El Árbol Enmarañado. Una Nueva Y Radical Historia De La Vida — David Quammen / The Tangled Tree: A Radical New History of Life by David Quammen

No estoy seguro de cuán radical es, “el arbol enmarañado” es una versión actualizada de la evolución, o se trata de la evolución de nuestra comprensión científica de la evolución. Los principios de la evolución darwiniana siguen en pie, sin embargo, los detalles han sido reelaborados. Los nuevos descubrimientos están impulsados por la secuenciación del ADN a partir de mediados de la década de 1970, y principalmente en el campo de la filogenética molecular.

Varios temas cubiertos en el libro:
– El descubrimiento de Archaea como un reino separado por un grupo de científicos liderados por Carl Woese
– El descubrimiento de la mitocondria y el cloroplasto como bacterias capturadas; pueden haber sido capturados por organismos eucariotas antiguos, o evolucionaron conjuntamente de alguna forma de vida aún más antigua a los organismos eucariotas de hoy en día, como sabemos.
– La transferencia horizontal de genes (HGT) en el mundo natural es mucho más común de lo que los científicos solían pensar
– HGT jugó y todavía juega un papel muy importante en la evolución de las bacterias.
– Nosotros los humanos (y otros animales en la tierra) también tenemos genes “extraños”. Alrededor del 8% del genoma humano llegó no a través de la herencia tradicional de formas directamente ancestrales, sino de lado por infección viral, un tipo de HGT.
– Una breve mención de la edición de genes CRISPR

Principalmente debido a HGT, la vida en la tierra no es un árbol ramificado claro. En cambio, es una red 3D enredada.
El libro contiene 84 capítulos. A veces se siente repetitivo. Podría estar mejor organizado. El autor cubrió a muchos científicos. Es una mini biografía de Carl Woese. Otra científica mencionada repetidamente es Lynn Margulis. El autor no nos ahorró el lado menos glorioso de la investigación científica. Lees mucha competencia humana fea y conflictos en el mundo académico.
Me gusta la pregunta filosófica que el autor planteó al final: ¿qué son las especies, la categoría y el individuo? ¿Qué tan diferente tú y el ser humano sentado a tu lado? ¿Qué hace a un humano humano?

Los nuevos avances en la investigación genética están facilitando una reescritura masiva de la historia de la vida. Mirar dentro del ADN y el ARN está cambiando nuestra comprensión de cómo se desarrolló la vida.
Siempre nos han enseñado que las bacterias fueron primero, luego surgieron las plantas y finalmente los animales. La nueva evidencia está revolviendo esta visión tradicional. La investigación sugiere que los animales llegaron antes que las plantas. Estos animales luego abordaron un cloroplasto y, por lo tanto, pudieron generar su propio suministro de energía. La gran conclusión es que las bacterias, las arqueas, los virus, los animales y las plantas han intercambiado enormes cantidades de código genético a lo largo del tiempo.
De hecho, toda la metáfora del “árbol de la vida” está demostrando ser un nombre inapropiado. El 8% del código genético humano proviene de virus. ¿Cómo llegó allí? Los virus furtivos encontraron una puerta trasera en nuestro genoma mediante un proceso llamado transferencia horizontal de genes (HGT). Los genes no necesitan ser transferidos de padres a hijos. Otras formas de vida se han apoderado regularmente del ADN de nuestros antepasados y han fusionado sus habilidades con las nuestras.
Podríamos pensar que esto es algo realmente malo. Los virus como el VIH que modifican el ADN del huésped pueden traer consecuencias fatales. La mayoría de las veces esta codificación del código genético tuvo efectos benignos o perjudiciales en el huésped. Sin embargo, esta fusión también facilitó el desarrollo de algunos rasgos humanos perversamente útiles.

Los retrovirus que atacaron a nuestros ancestros distantes encontraron una manera de asegurar su supervivencia modificando el ADN del huésped. Esto aseguró que el sistema inmunitario del huésped no atacaría el virus invasor. Bueno, resulta que los mismos fragmentos de ADN virales llegaron a las placentas humanas y aseguraron que el sistema inmunitario de una madre no atacó a un feto en desarrollo como un invasor externo. Gracias a los retrovirus por facilitar la evolución de los nacidos vivos.
Otra cosa sorprendente que aprendí fue que nuestros antepasados también fueron fuertemente formados por la simbiosis. Por ejemplo, una célula ingeriría o sería invadida por un organismo externo. Los dos organismos descubrirían que son una pareja más fuerte si se unen. Por ejemplo, una criatura podría ser buena en la conversión de energía; el otro podría ser excelente en locomoción. Los organismos previamente individuales se fusionarían en una sola entidad.
Quammen nos lleva a través de todo tipo de organismos extraños que desafían la clasificación, como un pequeño organismo que encuentra oxígeno tóxico, respira hidrógeno y exhala metano. Existe un caracol que usa la fotosíntesis para producir energía, una criatura que es en parte planta, en parte animal.
Finalmente, una de las cosas más interesantes que aprendí fue la mecánica de la extracción de ADN. Después de toda una vida de ver las imágenes de los técnicos de laboratorio que usan esas jeringas de vidrio largas para inyectar líquidos extraños en la gelatina, finalmente entiendo cómo funciona todo ese procedimiento.

Quammen es un escritor muy hábil con un vocabulario ágil. Hizo un tema intimidante como la bioquímica accesible para los no científicos como yo.

Todo eso está dentro de este libro mientras el autor analiza dónde se encuentra hoy el increíblemente interesante mundo de la microbiología y lo que significa para comprender nuestra comprensión actual del mundo en el que nos encontramos. He leído muchos libros estimulantes sobre el desarrollo de principios del siglo XX. de física cuántica y teoría gravitacional y este libro tiene esa sensación y presenta la historia reciente y tan emocionante de por qué los descubrimientos recientes de la biología micro y molecular sobre quiénes somos y de dónde venimos es tan emocionante.
Tengo que ampliar mi primera oración anterior porque podría no ser obvio cómo este libro abarca esa oración de una manera tan sucinta. – Primero, ‘no hay una forma correcta de dividir el mundo’, la mayor comprensión de Darwin fue que no existe una ‘naturaleza’ absoluta de las cosas en sí mismas (es decir, ‘una estructura mundial única’ o una base ontológica única), las esencias son impuestas por los humanos ordenó al mundo, y para que su teoría funcionara ‘especies’ necesitaba una definición fluida y matizada y su propia verdad inherente era un mito (‘esencias’ y especies no son cosas, son construcciones humanas). A pesar de que Darwin titula su libro “Sobre el origen de las especies”, baila sobre el significado de la palabra “especie” porque sin fluidez no puede llegar a la evolución por medio de la selección natural.
– La segunda “identidad es fugaz”, el individuo bajo consideración no siempre puede ser tan obvio como lo dicta el sentido común. El autor dio el ejemplo al preguntar si es la hormiga, la colonia o todas las colonias las que hacen que la entidad sea digna de consideración, y el autor tomó nota de la nave de Teseo y su paradoja en relación con la identidad del individuo. En otras palabras, si analizáramos cada ostra, ¿entenderíamos la ostra? O, como Nietzsche dijo una vez burlonamente al criticar la filosofía “estaríamos más cerca de la verdad de entender a las mujeres preguntándoles a todas las mujeres qué quieren”. O, además, ¿se considera mejor a las bacterias como individuos o pueden considerarse en su totalidad como una sola? Descartes nos quita el mundo con su cogito al asumirlo literalmente, pero Kierkegaard, Nietzsche y Heidegger piensan que no estamos separados del mundo y que el mundo necesita ser considerado para comprender nuestro Ser.
– El tercer elemento de mi oración inicial es sobre “reificación”. ¿Es el mapa realmente la cosa? O, en el caso de este libro, es el “árbol de la vida” tal como lo exige la naturaleza, o nosotros, como humanos, hacemos que la naturaleza se ajuste a nuestro modelo, el árbol de la vida. Amo a Darwin y amo su libro y me encanta cuando la gente dice que aceptan ‘la evolución a través de la selección natural’ como la mejor descripción para explicar cómo se desarrolló la vida a lo largo de los eones, pero en realidad la verdad es más matizada y especialmente para el primeros 3 mil millones de años de vida en la tierra e incluso en nuestra historia más reciente (¡mira lo que el autor le dice al lector sobre la placenta y lo que creemos que sabemos sobre ella!).

La planta de energía que produce la moneda universal de la vida al crear ATP (pequeña batería como fuentes de energía) a través de las mitocondrias de las células y se encuentra dentro de todas las criaturas vivientes que tienen complejidad con la estructura y que son más complicadas que las bacterias o las arqueas o los hongos o el azul -algas verdes y que no son plantas (es decir, obtienen su energía directamente del sol a través del cloroplasto) para todos y cada uno de los eucariotas que haya vivido (los humanos son eucariotas ya que estamos formados por células que generalmente tienen un nucléolo y orgánulos y mitocondrias) o están vivos hoy que el evento original de endobiosis ocurrió solo una vez en la historia del mundo (la endobiosis es un gran tema dentro de este libro y se explicará en gran detalle para el lector observador). El hecho de que el evento solo ocurriera una vez como se indica en este libro siempre me molesta a mí y a cualquiera que piense que la galaxia o el universo está repleto de vida inteligente compleja primero necesita explicar por qué ese evento solo ocurrió una vez en la tierra hasta donde sabemos hoy.
Los capítulos sobre Lynn Margulis fueron fascinantes e ilustraron por qué este libro era tan divertido de leer. Primero, no tenía idea de que ella era la primera esposa de Carl Sagan. Se aferró a un concepto que solo estaba al margen de la microbiología y lo convirtió en la corriente principal. Los científicos en general no odian nada más que que se anulen sus paradigmas, mientras que a un científico individual no le gusta nada más que desafiar el status quo y derrocar un paradigma. La ciencia se conoce a sí misma corrigiéndose a sí misma. Lynn Margulis tomó lo que se sabía dentro de las notas al pie y en las esquinas en su mayoría oscuras (incluido, probablemente, un pedófilo ruso) y popularizó HGT (transferencia horizontal de genes) y le dio un pedigrí que faltaba. Margulis es una científica que vale la pena conocer y recordar, y curiosamente, no pudo evitarlo en los últimos días al pensar tontamente que el 11 de septiembre era un trabajo interno o que el VIH no causaba SIDA (pensamiento marginal también, pero equivocado).

En general, este libro no hace una declaración definitiva sobre cuántos reinos de vida hay y cómo debe diseñarse el árbol de la vida. Esa es una característica que no es un error con este libro porque al final no hay formas absolutamente correctas de categorizar el mundo o si las hay, no lo sabemos cuando lo hacemos bien. No quiero regalar la frase clave en este libro, pero la última oración de este libro me hizo reír a carcajadas y también te hará reír.

La estabilidad de las especies era la base misma de la historia natural. Era algo que se daba por sentado, y que era importante no solo para el clero y los laicos piadosos, sino también para los científicos. Que todas las variadas formas de vida en la Tierra habían sido engendradas por Dios en actos especiales de creación y que, por lo tanto, había que considerarlas inmutables era un artículo de fe del sistema científico anglicano de la época de Darwin. Este principio es conocido como la hipótesis de la creación especial, aunque en aquel entonces parecía menos una hipótesis que un dogma. Destacados naturalistas y filósofos de cultura científica lo habían abrazado y apoyado, y Darwin se había educado entre ellos en Cambridge. Se propuso investigar, de forma muy discreta, una alternativa radical a la ortodoxia científica, la de que las formas de los seres vivos no eran eternamente estables, tal como Dios los había creado, sino que a lo largo del tiempo habían cambiado una en otra por obra de algún mecanismo que él aún no comprendía.
Era una propuesta arriesgada. Darwin se unió a los clubes científicos —la Sociedad Geológica y la Sociedad Zoológica—, pero no tenía un empleo.
En julio de 1837 empezó el cuaderno B con algunas frases alusivas a un libro titulado Zoonomia; or the Laws of Organic Life, publicado décadas antes por su abuelo, otro Erasmus Darwin. Zoonomia era un tratado médico —profesión de Erasmus—, pero contenía algunas reflexiones provocativas que sonaban vagamente evolucionistas. Según el libro, todos los animales de sangre caliente «han surgido de un filamento viviente», y poseen «la facultad de seguir mejorando» de maneras que pueden transmitirse de generación en generación en un «mundo sin fin».
«¿Cada especie que cambia progresa?». ¿Serían mejores los gatos descendientes en esa isla en particular? Si es así, ¿cuánto tiempo tardarían en mejorar? ¿Hasta dónde llegarían? ¿Cuáles son los límites lógicos, si «cada nuevo animal se ramifica» con «diferentes tipos de mejora en la organización», haciendo surgir nuevas formas y desaparecer las antiguas? El propio término «ramificarse» estaba cargado de interesantes implicaciones, como crecimiento direccional, divergencia o forma arbórea. Y estas preguntas que Darwin se hacía no valían solo para gatos y avestruces, sino también para los armadillos y perezosos de Argentina, los marsupiales de Australia, las enormes tortugas de las Galápagos y el zorro de las islas Malvinas… al final de la página veintiuna, escribió Darwin: «Los seres organizados representan un árbol».

El árbol de la vida era mejor. Ya era una noción venerable en 1837, y Darwin podía adaptarlo a sus fines como teórico de la evolución, lo que era más fácil que inventar un nuevo tropo a partir de cero. Por supuesto, esa adaptación suponía la alteración radical de su significado.
Darwin no inventó la expresión «el árbol de la vida», ni dio origen a su icónico uso, aunque la puso al servicio de un nuevo fin en su teoría. Como tantas otras metáforas grabadas profundamente en nuestra mente, provenía vagamente, con modificaciones y ecos varios, de versiones originarias que encontramos en Aristóteles y en la Biblia. ¿Por qué estas expresiones se remontan siempre a Aristóteles? Sencillamente, porque es Aristóteles. En la Historia de los animales de Aristóteles, escrita en el siglo IV a. C., el árbol de la vida no es todavía un árbol, sino más bien una escalera de la naturaleza o —como más tarde se latinizaron sus términos griegos— una scala naturae. Según el filósofo, la diversidad del mundo natural «proviene» de cosas inanimadas, como la tierra y el fuego, que «poco a poco» se transforman en seres vivos, como los animales, en una progresión que se incrementa de tal manera que es imposible trazar unas líneas bien definidas entre una forma y otra. Esta idea siguió vigente durante la Edad Media y en tiempos posteriores, y viene ilustrada en grabados del siglo XVI.
Una notable ausencia en la escala de seres naturales de Bonnet, además de la de Dios, es la de los microbios. No prestó atención a los microorganismos, a pesar de que el holandés Antoni van Leeuwenhoek, microscopista pionero, había revelado la existencia de las bacterias, los protozoos y otros diminutos «animálculos» hacía unos setenta años.

El Systema Naturae de Linneo, publicado por primera vez en 1735, era una obra única y peculiar, un gran volumen en folio de apenas más de una docena de páginas, como un atlas de mesa, en el que esbozaba un sistema de clasificación para todos los miembros de lo que él consideraba los tres reinos de la naturaleza: las plantas, los animales y los minerales. Con independencia de que incluyera a estos últimos, lo que aquí nos interesa es cómo concebía los reinos de la vida.
En una doble página desplegable, Linneo organizó las especies animales en seis columnas, cada una coronada con un nombre para una de sus clases, Quadrupedia, Aves, Amphibia, Piscis, Insecta y Vermes. Quadrupedia se dividía en varios órdenes de animales cuadrúpedos, entre los que se incluían Anthropomorfa —principalmente primates—, Ferae —formas caninas, como lobos y zorros, más formas gatunas, como leones y leopardos, además de osos—, y otros. Amphibia comprendía tanto reptiles como anfibios, y Vermes era un grupo general que no solo comprendía los gusanos, las sanguijuelas y los trematodos, sino también las babosas, los pepinos de mar, las estrellas de mar, los percebes y otros animales marinos. Dividió cada orden en géneros —con algunos nombres reconocibles, como Leo, Ursus, Hippopotamus y Homo—, y cada género en especies.

Es común asociar a Lamarck con lo que su nombre ha llegado a representar, el lamarckismo, una etiqueta fácil pero imprecisa para la noción de la herencia de los caracteres adquiridos. Mucha gente tiene una vaga idea de él como predecesor de Darwin; lo ve como un precursor cuya teoría era estimulante, pero errónea y refutada por los hechos, porque, a diferencia de la de Darwin, se fundaba en la idea ilusoria de la heredabilidad de los caracteres adquiridos. Los hechos reales no son tan simples, ya que el propio Darwin incluyó la herencia de características adquiridas como una fuerza de la evolución bajo la etiqueta «uso y desuso». De los ejemplos de ajustes heredados ofrecidos por Lamarck, el más conocido es el de la jirafa. La protojirafa de las secas llanuras de África se estiraría para alcanzar el follaje alto, de manera que, supuestamente, el cuello se le habría ido alargando con el esfuerzo, al igual que le habría ocurrido con las patas delanteras, y así, de nuevo supuestamente, sus descendientes habrían nacido con el cuello y las patas delanteras más largos.
Edward Hitchcock fue el contrapunto de Lamarck y de aquel primer árbol evolutivo, pues ofreció un último árbol preevolucionista décadas antes de que Darwin lo cambiara todo.
Los árboles de Hitchcock no tenían la forma clásica de un árbol, extendida a la manera de un arce o un roble. Ambos, tanto el de los animales como el de las plantas, se parecen más a una hilera de apretados chopos lombardos, crecidos a lo largo de una carretera. La base de cada hilera es un tronco grueso y sólido del cual crecen hacia arriba unos tallos delgados y frondosos, pero sin ramificarse demasiado a medida que ascienden. Verticales y paralelos, parecen independientes; crustáceos, lombrices, bivalvos, vertebrados… El tallo de estos últimos se divide en varias astas. La que conduce a los mamíferos modernos culmina con la palabra «hombre», sobre la cual se asienta una corona real con una cruz.
El «hombre» coronado por una cruz nos dice lo que hay que saber sobre el sentido que tenía la jerarquía de Hitchcock en el mundo viviente. Se trataba de una geología firmemente anclada en la tradición conocida como teología natural.

No usó la expresión «filogenética molecular», pero a ella se estaba refiriendo, a la deducción de historias evolutivas a partir de los datos de las moléculas largas. Al comparar las versiones de esencialmente la misma proteína, pero con ligeras diferencias, que se puedan encontrar en seres distintos —como la hemoglobina, que transporta el oxígeno a través de la sangre de los vertebrados—, se podrían hacer inferencias sobre los grados de parentesco entre ellos. La base para hacerlas radicaría en la suposición de que esa disparidad entre las hemoglobinas, en su caso, sería fruto de la evolución a partir de una molécula ancestral común, y de que, con el tiempo, en linajes divergentes, se habrían deslizado en ellas por accidente, si no por ventaja selectiva, pequeñas diferencias en las secuencias de aminoácidos. El grado de diferencia entre una hemoglobina y otra se correlacionaría con la cantidad de tiempo transcurrido desde que los linajes divergieran. Con tales datos, sugirió Crick, podríamos dibujar árboles filogenéticos. Los humanos tienen una variante de la hemoglobina, y los caballos tienen otra. ¿Cómo son de diferentes? ¿Cuánto tiempo ha transcurrido desde que compartimos un ancestro con los caballos? Podría argumentarse, añadió Crick, que las secuencias de proteínas también representan el registro observable más preciso de la identidad física de un organismo, y que «dentro de ellas puede haber escondidas inmensas cantidades de información evolutiva».
Una de las perspicaces ideas que tuvo Woese en torno a aquella etapa temprana fue la de centrarse en una porción particular de los ribosomas, el ARN estructural. La visión que tenemos del ARN es la que antes mencionaba, la de una molécula portadora de información, de una sola hebra en vez de la doble helicoidal del ADN, que transporta las instrucciones genéticas codificadas a los ribosomas para su empleo; transeúnte en el espacio, a través de la célula, y transitorio en el tiempo, pues es de usar y tirar. Pero solo un tipo de ARN, el mensajero, realiza esta función. Hay más. Puede servir como bloque de construcción, además de como mensajero. Los ribosomas, por ejemplo, se componen de moléculas de ARN estructural y de proteínas, igual que una máquina de café puede estar hecha de acero y plástico. «Me parece —le confiaba Woese a Crick en la carta—, que los componentes de ARN del mecanismo son más prometedores que (la mayoría de los) los componentes de proteínas».

La comprobación de que en el cuerpo humano sano habitan bacterias y otros microbios se remonta muy atrás, al menos al día en que Antoni van Leeuwenhoek se raspó un poco de placa dental y miró lo que había en ella a través de una de las lentes que él mismo fabricaba. Desde entonces se dio un gran salto de unos trescientos años hasta el momento en que los científicos pudieron apreciar hasta qué punto estamos colonizados por otros organismos y comenzar a censarlos. Mientras tanto, se fue desarrollando la microbiología moderna. Pero la conmoción de Leeuwenhoek al descubrir que unas extrañas criaturas habitaban en su propia boca, sería más tarde igualada por la del mundo científico cuando se descubrieron unos extraños genes en el propio genoma, por no hablar de la proliferación de unos microbios que pululaban entre los diversos compartimentos y superficies del cuerpo humano.
Mucha gente ha oído hablar del «microbioma». Se trata de un término científico de moda en la actualidad. Aparece en las noticias, en las revistas y en las solicitudes de subvenciones de muchos científicos. Se trata de una etiqueta muy apropiada para el fenómeno por el que unas minúsculas criaturas son parte constitutiva de otras más grandes, y de cuya presencia ha habido en años recientes un reconocimiento explosivo.
«Microbioma» se usa por lo común en el sentido de «microbioma humano», es decir, la comunidad de microbios que reside en nosotros. Todas las criaturas multicelulares complejas tienen una versión propia de estos moradores. El microbioma del caballo y el microbioma del tigre estarían compuestos por comunidades diferentes que viven en su particular mundo microbiano. El nuestro es solo nuestro. Estos microbios particulares han evolucionado como partícipes de la comunidad humana. Nosotros, por nuestra parte, hemos evolucionado con una íntima dependencia de ellos.
Por supuesto, el microbioma humano no constituye una lista invariable de especies microbianas comunes a todos los individuos en todo momento, sino que se trata de un conjunto caleidoscópico de posibilidades. Al hablar de «estos particulares microbios» que son partícipes de la comunidad humana, me refiero a toda una lista de residentes y combinaciones de residentes del cuerpo humano, por dentro y por fuera, los cuales difieren un tanto de un individuo a otro y cambian con las circunstancias y el tiempo.
Esta variabilidad del microbioma es la razón de que sea tan relevante para una nueva forma de entender la salud humana. La composición de los microbios residentes en cada uno de nosotros es contingente, depende de quiénes somos, qué hacemos, cómo hemos nacido y crecido, adónde viajamos y qué comemos. Y esas contingencias tienen repercusiones.
El microbioma humano es ya un tema importante de investigación y de interés médico, por su implicación, o presunta implicación, en una amplia gama de afecciones, como obesidad, diabetes infantil, asma, enfermedad celiaca, colitis ulcerosa, ciertos tipos de cáncer, enfermedad de Crohn y otras. Los científicos han comprobado que una persona sana posee un microbioma sano y diverso, y que, si el microbioma está mermado o alterado, o si, por intervención de un factor u otro, no se desarrolla, esto puede tener efectos perjudiciales.

Entre los puntos esenciales de la revolución a cuyos inicios Carl Woese contribuyó, y que en este libro trato de bosquejar, hay tres ideas en apariencia contraintuitivas, tres desafíos al enfoque categorial sobre los aspectos de la vida en la Tierra, basado en las categorías de especie, individuo y árbol.
Especie: entidad colectiva pero discreta, como un club con una lista fija de miembros. Los límites entre una especie y otra no son difusos.
Individuo: organismo, también discreto, con una identidad unitaria. Hay un perro canelo llamado Rufus; hay un elefante con unos colmillos extraordinarios; hay un hombre conocido como Charles Robert Darwin.
Árbol: la herencia fluye siempre en sentido vertical, del antepasado al descendiente, y siempre con ramificaciones y divergencias, nunca en convergencias. Así pues, la historia de la vida tiene la forma de un árbol.
Ahora sabemos que cada una de estas tres categorías es errónea.

Libros del autor comentados en el blog:

https://weedjee.wordpress.com/2018/11/20/ebola-la-historia-de-un-virus-mortal-david-quammen-ebola-the-natural-and-human-history-of-a-deadly-virus-by-david-quammen/

https://weedjee.wordpress.com/2020/05/09/contagio-la-evolucion-de-las-pandemias-david-quammen-spillover-animal-infections-and-the-next-human-pandemic-by-david-quammen/

https://weedjee.wordpress.com/2020/09/25/el-arbol-enmaranado-una-nueva-y-radical-historia-de-la-vida-david-quammen-the-tangled-tree-a-radical-new-history-of-life-by-david-quammen/

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Not sure how radical it is, The Tangled Tree is an up-to-date account of evolution, or it is about the evolution of our scientific understanding of evolution. The principals of Darwinian evolution still stand, however, the details have been reworked. New discoveries are powered by DNA sequencing starting from mid-1970s, and mostly in the field of molecular phylogenetics.

Several topics covered in the book:
— The discovery of Archaea as a separate kingdom by a group of scientists lead by Carl Woese
— The discovery of Mitochondrion and Chloroplast as captured bacteria; they may have been captured by ancient eukaryotic organisms, or co-evolved from some even more ancient life form into today’s eukaryotic organisms as we know of.
— Horizontal gene transfer (HGT) in natural world is much more common than scientists used to think
— HGT played and still plays a very important roles in bacteria evolution
— We human (and other animals on earth) contain “alien” genes too. About 8% of the human genome arrived not through traditional inheritance from directly ancestral forms, but sideways by viral infection—a type of HGT.
— A brief mention of CRISPR gene editing

Mostly because of HGT, life on earth is not a clear branched tree. Instead, it is a tangled 3D web.
The book contains 84 chapters. Sometimes it feels repetitive. It could be better organized. The author covered a lot of scientists. It’s a mini-biography of Carl Woese. Another scientist mentioned repeatedly is Lynn Margulis. The author did not spare us with the less glorious side of scientific research. You read plenty of ugly human competition and conflict in the academia world.
I like the philosophic question the author brought up in the end: what are species, category and individual? How different you and the human being sitting next to you? What makes a human human?.

New advances in genetic research are facilitating a massive rewrite of the story of life. Peeking inside DNA and RNA is changing our understanding of how life developed.
We’ve always been taught that bacteria came first, then plants arose, and finally animals. The new evidence is scrambling this traditional view. Research suggests that animals came before plants. These animals then on-boarded a chloroplast and thus could generate their own energy supply. The big realization is that bacteria, archaea, viruses, animals and plants have all been swapping huge amounts of genetic code throughout time.
As a matter of fact, the entire “tree of life” metaphor is proving to be a misnomer. 8% of human genetic code comes from viruses. How did it get there? Sneaky viruses found a back door into our genome using a process called horizontal gene transfer (HGT). Genes don’t need to be transferred from parent to offspring. Other life forms have regularly commandeered our ancestor’s DNA and melded their abilities with our own.
We might think this is a really bad thing. Viruses like HIV that modify host DNA can bring on fatal consequences. Most of the time this scrambling of the genetic code had benign or detrimental effects on the host. However this merging also facilitated the development of some wickedly handy human traits.

Retroviruses that attacked our distant ancestors found a way to assure their survival by modifying the host’s DNA. This assured the invading virus would not be attacked by the host’s immune system. Well it turns out the same viral DNA fragments found their way into human placentas and assured that a mother’s immune system didn’t attack a developing fetus as an external invader. Thank you retroviruses for facilitating the evolution of live birth.
Another surprising thing I learned was that our ancestors were also mightily shaped by symbiosis. For example, a cell would ingest or be invaded by an outside organism. The two organisms would discover they were a stronger pair if they teamed up. For example, one creature might be good at energy conversion; the other might be great at locomotion. The previously individual organisms would then meld into a single entity.
Quammen takes us through all sorts of strange organisms that defy classification such as a tiny organism that finds oxygen toxic, breathes hydrogen and exhales methane. A snail exists that uses photosynthesis to produce energy – a creature that’s part plant, part animal.
Finally, one of the most interesting things that I learned was the mechanics of DNA extraction. After a lifetime of watching news footage of lab technicians using those long glass syringes to inject strange liquids into gelatin, I finally understand how that whole procedure works.

Quammen is a very skilled writer with a limber vocabulary. He made an intimidating topic like biochemistry approachable for non-scientists like myself.

All of that is within this book as the author looks at where the incredibly interesting world of microbiology stands today and what it means for understanding our current understanding of the world we find ourselves in. I have read many stimulating books on the early 20th century development of quantum physics and gravitational theory and this book has that feel to it and lays out the recent and just as exciting history of why micro and molecular biology’s recent discoveries about whom we are and where we came from is just as exciting.
I have to expand on my first sentence above because it might not be obvious how this book embraces that sentence in such a succinct way. – First, ‘no correct way of dividing the world’, Darwin’s greatest realization was that there is no absolute ‘nature of things’ in and of themselves (i.e. ‘a unique world structure’ or an unique ontological foundation), essences are human imposed order on to the world, and for his theory to work ‘species’ needed a fluid nuanced definition and its own inherent truth was a myth (‘essences’ and species are not things they are human constructs). Even though Darwin titles his book ‘On the Origin of Species’ he dances around the meaning of the word ‘species’ because without fluidity he can’t get to evolution by way of natural selection.
– Second ‘identity is fleeting’, the individual under consideration might not always be as obvious as common sense dictates. The author gave the example by asking is it the ant, the colony or all of the colonies that make the entity worthy of consideration, and the author made note of the ship of Theseus and its paradox as related to self identity of the individual. In other words, if we were to analyze every single oyster would we understand the oyster? Or as Nietzsche once mockingly said by way of criticizing philosophy ‘would we be any nearer to the truth of understanding women by asking every woman what they want’. Or, moreover, are bacteria best thought of as individuals or can they be thought of in their totality as one? Descartes takes the world away from us with his cogito by literally assuming it away, but Kierkegaard, Nietzsche and Heidegger think we are not separate from the world and the world needs to be considered in order to understand our Being.
– The third item from my opening sentence is on ‘reification’. Is the map actually the thing? Or in the case for this book is the ‘tree of life’ such as nature demands it, or do we as humans make nature fit our model, the tree of life. I love Darwin and I love his book and I love when people say that they accept ‘evolution by way of natural selection’ as the best description to explain how life developed over the eons, but in reality the truth is more nuanced and especially for the first 3 billion years of life on earth and even in our more recent history (check out what the author tells the reader about the placenta and what we think we know about it!).

The power plant that produces the universal currency of life by creating ATP (little battery like energy sources) by way of the cells mitochondria and are within all living creatures that have complexity with structure and that are more complicated than bacteria or archaea or fungi or blue-green algae and which are not plants (i.e. get their energy directly from the sun through chloroplast) for each and every eukaryote that has ever lived (humans are eukaryotes since we are made up of cells that usually have a nucleolus and organelles and mitochondria) or are alive today that original event of endobiosis happened only once in the history of the world (endobiosis is a big theme within this book and will be explained in great detail for the observant reader). The fact that event only happened once as stated in this book always floors me and anyone who thinks that the galaxy or the universe is teeming with complex intelligent life first needs to explain why that event only happened once on earth as far as we know today.
The chapters on Lynn Margulis were fascinating and illustrated why this book was so very fun to read. First, I had no idea she was Carl Sagan’s first wife. She latched on to a concept that was only on the fringes of microbiology and made it mainstream. Scientists in general hate nothing more than to have their paradigms be overturned while an individual scientist likes nothing more than to challenge the status quo and overthrow a paradigm. Science knows itself by correcting itself. Lynn Margulis took what was known within footnotes and mostly obscure corners (including, most probably, a Russian pedophile) and popularized HGT (horizontal gene transfer) and gave it a pedigree that was lacking. Margulis is a scientist worth knowing and remembering, and oddly, she couldn’t help herself in later days by goofingly thinking 9/11 was an inside job or thinking HIV did not cause Aids (fringe thinking also, but wrongheaded).

Overall this book doesn’t make a definitive statement on how many life kingdoms there are and how the tree of life should be designed. That’s a feature not a bug with this book because in the end there aren’t absolutely correct ways of categorizing the world or if there are we don’t know it when we get it right. I don’t want to give away the punch line in this book, but the very last sentence of this book made me laugh out loud, and will make you laugh too.

Species stability was the very foundation of natural history. It was something that was taken for granted, and that was important not only for clergy and pious laity, but also for scientists. That all the various forms of life on Earth had been begotten by God in special acts of creation and therefore had to be considered immutable was an article of faith in the Anglican scientific system of Darwin’s day. This principle is known as the special creation hypothesis, although back then it seemed less like a hypothesis than a dogma. Leading naturalists and philosophers of scientific culture had embraced and supported him, and Darwin had educated each other at Cambridge. He set out to investigate, in a very discreet way, a radical alternative to scientific orthodoxy, that the forms of living beings were not eternally stable, as God had created them, but had changed over time into one another. by some mechanism that he did not yet understand.
It was a risky proposition. Darwin joined the science clubs — the Geological Society and the Zoological Society — but did not have a job.
In July 1837, Notebook B began with some sentences alluding to a book entitled Zoonomia; or the Laws of Organic Life, published decades earlier by his grandfather, another Erasmus Darwin. Zoonomia was a medical treatise – Erasmus’s profession – but it contained some provocative reflections that sounded vaguely evolutionary. According to the book, all warm-blooded animals “have arisen from a living strand,” and possess “the power to continue to improve” in ways that can be passed down from generation to generation in a “world without end”.
“Does each changing species progress?” Would offspring cats be better on that particular island? If so, how long would it take to improve? How far would they go? What are the logical limits, if “each new animal branches out” with “different types of organizational improvement”, causing new forms to emerge and old ones to disappear? The term “branching out” itself was loaded with interesting implications, such as directional growth, divergence, or tree shape. And these questions that Darwin asked himself were not only valid for cats and ostriches, but also for the armadillos and sloths of Argentina, the marsupials of Australia, the enormous turtles of the Galapagos and the fox of the Falkland Islands … at the end of the page twenty-one, Darwin wrote: “Organized beings represent a tree”.

The tree of life was better. It was already a venerable notion in 1837, and Darwin could adapt it to his purposes as an evolutionary theorist, which was easier than inventing a new trope from scratch. Of course, this adaptation involved a radical alteration of its meaning.
Darwin did not invent the expression “the tree of life”, nor did it give rise to its iconic use, although he put it to the service of a new end in his theory. Like so many other metaphors deeply engraved in our minds, it came loosely, with various modifications and echoes, from original versions that we find in Aristotle and in the Bible. Why do these expressions always go back to Aristotle? Simply because it is Aristotle. In Aristotle’s History of Animals, written in the 4th century BC. C., the tree of life is not yet a tree, but rather a ladder of nature or —as its Greek terms were later latinized— a scala naturae. According to the philosopher, the diversity of the natural world “comes” from inanimate things, such as earth and fire, which “little by little” transform into living beings, like animals, in a progression that increases in such a way that it is impossible to draw well-defined lines between one shape and another. This idea continued in force during the Middle Ages and in later times, and is illustrated in engravings from the 16th century.
A notable absence from Bonnet’s scale of natural beings, in addition to that of God, is that of microbes. He paid no attention to microorganisms, despite the fact that the pioneering microscopist Dutchman Antoni van Leeuwenhoek had revealed the existence of bacteria, protozoa, and other tiny “animals” some seventy years ago.

Linnaeus’s Systema Naturae, first published in 1735, was a unique and peculiar work, a large folio volume of just over a dozen pages, like a table atlas, outlining a classification system for all the members of what he considered the three kingdoms of nature: plants, animals, and minerals. Regardless of whether it included the latter, what interests us here is how he conceived the realms of life.
On a double fold-out page, Linnaeus organized the animal species into six columns, each crowned with a name for one of its classes, Quadrupedia, Birds, Amphibia, Pisces, Insecta, and Vermes. Quadrupedia was divided into several orders of quadruped animals, including Anthropomorfa —mainly primates—, Ferae —canine forms, such as wolves and foxes, plus cat forms, such as lions and leopards, in addition to bears—, and others. Amphibia comprised both reptiles and amphibians, and Vermes was a general group comprising not only worms, leeches, and flukes, but also slugs, sea cucumbers, starfish, barnacles, and other marine animals. He divided each order into genera — with some recognizable names, such as Leo, Ursus, Hippopotamus, and Homo — and each genus into species.

It is common to associate Lamarck with what his name has come to represent, Lamarckism, an easy but imprecise label for the notion of inheritance of acquired characters. Many people have a vague idea of him as Darwin’s predecessor; he sees it as a precursor whose theory was stimulating, but erroneous and refuted by the facts, because, unlike Darwin’s, it was based on the illusory idea of the heritability of acquired characters. The actual facts are not so simple, since Darwin himself included the inheritance of acquired characteristics as a force of evolution under the label “use and disuse.” Of the examples of inherited adjustments offered by Lamarck, the best known is that of the giraffe. The protojirafa of the dry plains of Africa would stretch to reach the high foliage, so that, supposedly, the neck would have been lengthening with the effort, as it would have happened with the front legs, and thus, supposedly again , their descendants would have been born with a longer neck and front legs.
Edward Hitchcock was the counterpoint to Lamarck and that first evolutionary tree, offering a last pre-evolutionary tree decades before Darwin changed everything.
Hitchcock trees did not have the classical shape of a tree, extended in the manner of a maple or an oak. Both the animals and the plants look more like a row of tight red poplars, grown along a highway. The base of each row is a thick, solid trunk from which slender, leafy stems grow upward, but without branching too far as they ascend. Vertical and parallel, they seem independent; crustaceans, earthworms, bivalves, vertebrates … The stem of the latter is divided into several antlers. The one that leads to modern mammals culminates with the word “man”, on which a royal crown with a cross sits.
The “man” crowned by a cross tells us what there is to know about the meaning of Hitchcock’s hierarchy in the living world. It was a geology firmly anchored in the tradition known as natural theology.

He did not use the term “molecular phylogenetics”, but he was referring to it, the deduction of evolutionary histories from long molecule data. By comparing versions of essentially the same protein, but with slight differences, that can be found in different beings – such as hemoglobin, which transports oxygen through the blood of vertebrates – one could make inferences about the degrees of relationship among them. The basis for making them would lie in the assumption that this disparity between hemoglobins, if any, would be the result of evolution from a common ancestral molecule, and that, over time, in divergent lineages, they would have slipped into them. by accident, if not by selective advantage, small differences in amino acid sequences. The degree of difference between one hemoglobin and another would correlate with the amount of time elapsed since the lineages diverged. With such data, Crick suggested, we could draw phylogenetic trees. Humans have one variant of hemoglobin, and horses have another. How are they different? How long has it been since we shared an ancestor with the horses? It could be argued, added Crick, that protein sequences also represent the most accurate observable record of an organism’s physical identity, and that “immense amounts of evolutionary information may be hidden within them.”
One of Woese’s insightful ideas around that early stage was to focus on a particular portion of the ribosomes, the structural RNA. Our vision of RNA is the one I mentioned before, that of an information-carrying molecule, single-stranded instead of double-helical DNA, which transports encoded genetic instructions to ribosomes for use; transient in space, through the cell, and transient in time, because it is to use and throw away. But only one type of RNA, the messenger, performs this function. There is more. It can serve as a building block as well as a messenger. Ribosomes, for example, are made up of structural RNA and protein molecules, just as a coffee machine can be made of steel and plastic. “It seems to me,” Woese confided to Crick in the letter, “that the RNA components of the mechanism are more promising than (most) the protein components”.

The evidence that bacteria and other microbes live in the healthy human body goes way back, at least to the day that Antoni van Leeuwenhoek scraped a bit of dental plaque and looked at what was in it through one of the lenses that he himself manufactured. Since then, a great leap of about three hundred years has been taken until the moment when scientists were able to appreciate the extent to which we are colonized by other organisms and begin to survey them. Meanwhile, modern microbiology developed. But Leeuwenhoek’s shock at discovering that strange creatures inhabited his own mouth would later be equaled by that of the scientific world when strange genes were discovered in the genome itself, not to mention the proliferation of microbes swarming among the various compartments and surfaces of the human body.
Many people have heard of the “microbiome”. It is a fashionable scientific term today. It appears in the news, in magazines, and in grant applications from many scientists. It is a very appropriate label for the phenomenon by which tiny creatures are a constituent part of larger ones, and of whose presence there has been explosive recognition in recent years.
“Microbiome” is commonly used in the sense of “human microbiome,” that is, the community of microbes that resides in us. All complex multicellular creatures have their own version of these dwellers. The horse microbiome and the tiger microbiome would be made up of different communities living in their particular microbial world. Ours is only ours. These particular microbes have evolved as participants in the human community. We, for our part, have evolved with an intimate dependence on them.
Of course, the human microbiome is not an invariable list of microbial species common to all individuals at all times, but rather a kaleidoscopic set of possibilities. By speaking of “these particular microbes” who are part of the human community, I mean a whole list of residents and combinations of residents of the human body, inside and out, which differ somewhat from one individual to another and change with circumstances and time.
This variability of the microbiome is the reason why it is so relevant for a new way of understanding human health. The composition of the resident microbes in each of us is contingent, it depends on who we are, what we do, how we were born and raised, where we travel and what we eat. And those contingencies have repercussions.
The human microbiome is already an important topic of research and of medical interest, due to its implication, or presumed implication, in a wide range of conditions, such as obesity, childhood diabetes, asthma, celiac disease, ulcerative colitis, certain types of cancer, disease Crohn et al. Scientists have found that a healthy person has a healthy and diverse microbiome, and that if the microbiome is depleted or altered, or if, by the intervention of one factor or another, it does not develop, this can have detrimental effects.

Among the essential points of the revolution to which Carl Woese contributed to the beginnings, and which in this book I try to sketch, there are three seemingly counterintuitive ideas, three challenges to the categorical approach to aspects of life on Earth, based on the categories of species, individual and tree.
Species: collective but discreet entity, like a club with a fixed list of members. The boundaries between one species and another are not blurred.
Individual: organism, also discreet, with a unitary identity. There is a cinnamon dog named Rufus; there is an elephant with extraordinary tusks; there is a man known as Charles Robert Darwin.
Tree: inheritance always flows vertically, from ancestor to descendant, and always with ramifications and divergences, never in convergences. So the story of life is shaped like a tree.
We now know that each of these three categories is wrong.

Books from the author commented in the blog:

https://weedjee.wordpress.com/2018/11/20/ebola-la-historia-de-un-virus-mortal-david-quammen-ebola-the-natural-and-human-history-of-a-deadly-virus-by-david-quammen/

https://weedjee.wordpress.com/2020/05/09/contagio-la-evolucion-de-las-pandemias-david-quammen-spillover-animal-infections-and-the-next-human-pandemic-by-david-quammen/

https://weedjee.wordpress.com/2020/09/25/el-arbol-enmaranado-una-nueva-y-radical-historia-de-la-vida-david-quammen-the-tangled-tree-a-radical-new-history-of-life-by-david-quammen/

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