.

Why we age: Evolutionary causes of ageing

The universality of ageing among animals was a troublesome fact to early evolutionary biologists. In the mid-nineteenth century, Charles Darwin had proposed that the biological traits of organisms were the outcome of evolution by natural selection, and therefore had probably been useful for the survival and reproduction of previous generations. How is it, then, that evolution has not crafted organisms with the clearly beneficial capacity to maintain their youth indefinitely?

The first evolutionary explanation of ageing was proposed by the nineteenth-century biologist August Weismann. An early supporter of Darwin’s ideas, Weismann was a key figure in the development of early theories of biological heredity. To him, the evolutionary paradox of ageing could be resolved if one assumed that an animal’s longevity is indeed the product of natural selection — but not because of any benefit to the animal itself, but rather to the species as a whole. He proposed that the duration of life — the lifespan — has evolved to an optimal value which spares the population from being smothered by a preponderance of old individuals. In Weismann’s account, ageing is therefore a death mechanism explicitly evolved for the purging of older, less competitive generations, enabling the success of younger individuals. Remarkably, this theory was in fact a Darwinian makeover of the views of the ancient Roman poet and philosopher Lucretius.

Weismann’s explanation of ageing, although intuitively cogent, was found by later evolutionary biologists to be flawed. For one thing, the argument that older individuals should be purged because they are less fit than younger ones immediately invokes an assumption that individuals experience physiological ageing. But to infer the evolutionary origins of ageing, we must begin with a population whose individuals do not age, and thus can only die through extrinsic forces such as predation, infection, starvation or accident. In such a population, there is no reason to assume that older individuals should be at a disadvantage — if anything, the fact that they have survived for longer implies that they are, on average, better survivors. Moreover, older individuals should have amassed precious expertise in the manoeuvres and tactics of living, such that they should offer formidable competition to youngsters. Therefore, without the assumption of an ageing process, the death of older individuals cannot easily be defended as of benefit to the species.

Another powerful argument against Weismann’s theory is the now-established fact that traits which benefit the collective at the expense of the individual are evolutionarily unstable. In most situations, natural selection operates overwhelmingly at the level of the individual: if one deer is, for instance, able to outrun the others, it will be less likely to be preyed upon, and hence more likely to leave offspring, which will inherit its superior speed. In the same manner, if a species were to evolve an ageing process that were beneficial to the species but disadvantageous to the individual, then any individual happening to age more slowly than the rest would be at a considerable advantage, just like the faster-running deer, and so this trait would be favoured by natural selection. Ageing therefore cannot have evolved for the sole benefit of the species; if Weismann appears here to have misjudged the implications of Darwin’s theory, it may be said in his defence that Darwin himself would have fared no better. It is only after one and a half centuries of thought that we have come to understand ageing not as a consequence of the direct action of natural selection — but rather of its failure.

One of the earliest hints at the concept which underlies modern evolutionary theories of ageing was advanced by the influential mathematical geneticist JBS Haldane. During an inspired series of lectures in 1940, Haldane noted in passing that natural selection should have little power to suppress a deleterious trait if such a trait only manifests itself late in life. To see why this is the case, let us consider Haldane’s case of interest — Huntington’s disease. Despite its devastating and fatal effects, this degenerative condition typically has its onset after the age of thirty, and hence has little impact on a person’s ability to have children. By the time the disease is diagnosed, the patient’s children may already have inherited the responsible gene. Haldane correctly saw this as the reason why such a pernicious gene has not been purged by evolution. The impact of Huntington’s disease is confined to adulthood, a period of life in which the strength of natural selection declines dramatically, since reproduction has already taken place. This period is now termed the ‘selection shadow’, because biological effects within it are effectively ‘out of sight’ for evolution.

Diagram illustrating the concept of the ‘selection shadow’, referring to the progressive decline in the strength of natural selection after the age of reproductive maturity (Credit: A Baez-Ortega).

The concept of the selection shadow was first developed into a complete theory of ageing by the Nobel laureate Sir Peter Medawar, who in the 1950s attempted to explain ageing as the combined effect of a collection of ‘mutant genes’ — altered versions of ‘normal’ genes — whose effects only arise late in life. Just as in the case of Huntington’s disease, age-related conditions such as cataracts, arthritis and osteoporosis have a late onset and no impact on reproduction, which precludes natural selection from weeding off the implicated ‘mutant genes’. A large number of these problematic genes will therefore accumulate in the ‘shadow’ of selection, their effects amalgamating into what we call ageing. Medawar also grasped the significance of extrinsic mortality, that is, the rate of death from environmental forces such as predation: the later in life the effects of a gene are realised, the less individuals will remain alive to experience them. Thus, a gene which contributes to prolonging the health of heart muscle for many decades may be very beneficial to an elephant, but it is of no use to a mouse that will almost certainly be preyed upon before the age of two.

Building on Medawar’s work, a later theory proposed that ageing may arise from genes which not only have negative effects in old age, but also have beneficial effects in youth, when natural selection is at its strongest. In this theory, ageing would be a detrimental late by-product of processes which have evolved because they are beneficial earlier in life. The current scientific consensus is that each of these two theories is probably correct in some cases, such that certain components of ageing have arisen through accumulation of purely detrimental mutant genes, while others are late side-effects of advantageous genes.

An important aspect of these two evolutionary theories is that they define ageing as the result of the inability of natural selection to maintain physiological integrity for longer than is actually useful ‘in the wild’. The key insight is that it is not evolutionarily advantageous to live longer than we do, because our species has evolved so that we are able to develop and reproduce long before our bodies succumb to age. Furthermore, because the wild environment of early humans made it very unlikely for them to survive as long as we do, there has been no evolutionary need for greater longevity. Notably, our evolutionary explanation of ageing, which is theoretically and empirically well supported, does not depend on which specific physiological mechanisms are responsible for ageing. In other words, we certainly understand why the process of ageing has evolved in the first place; the scene is rather different, however, when it comes to the question of how this process unfolds in organisms.

How we age: Mechanistic causes of ageing

Luckily for junior scientists, our mechanistic theories of ageing are much more abundant and less clearly supported than our evolutionary theories. Perhaps the most immediate question regarding the actual process of ageing is whether it results from a single physiological mechanism, or from multiple mechanisms whose effects are roughly synchronised. Given the conclusion that ageing is a consequence of the ineffectiveness of natural selection, it follows that it must come about through multiple, possibly many, unrelated mechanisms.

As a crude analogy, let us imagine owning a car in a very unsafe city, where vehicles are constantly being stolen or damaged. In such circumstances, we should be wise to buy a cheap car which might last a few years, and to spend as little as possible in maintenance, as otherwise the return on our investment may never materialise. Nevertheless, if by a stroke of fortune, we find ourselves owning the same car after a good number of years, we should expect it to come apart by virtue of its being cheap and poorly maintained. This analogy unflatteringly exposes the ultimate reason for ageing — insufficient quality and care — yet it sheds no light as to which of the car’s components is expected to fail first. Given that the car’s decay is caused by deficient maintenance, we might expect multiple of its components to misbehave with increasing frequency, up to the point where the machine as a whole cannot function. Moreover, different processes might be responsible for each component’s failure: the transmission may expire out of sheer friction, while the pistons might succumb to soot. Hence, even though the ultimate cause of ageing may be universal, the processes immediately involved are manifold.

As suggested by this analogy, current research on ageing focuses on the challenging task of establishing which physiological processes contribute to ageing, and how significant each is. A large number of distinct processes have indeed been proposed as mechanistic causes of ageing. Among the most interesting of these are ‘nutrient signalling pathways’, which are functional networks of molecules responsible for transmitting the physiological signals produced when we acquire nutrients. The most popular molecule in this network is insulin, essential for the regulation of blood glucose levels. Yet in addition to the well-known relationship between deficient insulin signalling and diabetes, it has been found that interventions which interfere with nutrient signalling can considerably prolong the lifespan of many species, both vertebrate and invertebrate. For instance, a treatment known as ‘dietary restriction’, whereby the supply of food (or of certain nutrients) is permanently reduced, is considered the most reliable way of extending animal lifespan. Furthermore, the deactivation of certain nutrient signalling genes, by either mutation or pharmacological treatment, produces similar effects to those of dietary restriction. In the 1990s, Cynthia Kenyon and her colleagues discovered that mutations in such a gene led to a doubling of lifespan in nematode worms, a finding followed by similar reports in fruit flies by the groups of Dame Linda Partridge and Marc Tatar. On the other hand, nutrient signalling also regulates body growth and development, and animals subjected to these life-prolonging interventions tend to be stunted and ill-developed. Interestingly, although the network of effects whereby nutrient signalling modulates development and longevity is not yet fully characterised, it is believed to be the reason why smaller dog breeds live longer than larger ones.

A second leading candidate among possible mechanisms of ageing is molecular damage. Cells are constantly exposed to many kinds of chemical damage, which can alter their constituent molecules and impair the efficiency of cellular processes. The types of molecules subject to such damage include proteins (which are both the cell’s building blocks and its working tools) and DNA (which carries the organism’s genetic information, including the instructions for protein synthesis). One extensively studied type of DNA modification with potential roles in ageing is the shortening of telomeres — long stretches of DNA which are placed at the ends of chromosomes to protect them from fraying, like the aglet in a shoelace. Telomeres are slightly shortened every time a cell divides into two new cells, and eventually become too short to allow further cell division, which is thought to be an important barrier against the emergence of cancer — but might also be a cause of ageing. Recently, the biologist María Blasco and her team reported the striking finding that the rate of telomere shortening in a species is related to its lifespan, such that telomeres erode faster in shorter-lived species. Nevertheless, this relationship is obscured by the fact that shorter-lived species also tend to be smaller, and body size itself is thought to influence many aspects of animal physiology.

Fluorescence microscopy image showing the location of telomeres (white) at the ends of human chromosomes (grey). Telomeres preserve the integrity of DNA inside chromosomes, and their shortening over time has been proposed as a cause of ageing (Credit: NASA/Wikimedia Commons, public domain).

Working with Alex Cagan, Iñigo Martincorena and other researchers at the Wellcome Sanger Institute, I recently explored the relationship between animal lifespan and another common form of DNA modification — somatic mutations. This term refers to the changes that accrue in our DNA over time; such mutations are not present initially in any of our cells, but are acquired by individual cells as our bodies grow and age. Somatic mutations were first hypothesised to contribute to ageing in the 1960s, but their exact role remains elusive. Cagan and I characterised the rate of mutation across sixteen species of mammals, from mice to giraffes, and found a very similar relationship to that described for telomeres: shorter-lived species mutate faster than longer-lived ones, such that a mouse cell acquires as many mutations in two years as a human cell might do in eighty. Crucially, we determined this result to be unaffected by the relationship between longevity and body size: at least in mammals, the mutation rate can be used to predict a species’ lifespan, regardless of its size. The fact that the rates of different forms of molecular damage present similar relationships with lifespan suggests — but does not prove — that these forms of damage may be involved in ageing.

Diagram showing the inverse relationship between lifespan and the rate of somatic mutation in 16 species of mammals. The mutation rate of each species is inversely proportional to its lifespan, such that all species carry a similar number of mutations in their cells’ DNA at the end of their respective lifespans. This relationship is indicated by the blue line, with the shaded area marking a two-fold deviation from this line (Source: Cagan, Baez-Ortega et al., 2022).

It might seem inconsistent that processes as unrelated as nutrient signalling and molecular damage might all contribute to ageing. But these processes are not so distant when viewed in the light of a theory known as the ‘disposable soma’ theory of ageing. According to this, the physiology of complex organisms includes a central energy trade-off, such that the energy acquired from food is distributed between the processes of somatic maintenance (the preservation of the body via repair of molecular damage) and reproduction (the preservation of genes via their transmission to offspring). Rather than grappling with the evolutionary origin of ageing, this theory provides a framework for its physiological regulation. Because our body (the ‘soma’) is ultimately perishable, the energy trade-off between maintenance and reproduction has presumably been optimised by evolution to favour the expensive process of reproduction in times of nutrient abundance, and to promote maintenance instead when nutrients are limited. It is thus possible that nutrient signalling disruption modifies the speed of ageing by interfering with the ‘gauge’ of this energy allocation system, whereas molecular damage may simply be the force which opposes somatic maintenance processes. Despite the remarkable coherence of the disposable soma theory, the evidence for the existence of a universal energy trade-off in animals is currently inconclusive. It is possible that, like so much else in biology, energy trade-offs are crucial but not universal: they might be relevant only for some species, or in certain organs, or at particular periods in life. Even in this time of unparalleled scientific progress, an immensity of knowledge remains to be discovered regarding the physiological processes involved in ageing.

The battle against ageing

Since the days of Darwin and Weismann, we have come to understand ageing not as a death force evolved for the benefit of the species, but rather as an inextricable consequence of the manner in which evolution works. Animal bodies have not evolved to live forever, but to succeed in surviving and reproducing amidst a ruthless environment. The biology of our bodies is such as it is precisely because our ancestors managed to succeed in these tasks, not because they managed to live forever.

Whatever the causes of ageing, the essential question for humanity is whether we shall ever be able to throttle them — perhaps not with a view to living forever, but at least to enjoying longer-lasting health and a happier old age. It seems clear that this target will remain out of reach so long as we fail to understand what exactly ‘ageing’ means at the molecular level. Someday we might gain the power to manipulate the processes by which our bodies fend off the effects of time, or even to combat such effects directly; we may finally be able to subdue and domesticate the process of ageing. But such miracles lie still beyond the horizon, and for years to come we must keep drawing on the power of conventional medicine to manage individual age-related conditions.

When it comes to growing older, the personal theory of the essayist, poet and former Master of Magdalene College, AC Benson, may be more helpful than those discussed here: ‘I have a theory that one ought to grow older in a tranquil and appropriate way, that one ought to be perfectly contented with one’s time of life, that amusements and pursuits ought to alter naturally and easily, and not be regretfully abandoned’. Too modest a theory, perhaps; he goes on to concede that ‘It is easier said than done’. Yet, even as we feel the gentle, impassive slipping away of youth between our fingers, we should be wise to keep in mind the words of Longfellow:

For age is opportunity no less

Than youth itself, though in another dress,

And as the evening twilight fades away

The sky is filled with stars, invisible by day.

References
Weismann, A. ‘The duration of life’ (1881). In Essays Upon Heredity and Kindred Biological Problems (tr. Poulton, EB, Schönland, S, Shipley, AE). Clarendon, 1889.
Haldane, JBS. New Paths in Genetics. Allen & Unwin, 1941.
Kenyon, C, Chang, J et al. A C. elegans mutant that lives twice as long as wild type. Nature, 1993.
Hughes, KA, Reynolds, RM. Evolutionary and mechanistic theories of aging. Annual Review of Entomology, 2005.
Kirkwood, TBL. Understanding the odd science of aging. Cell, 2005.
Flatt, T, Partridge, L. Horizons in the evolution of aging. BMC Biology, 2018.
Whittemore, K, Vera, E et al. Telomere shortening rate predicts species life span. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2019.
Cagan, A, Baez-Ortega, A et al. Somatic mutation rates scale with lifespan across mammals. Nature, 2022.

This article was originally published in the 2021–22 Magdalene College Magazine.
The author is grateful to James Raven and Aude Fitzsimons for their comments on the original manuscript.

Las causas del envejecimiento

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Por recuperar mi juventud haría cualquier cosa en el mundo, salvo hacer ejercicio, madrugar, o ser respetable.

Oscar Wilde, El retrato de Dorian Gray

Detalle de Anciana y niño con velas (c. 1616–1617) de Pedro Pablo Rubens.

LA ETERNA JUVENTUD es una de las aspiraciones perpetuas de la humanidad. Nadie es inmune a los efectos de la vejez, ya sea en nosotros mismos o en nuestros seres queridos. Sin embargo, más que un elemento ineludible de la condición humana, el envejecimiento es, de hecho, una característica biológica universal de los animales complejos, y quizá incluso de todos los seres vivos. Desde el punto de vista biológico, el envejecimiento es una disminución gradual de la capacidad de las células y tejidos del cuerpo para preservar su propia integridad y desempeñar sus funciones fisiológicas esenciales. La consecuencia última de este proceso es la incapacidad del cuerpo para sostener su propia existencia, conduciendo a una inevitable ‘muerte por vejez’. Sin importar cuánto esfuerzo se dedique a prolongar la vida, los seres humanos y otros animales parecen venir con una ‘fecha de caducidad’ intrínseca. Pero, ¿por qué ha de ser esto así? ¿Cuál es el origen de tan implacable fuerza de degeneración, y cómo es posible que los humanos seamos incapaces de derrotarla?

La cuestión de cuáles son las causas del envejecimiento, que se remonta a los días de Aristóteles, está en realidad compuesta por dos preguntas muy diferentes. La primera es la pregunta de por qué envejecemos: ¿cuál es la razón biológica última por la que los animales no han desarrollado la capacidad de vivir para siempre? La segunda pregunta es aquélla de cómo envejecemos: ¿cuáles son los procesos fisiológicos inmediatos que hacen que el cuerpo animal se deteriore con el tiempo? Aunque debería ser esperable que nuestro grado de conocimiento varíe entre estos dos niveles de análisis, quizá resulte sorprendente el que sea nuestra comprensión de cómo envejecemos, y no por qué envejecemos, la que actualmente se encuentra menos avanzada. En este ensayo se resume la perspectiva científica actual con respecto a estas dos dimensiones del proceso de envejecimiento.

Por qué envejecemos: las causas evolutivas del envejecimiento

La universalidad del envejecimiento en especies animales fue un hecho problemático para los primeros biólogos evolutivos. A mediados del siglo XIX, Charles Darwin propuso que los rasgos biológicos de las especies son producto de la evolución por selección natural y, por tanto, probablemente han sido útiles para la supervivencia y reproducción de generaciones pasadas. ¿Cómo es posible, entonces, que la evolución no haya producido organismos con la habilidad, claramente beneficiosa, de preservar su juventud indefinidamente?

La primera explicación evolutiva del envejecimiento fue propuesta por el biólogo August Weismann a finales del siglo XIX. Defensor temprano de las nuevas ideas de Darwin, Weismann fue una figura clave en el desarrollo de las primeras teorías sobre la herencia biológica. Para él, la paradoja evolutiva del envejecimiento podía resolverse a base de asumir que la longevidad de un animal es, en efecto, producto de la selección natural, pero no debido a un beneficio para el animal en sí, sino para la especie en su conjunto. Weismann propuso que la esperanza de vida de una especie ha evolucionado hasta un valor óptimo, el cual previene que la población se vea asfixiada por una preponderancia de individuos ancianos. Por tanto, según esta teoría, el envejecimiento es un mecanismo de mortalidad desarrollado específicamente para purgar a las generaciones más viejas y menos competitivas de la población, permitiendo así el éxito de individuos más jóvenes. Un detalle fascinante de esta teoría es su sorprendente coincidencia con las ideas del poeta y filósofo romano Lucrecio.

La explicación del envejecimiento propuesta por Weismann, pese a ser intuitivamente convincente, ha sido desmentida por los biólogos evolutivos de generaciones posteriores. Por una parte, el argumento de que los individuos ancianos deberían ser eliminados por ser menos competitivos que los individuos jóvenes invoca inmediatamente la suposición de que los animales experimentan un envejecimiento fisiológico. Sin embargo, para inferir los orígenes evolutivos del envejecimiento, es necesario partir de una población hipotética cuyos individuos no envejezcan y, por tanto, sólo puedan morir a causa de fuerzas extrínsecas como la depredación, la infección, el hambre o los accidentes. En dicha población, no hay razón para suponer que los individuos de mayor edad estarán en desventaja; en todo caso, el hecho de que hayan sobrevivido durante más tiempo implica que, en promedio, son mejores supervivientes. Además, los individuos de mayor edad contarán con una valiosa experiencia en lo que respecta a las tácticas y maniobras de la vida, de modo que deberían ofrecer una competencia formidable a los individuos jóvenes. Por tanto, sin la suposición previa de un proceso de envejecimiento, la muerte de los individuos ancianos no puede defenderse fácilmente como beneficiosa para la especie.

Otro poderoso argumento contra la teoría de Weismann es el hecho, ahora establecido, de que los rasgos que benefician al colectivo a expensas del individuo son evolutivamente inestables. En la mayoría de las situaciones, la selección natural opera abrumadoramente a nivel del individuo: si un ciervo, por ejemplo, es capaz de correr más rápido que sus congéneres, tendrá menor riesgo de ser depredado y, por lo tanto, mayor probabilidad de dejar descendencia, la cual heredará su superior velocidad. De la misma manera, si una especie desarrolla un proceso de envejecimiento que sea beneficioso para la especie pero perjudicial para el individuo, cualquier individuo que envejezca más lentamente que el resto tendrá una ventaja considerable —igual que el ciervo que es capaz de correr más rápido—, por lo que este rasgo se verá favorecido por la selección natural. El envejecimiento, por tanto, no puede haber evolucionado en beneficio exclusivo de la especie; si bien Weismann parece haber juzgado mal las implicaciones de la teoría de Darwin, podría alegarse en su defensa que al propio Darwin no le habría ido mejor. Ha sido sólo tras un siglo y medio de pensamiento que hemos llegado a entender el envejecimiento no como una consecuencia de la acción directa de la selección natural, sino más bien de su fracaso.

Una de las primeras versiones del concepto que subyace a las teorías modernas del envejecimiento fue propuesta por el influyente genetista matemático J.B.S. Haldane. Durante una inspirada serie de conferencias en 1940, Haldane señaló de pasada que la selección natural debería tener poco poder para eliminar un rasgo deletéreo si dicho rasgo solamente se manifiesta tarde en la vida del individuo. Para entender por qué esto es así, consideremos el caso de interés para Haldane: la enfermedad de Huntington. Pese a sus efectos devastadores y fatales, esta condición degenerativa generalmente comienza a manifestarse pasados los treinta años y, por tanto, tiene poco impacto en la capacidad de una persona para tener descendencia. Para cuando finalmente se diagnostica la enfermedad, es probable que los hijos del paciente ya hayan heredado el gen responsable. Haldane dedujo correctamente que éste es el motivo por el que la selección natural no ha sido capaz de suprimir un gen tan pernicioso. El impacto de la enfermedad de Huntington está confinado a la edad adulta, un periodo de la vida en el que la fuerza de la selección natural disminuye drásticamente, dado que la reproducción ya ha tenido lugar. Este periodo se denomina la ‘sombra selectiva’, porque los efectos biológicos confinados a esta etapa son prácticamente invisibles para la evolución.

Diagrama que ilustra el concepto de ‘sombra selectiva’ (selection shadow), que se refiere a la disminución progresiva de la fuerza de la selección natural pasada la edad de madurez reproductiva (A. Báez Ortega).

El primero en aplicar el concepto de la sombra selectiva en la forma de una teoría completa del envejecimiento fue Peter Medawar, ganador del Premio Nobel en 1960. En la década de 1950, Medawar intentó explicar el envejecimiento como el efecto combinado de una colección de ‘genes mutantes’ —versiones alteradas de genes ‘normales’— cuyos efectos solamente aparecen relativamente tarde en la vida del individuo. Al igual que en el caso de la enfermedad de Huntington, las afecciones relacionadas con la edad, como las cataratas, la artritis y la osteoporosis, son de aparición tardía y no tienen impacto en la reproducción, lo cual impide que la selección natural elimine los genes mutantes implicados. Con el paso de miles de generaciones, un gran número de estos genes problemáticos se han ido acumulando ‘a la sombra’ de la selección, fusionándose sus efectos individuales para dar lugar a lo que llamamos envejecimiento. Medawar también captó la importancia de la mortalidad extrínseca, es decir, la tasa de muerte por fuerzas ambientales como la depredación: cuanto más tarde en la vida se expresen los efectos de un gen, menos individuos permanecerán vivos para experimentarlos. Por lo tanto, un gen que contribuya a prolongar la salud del músculo cardíaco durante muchas décadas podrá ser beneficioso para un elefante, pero carece de utilidad para un ratón que, con casi absoluta certeza, será depredado antes de cumplir los dos años.

Sobre la base del trabajo de Medawar, una teoría posterior propuso que el envejecimiento puede surgir de genes que no sólo tienen efectos negativos en la vejez, sino que también proporcionan beneficios en la juventud, cuando la selección natural tiene mayor fuerza. Según esta teoría, el envejecimiento sería un subproducto nocivo tardío de procesos que han sido favorecidos por ser beneficiosos en edades tempranas. El consenso científico actual es que cada una de estas teorías es probablemente correcta en ciertos casos, de forma que algunos componentes del envejecimiento se han originado a través de la acumulación de genes mutantes puramente perjudiciales, mientras que otros son efectos secundarios tardíos de genes beneficiosos.

Un aspecto importante de estas dos teorías evolutivas es que ambas definen el envejecimiento como el resultado de la incapacidad de la selección natural para mantener la integridad fisiológica durante más tiempo del que es realmente útil ‘en la naturaleza’. La idea fundamental es que no es ventajoso, evolutivamente hablando, vivir más de lo que ya vivimos, porque nuestra especie ha evolucionado para que podamos desarrollarnos y reproducirnos mucho antes de que nuestros cuerpos sucumban a la edad. Es más, debido a que el entorno natural de los primeros humanos hacía muy improbable que estos sobrevivieran tanto como nosotros lo hacemos, no ha habido ninguna necesidad evolutiva de una mayor longevidad. Hay que resaltar que nuestro modelo evolutivo del envejecimiento, el cual está bien respaldado por resultados teóricos y empíricos, no depende de qué mecanismos fisiológicos concretos sean responsables del envejecimiento. En otras palabras, aunque ciertamente entendemos por qué el proceso de envejecimiento existe en primer lugar, la escena es bastante distinta cuando consideramos la cuestión de cómo se desarrolla este proceso en un organismo dado.

Cómo envejecemos: causas mecánicas del envejecimiento

Afortunadamente para los científicos jóvenes, nuestras teorías mecanicistas del envejecimiento son mucho más abundantes y están peor respaldadas que las teorías evolutivas. Quizás la pregunta más inmediata con respecto al proceso de envejecimiento es si éste es consecuencia de un único mecanismo fisiológico o de múltiples mecanismos cuyos efectos están aproximadamente sincronizados. Dada la conclusión de que el envejecimiento es producto de la ineficacia de la selección natural, parece probable que este proceso debe de involucrar múltiples —posiblemente muchos— mecanismos no relacionados entre sí.

Como analogía rudimentaria, consideremos la situación de poseer un coche en una ciudad muy insegura, donde los vehículos son robados o dañados constantemente. En tales circunstancias, la decisión acertada sería adquirir un automóvil barato que pueda sobrevivir unos pocos años, y gastar lo menos posible en mantenimiento, ya que de lo contrario nuestra inversión bien podría ser un fracaso. No obstante, si por un golpe de suerte nos encontrásemos conduciendo el mismo coche al cabo de un buen número de años, no debería sorprendernos que nuestro vehículo nos decepcione en cualquier momento, debido precisamente a que es barato y está mal mantenido. Aunque esta analogía expone de manera poco halagadora la razón principal del envejecimiento —calidad y cuidado insuficientes—, no arroja luz alguna en lo que respecta a cuál de los componentes del coche se espera que falle primero. Dado que la degradación del coche es consecuencia de un mantenimiento deficiente, habríamos de esperar que muchos de sus componentes fallen con mayor y mayor frecuencia, hasta el punto en que la máquina en su conjunto sea incapaz de funcionar. Y diferentes procesos pueden ser responsables del fallo de distintos componentes: la transmisión podría desgastarse por pura fricción, mientras que los cilindros podrían sucumbir al hollín. Por lo tanto, aunque la causa última del envejecimiento pueda ser universal, los procesos inmediatamente involucrados en el mismo son múltiples y diversos.

Tal como sugiere esta analogía, la investigación actual sobre el envejecimiento se centra en la difícil tarea de establecer qué procesos fisiológicos contribuyen al envejecimiento, y cómo de importante es cada uno. Una gran variedad de procesos ha sido propuesta como causas mecánicas del envejecimiento; entre los más interesantes de estos se encuentran las ‘rutas de señalización de nutrientes’, que son redes funcionales de moléculas responsables de transmitir las señales fisiológicas que se generan cuando adquirimos nutrientes. La molécula más popular de esta red es la insulina, esencial para la regulación de los niveles de glucosa en sangre. Sin embargo, además de la bien conocida relación entre las deficiencias en la señalización de insulina y la diabetes, se ha descubierto que intervenciones biológicas que interfieren con la señalización de nutrientes pueden prolongar considerablemente la esperanza de vida de muchas especies, tanto vertebradas como invertebradas. Por ejemplo, un tratamiento conocido como ‘restricción calórica’, el cual consiste en limitar permanentemente el suministro de alimentos (o de ciertos nutrientes), se considera la forma más fiable de extender la vida en animales. Además, la desactivación de ciertos genes de señalización de nutrientes, ya sea por mutación o por tratamiento farmacológico, produce efectos similares a los de la restricción calórica. En la década de 1990, Cynthia Kenyon y sus compañeros descubrieron que mutaciones en uno de estos genes duplican la esperanza de vida de los gusanos nematodos, un hallazgo seguido de resultados similares en moscas de la fruta por los grupos de Linda Partridge y Marc Tatar. Por otra parte, la señalización de nutrientes también regula el crecimiento y desarrollo corporales, de modo que los animales sometidos a estas intervenciones tienden a estar atrofiados y mal desarrollados. Curiosamente, aunque la red de efectos moleculares mediante la cual la señalización de nutrientes modula el desarrollo y la longevidad aún no está completamente caracterizada, se cree que ésta es la razón de que las razas de perro pequeñas sean más longevas que las grandes.

Otro importante candidato entre los posibles mecanismos del envejecimiento es el daño molecular. Las células del cuerpo están constantemente expuestas a muchos tipos de daño químico, que pueden alterar las moléculas que las constituyen y comprometer la eficiencia de los procesos celulares. Los tipos de moléculas sujetas a este daño incluyen las proteínas (las cuales son tanto los ‘materiales de construcción’ de la célula como sus ‘herramientas de trabajo’) y el ADN (el cual almacena la información genética del organismo, incluidas las instrucciones para sintetizar proteínas). Un tipo de modificación del ADN que podría jugar un papel en el envejecimiento es el acortamiento de los telómeros, largos tramos de ADN que se encuentran en los extremos de los cromosomas para preservar su estructura, como el herrete al final del cordón de un zapato. Los telómeros se acortan ligeramente cada vez que una célula se divide en dos, hasta que, finalmente, se vuelven demasiado cortos para permitir nuevas divisiones celulares. Aunque se cree que esta erosión de los telómeros constituye una barrera importante contra el cáncer, es posible que también sea una causa del envejecimiento. Recientemente, la bióloga María Blasco y su equipo informaron del sorprendente hallazgo de que la tasa de acortamiento de los telómeros en una especie está relacionada con su esperanza de vida, de modo que los telómeros se erosionan más rápido en especies de vida más corta. No obstante, esta relación se ve oscurecida por el hecho de que las especies con menor esperanza de vida también tienden a ser más pequeñas, y se sabe que el tamaño corporal influye en muchos aspectos de la fisiología animal.

Imagen de microscopía de fluorescencia que muestra la ubicación de los telómeros (en blanco) en los extremos de los cromosomas de una célula humana (en gris). Los telómeros preservan la integridad del ADN en cada cromosoma, y se ha propuesto que su acortamiento con el tiempo es una causa del envejecimiento (NASA/Wikimedia Commons, dominio público).

Recientemente, trabajando junto con Alex Cagan, Íñigo Martincorena y otros investigadores del Wellcome Sanger Institute, hemos explorado la relación entre la esperanza de vida y otra forma común de modificación del ADN: las mutaciones somáticas. Este término se refiere a los cambios que se acumulan en nuestro ADN con el tiempo; tales mutaciones no están presentes inicialmente en ninguna de nuestras células, sino que van siendo adquiridas por células individuales a medida que nuestros cuerpos crecen y envejecen. La hipótesis de que las mutaciones somáticas contribuyen al envejecimiento se planteó por primera vez en la década de 1960, pero su papel exacto sigue siendo una incógnita. Tras caracterizar la tasa de mutación en dieciséis especies de mamíferos, desde ratones hasta jirafas, encontramos una relación muy similar a la descrita para los telómeros: las especies de vida corta mutan más rápido que las de vida más larga, de tal modo que una célula de ratón adquiere tantas mutaciones en dos años como una célula humana en ochenta. Concluimos, además, que este resultado no se ve afectado por la relación entre la longevidad y el tamaño corporal: al menos en mamíferos, la tasa de mutación somática puede emplearse para predecir la esperanza de vida de una especie, independientemente de su tamaño. El hecho de que las tasas de diferentes formas de daño molecular presentan relaciones similares con la esperanza de vida sugiere —aunque no demuestra— que estas clases de daño pueden estar involucradas en el envejecimiento.

Diagrama que muestra la relación inversa entre la esperanza de vida (lifespan) y la tasa de mutación somática (mutation rate) en 16 especies de mamíferos. La tasa de mutación de cada especie es inversamente proporcional a su esperanza de vida, tal que todas las especies tienen un número similar de mutaciones en su ADN al final de sus respectivas vidas. Esta relación está indicada por la línea azul, con el área sombreada marcando una desviación de esta línea por un factor de dos (Fuente: Cagan, Baez-Ortega et al., 2022).

Aunque pueda parecer inconsistente que procesos tan dispares como la señalización de nutrientes y el daño molecular contribuyan al envejecimiento, estos procesos no son tan remotos cuando se observan a la luz de una teoría del envejecimiento conocida como la teoría del ‘soma desechable’. Según esta explicación, la fisiología de los organismos complejos incorpora un equilibrio energético central, mediante el cual la energía adquirida de los nutrientes se distribuye entre los procesos de mantenimiento somático (la preservación del cuerpo mediante la reparación del daño molecular) y reproducción (la preservación de los genes mediante su transmisión a la descendencia). En lugar de lidiar con el origen evolutivo del envejecimiento, esta teoría proporciona un marco para entender su regulación fisiológica. Dado que el cuerpo (o ‘soma’) es, en última instancia, perecedero, el equilibrio energético entre el mantenimiento y la reproducción supuestamente ha sido optimizado por la evolución para favorecer el costoso proceso de reproducción en tiempos de abundancia, y promover procesos de mantenimiento cuando hay escasez de nutrientes. Por tanto, es posible que disrupciones en la señalización de nutrientes modifiquen la tasa de envejecimiento por interferir con el ‘medidor’ de este sistema de asignación de energía, mientras que el daño molecular puede ser simplemente la fuerza que se opone a los procesos de mantenimiento somático. A pesar de la notable coherencia de la teoría del soma desechable, la evidencia de la existencia de un equilibrio energético universal en animales todavía no es concluyente. Es posible que, como tantas otras cosas en la biología, los sistemas de distribución de energía sean cruciales pero no universales: puede que sean relevantes sólo en ciertas especies, o en algunos órganos, o en periodos concretos de la vida. Incluso en esta época de progreso científico sin precedentes, existe una inmensidad de conocimiento por descubrir acerca de los procesos fisiológicos que contribuyen al envejecimiento.

La batalla contra el envejecimiento

Desde los días de Darwin y Weismann, hemos llegado a comprender el envejecimiento no como una ‘fuerza mortal’ dedicada al beneficio de la especie, sino como una consecuencia inevitable de la forma en que opera la evolución. Los cuerpos animales no han evolucionado con objeto de vivir para siempre, sino de sobrevivir y reproducirse en un entorno despiadado. Nuestra biología es tal y como es precisamente porque nuestros antepasados tuvieron éxito en estas metas, no porque consiguieron vivir para siempre.

Cualesquiera que sean las causas del envejecimiento, la pregunta fundamental para la humanidad es si alguna vez lograremos controlarlas, quizá no con miras a vivir para siempre, sino a disfrutar, al menos, de una salud más duradera y una vejez más feliz. Está claro que este objetivo habrá de permanecer fuera de nuestro alcance mientras no entendamos qué significa exactamente ‘envejecer’ a nivel molecular. Puede que algún día obtengamos el poder de manipular los procesos mediante los cuales nuestros cuerpos mantienen a raya los efectos del tiempo, o incluso de combatir dichos efectos directamente; puede que finalmente seamos capaces de someter y domesticar el proceso de envejecimiento. Pero tales milagros aguardan aún tras el horizonte; en años venideros, tendremos que seguir aprovechando la capacidad de la medicina moderna para tratar cada una de las aflicciones relacionadas con la edad.

Cuando se trata de hacerse viejo, la teoría personal de A.C. Benson —ensayista, poeta y antiguo director (Master) del Magdalene College de Cambridge— tal vez resulte más provechosa que las aquí discutidas: ‘Tengo la teoría de que uno ha de envejecer de forma tranquila y adecuada, que uno ha de estar perfectamente satisfecho con su época en la vida, que las diversiones y ocupaciones deben cambiar natural y fácilmente, y no ser abandonadas con pesadumbre’. Una teoría algo modesta, quizá; Benson no tarda en admitir que ‘es más fácil decir que hacer’. Sin embargo, aun cuando seamos conscientes de la lenta e impasible fuga de la juventud por entre nuestros dedos, conviene no olvidar las palabras de Longfellow:

Pues la vejez es tanto una oportunidad,

Con otro vestido, como la mocedad,

Y en el crepúsculo se viste el firmamento

De estrellas invisibles hasta ese momento.

Referencias
Weismann, A. ‘The duration of life’ (1881). In Essays Upon Heredity and Kindred Biological Problems (tr. Poulton, EB, Schönland, S, Shipley, AE). Clarendon, 1889.
Haldane, JBS. New Paths in Genetics. Allen & Unwin, 1941.
Kenyon, C, Chang, J et al. A C. elegans mutant that lives twice as long as wild type. Nature, 1993.
Hughes, KA, Reynolds, RM. Evolutionary and mechanistic theories of aging. Annual Review of Entomology, 2005.
Kirkwood, TBL. Understanding the odd science of aging. Cell, 2005.
Flatt, T, Partridge, L. Horizons in the evolution of aging. BMC Biology, 2018.
Whittemore, K, Vera, E et al. Telomere shortening rate predicts species life span. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2019.
Cagan, A, Baez-Ortega, A et al. Somatic mutation rates scale with lifespan across mammals. Nature, 2022.

Este artículo es una traducción de un artículo publicado en el Magdalene College Magazine (2021–22).
El autor agradece a James Raven y Aude Fitzsimons sus comentarios sobre el manuscrito original.