Introducción

Plagas primigenias

Allí donde termina el telescopio, comienza el microscopio.

VICTOR HUGO

A TRAVÉS DEL ESPEJO

Según Sigmund Freud, ha habido tres grandes revoluciones en la ciencia occidental, y cada una de ellas ha asestado un duro golpe a la creencia de los humanos en su estatus especial, o lo que él denominaba nuestro «ingenuo amor propio».[1] La primera, que se inició con Copérnico, fue la revelación de que la Tierra no es el centro del universo, sino tan sólo uno de los varios planetas que giran alrededor del Sol. Después de este revés, aún podíamos consolarnos con la afirmación del Libro del Génesis de que Dios creó a los seres humanos a su imagen y semejanza y nos dio el dominio sobre la tierra, el mar y los animales, aunque fuera en una ubicación astronómicamente periférica. Entonces llegó Charles Darwin y señaló que los humanos no somos más que otra especie animal y que compartimos un antepasado común relativamente reciente con los simios. La tercera gran revolución científica, para Freud, fue su propio descubrimiento del inconsciente; en su opinión, comprender que ni siquiera controlamos nuestros procesos de pensamiento constituía la «más irritante afrenta» a «la manía humana de grandeza».

La sugerencia freudiana de que el psicoanálisis resulta más relevante que las revoluciones copernicana o darwiniana parece un tanto... digamos egocéntrica.[2] Pero su argumento general —que, cuanto más descubrimos los humanos del mundo, más conscientes somos de nuestra propia insignificancia— es, sin duda, revelador. Por ejemplo, los telescopios avanzados han demostrado que la Tierra es una roca infinitesimal que gira alrededor de una estrella anodina en una galaxia de al menos 100.000 millones de estrellas, que a su vez es sólo una de los muchos miles de millones de galaxias del universo. Ha habido asimismo otras revoluciones científicas que han socavado todavía más la elevada opinión que nuestra especie tenía de sí misma. Para mí, la más importante es el descubrimiento de un mundo tan vasto como el espacio exterior, aunque tan diminuto que resulta invisible a simple vista: el reino de los virus, las bacterias y otros microbios.[3]

A principios del siglo XVII, Galileo se dio cuenta de que, si invertía el orden de las lentes de su telescopio, se hacían visibles cosas de muy pequeño tamaño;[4] por primera vez en la historia, los humanos tenían la capacidad técnica de ver microbios. Pero Galileo prefirió centrar sus esfuerzos en observar las estrellas y los planetas del cielo, y no sería hasta cincuenta años después cuando un mercero de Delft, en los Países Bajos, empezaría a explorar el mundo microscópico. Anton van Leeuwenhoek desarrolló inicialmente sus lentes para inspeccionar la calidad de los tejidos que compraba y vendía; al cabo de un tiempo, sin embargo, empezó a dirigir su atención al mundo natural. En las cartas que envió a la Royal Society de Londres describe cómo toda clase de cosas, desde una gota de agua hasta la placa que se forma en nuestros dientes, rebosan de lo que él llamaba «animálculos». Se sentía cautivado: «Jamás se ha presentado una visión tan agradable ante mis ojos.»[5] En toda nuestra historia, el descubrimiento del reino microscópico por parte de Leeuwenhoek podría considerarse lo más parecido a caer en la madriguera del conejo, atravesar el espejo, o entrar en un armario y encontrarse en un mundo de criaturas fantásticas.

Habría que esperar a la segunda mitad del siglo XIX, nada menos que doscientos años después, para que los científicos empezaran a comprender por fin la trascendencia del nuevo mundo con el que se había topado Leeuwenhoek. El químico francés Louis Pasteur revolucionó nuestra concepción de la naturaleza al demostrar que los «animálculos» eran responsables de toda una serie de procesos como la fermentación de la uva, la acidificación de la leche y la putrefacción de la carne. También demostró que las enfermedades y las infecciones no estaban causadas por deidades, conjuros de magia negra, desequilibrios humorales, malos olores o alineaciones planetarias poco propicias. Lejos de ello, las personas enfermamos cuando diversos patógenos minúsculos e invisibles, procedentes del entorno, penetran en nuestro organismo. Hoy, sin embargo, sabemos con certeza que los animálculos no son sólo agentes de putrefacción, muerte y enfermedad. En las dos últimas décadas, los investigadores han empezado a identificar de qué modo las bacterias y los virus desempeñan una amplia gama de funciones vitales para el funcionamiento de nuestro planeta, de nuestro cuerpo e incluso de nuestra mente. La vida humana —de hecho, la vida compleja en cualquiera de sus formas— es inconcebible sin los microbios.

EL ÁRBOL DE LA VIDA

En el verano de 1837, recién llegado de un viaje de cinco años alrededor del mundo a bordo del Beagle, Darwin dibujó un boceto en su cuaderno de notas encabezado por un rótulo que rezaba I think, «pienso». El sencillo croquis de lo que parece una ramificación arbórea capta perfectamente las principales características de la que sería su teoría de la evolución por selección natural: cuando diversas poblaciones de una misma especie se encuentran viviendo en entornos distintos, la variación aleatoria —combinada con la selección natural de rasgos que proporcionan una determinada ventaja en cada entorno concreto— acaba dando lugar a la aparición de una especie independiente. Este proceso, repetido una y otra vez a lo largo de cientos de millones de años, explica la caleidoscópica variedad de formas de vida que alberga nuestro planeta. Cuando se representa gráficamente la genealogía de todos los seres vivos, presenta el aspecto de un inmenso árbol.

Si seguimos el curso de este Árbol de la Vida hasta la base del tronco, encontramos lo que conocemos como Último Antepasado Común Universal (LUCA, por sus siglas en inglés): un organismo unicelular parecido a una bacteria que es el lejano progenitor de todos los seres vivos, incluidos los humanos. Este ancestro compartido es la razón por la que todos ellos, desde las ballenas azules hasta las se­cuo­yas gigantes o las bacterias, han heredado características comunes, como el ADN, que sirve para almacenar información genética, y una molécula llamada ATP, que es la fuente universal de energía. Al ascender por el árbol, el tronco se divide en tres ramas que representan los grandes dominios de la vida. Dos de ellas están formadas por organismos invisibles a simple vista: las bacterias y las arqueas (estas últimas, microbios unicelulares parecidos a las bacterias).(1) La tercera ramificación representa a los organismos eucariotas, que se distinguen por almacenar su ADN en un núcleo y utilizar unas estructuras especializadas denominadas «mitocondrias» para producir energía. Esta tercera categoría engloba toda la vida compleja, a saber, los animales, las plantas y los hongos, pero apenas constituye un puñado de ramitas en el vasto Árbol de la Vida. En la Tierra hay unos 8,7 mi­llones de especies de animales, plantas y hongos,[6] mientras que se calcula que existen un billón —un millón de millones— de tipos de bacterias y arqueas.[7] Menos del 0,001 % de todas las especies del planeta son eucariotas.

El paleontólogo estadounidense Stephen Jay Gould afirma que, «bajo cualquier criterio posible, razonable u objetivo, las bacterias son —y han sido siempre— las formas de vida dominantes en la Tierra».[8] Nuestro planeta se formó hace unos 4.600 millones de años. Los primeros indicios de vida bacteriana en fósiles datan de aproximadamente 1.000 millones de años después. Los eucariotas unicelulares surgieron hace unos 1.800 millones de años, pero habrían de transcurrir más de 1.000 millones de años más para que evolucionaran los primeros animales pluricelulares, e incluso entonces eran criaturas diminutas parecidas a gusanos. Los humanos somos relativamente unos recién llegados: nos separamos de los chimpancés hace de 6 a 8 millones de años,[9] mientras que los primeros indicios de Homo sapiens se remontan a unos 300.000 años atrás.[10] Al cerebro humano le cuesta concebir tan vastos períodos de tiempo, pero si comprimimos 4.600 millones de años en un año natural, resulta que las bacterias evolucionaron a comienzos de la primavera, mientras que los humanos no aparecen hasta aproximadamente media hora antes de la medianoche del 31 de diciembre.[11]

Las bacterias están en todas partes. Se han encontrado tanto en glaciares de la Antártida como en el lecho oceánico, donde brota agua hirviente del centro de la Tierra. Viven a kilómetros de profundidad y a kilómetros de altitud, donde influyen en la formación de las nubes y posiblemente incluso de los rayos.[12] Son tan numerosas que, pese a su diminuto tamaño, la masa total de todas las bacterias del planeta equivale a treinta y cinco veces la de todos los animales y a mil veces el peso de todos los humanos.[13] Pero las bacterias no sólo son omnipresentes, sino que también han tenido un profundo impacto en nuestro planeta.

Hace unos 2.500 millones de años, nuestro mundo estaba casi completamente sumergido en el agua, con la excepción de algún que otro pico volcánico que asomaba sobre el mar.[14] El metano de la atmósfera creaba un efecto invernadero que mantenía el planeta mucho más caliente de lo que hoy está. Había poco o ningún oxígeno libre en el agua o en el aire, puesto que estaba todo encerrado en otras moléculas. La vida en la Tierra consistía íntegramente en bacterias anaerobias. Pero entonces el mundo empezó a cambiar con la aparición de las cianobacterias, unas algas verdeazuladas que utilizan los rayos del sol para realizar la fotosíntesis. Este proceso hizo a las cianobacterias mucho más eficaces a la hora de generar energía, lo que les proporcionó una enorme ventaja evolutiva. Su número se disparó, y a lo largo de un período de varios cientos de millones de años, inyectaron grandes cantidades de oxígeno —subproducto de la fotosíntesis— en los océanos y en la atmósfera.

Este evento, hoy conocido como «Gran Oxidación», transformó el planeta.[15] Parte del oxígeno producido por las cianobacterias se combinó con el metano del aire para formar dióxido de carbono, un gas mucho menos eficaz en lo referente a su efecto invernadero. Al enfriarse el planeta, las capas de hielo se extendieron hasta los trópicos. Descendió el nivel del mar, y parte de la masa terrestre emergió del agua. Los organismos eucariotas aparecen en el registro fósil poco después de que el oxígeno se convirtiera en un elemento abundante en la atmósfera. No es un hecho casual: todas las plantas y animales producen energía mediante la respiración aeróbica, que resulta veinte veces más eficiente que la anaeróbica y, por lo tanto, mucho más apropiada para sustentar grandes organismos pluricelulares.[16]

Los microbios siguen desempeñando un papel crucial en la existencia de una atmósfera capaz de albergar vida compleja. Las cianobacterias de los océanos siguen aportando parte del oxígeno atmosférico. En total, el fitoplancton —microorganismos marinos que realizan la fotosíntesis— representa al menos la mitad de todo el oxígeno producido por los organismos vivos.[17] Y las bacterias son responsables de toda otra serie de funciones de vital importancia. Convierten el carbono, el nitrógeno, el azufre y el fósforo en nutrientes que pueden ser utilizados por ani­males, plantas y hongos. Cuando estos organismos mueren, devuelven esos compuestos al ecosistema mediante la descomposición. No es exagerado decir que las bacterias han hecho el planeta habitable para la vida compleja, incluidos los humanos. Es un mundo bacteriano, y nosotros sólo estamos aquí de okupas.

LA LUCHA POR LA EXISTENCIA

Darwin no partió de cero al concebir su teoría de la evolución por selección natural. Sabemos por uno de sus cuadernos de notas que, en septiembre de 1838, poco más de un año después de esbozar el Árbol de la Vida, leyó el Ensayo sobre el principio de la población (1798) de Thomas Malthus. A Darwin le llamó la atención el argumento de que la población, cuando crece sin control, aumenta a un ritmo mucho más rápido que la capacidad humana de producir alimentos, lo que da lugar a una «lucha por la existencia». En la concepción darwiniana del mundo natural, la competencia generalizada por unos recursos escasos es el motor del cambio evolutivo, puesto que los individuos y las especies que sobreviven y se reproducen sustituyen a los que no lo hacen. Darwin también estudió La riqueza de las naciones (1776), de Adam Smith, más o menos en la misma época, y su modelo de evolución «es, en esencia, la economía de Adam Smith trasladada a la naturaleza», en tanto invoca la «mano invisible» de la selección natural.[18]

No obstante, algunos biólogos modernos cuestionan el supuesto darwinista fundamental de una naturaleza —en palabras de lord Tennyson— «roja de garras y colmillos». En la década de 1960, Lynn Margulis, una joven académica de la Universidad de Boston, abordó el que entonces era uno de los misterios sin resolver de la microbiología: el origen de las células eucariotas, los componentes básicos de la vida compleja. Éstas son más grandes que las bacterias y arqueas, ambas unicelulares, y diferentes de ellas en tanto albergan una serie de estructuras especializadas como el núcleo —que contiene la mayor parte del ADN de la célula—, las mitocondrias —que producen energía mediante respiración aeróbica—, y, en las plantas y algas, los cloroplastos responsables de la fotosíntesis.

Margulis planteó la hipótesis de que las mitocondrias se originaron como bacterias autónomas capaces de producir energía a partir del oxígeno.[19] Según ella, las células eucariotas surgieron cuando una de estas bacterias aeróbicas fue engullida por otro organismo unicelular de mayor tamaño, probablemente una arquea. Ambos organismos empezaron a coexistir entonces dentro de una misma membrana, donde la bacteria aerobia producía energía a cambio de combustible. Luego evolucionaron a lo largo de cientos de millones de años hasta convertirse en células eucariotas. Gracias a que estas células contenían mitocondrias especializadas en la producción de energía, pudieron crecer y evolucionar para dar lugar a organismos más complejos.

La teoría de Margulis venía a cuestionar los propios fundamentos de la concepción darwiniana dominante de la evolución. Si la evolución por selección natural equivalía a la noción del capitalismo de Smith aplicada a la flora y la fauna, el planteamiento de Margulis, que pasaría a conocerse como «teoría de la endosimbiosis», tenía algunos puntos de contacto con la visión de Marx del comunismo utópico: «De cada microbio según su capacidad, a cada cual según sus necesidades.»

Su planteamiento revertía la noción de la supervivencia de los más aptos, y argumentaba, en cambio, que los organismos prosperaban cuando cooperaban entre sí. Al principio los científicos reaccionaron con una mezcla de indiferencia y escepticismo; Margulis remitió el artículo original en el que postulaba su teoría nada menos que a quince revistas científicas antes de encontrar una dispuesta a publicar su trabajo. Sin embargo, en la década de 1980 una serie de nuevas técnicas demostraron que el ADN mitocondrial era significativamente distinto al del núcleo celular, lo que confirmaba la hipótesis de Margulis. También se hizo patente que los cloroplastos se formaron mediante un proceso similar a partir de cianobacterias autónomas.[20]

El descubrimiento de Margulis no refutaba la teoría de la evolución por selección natural: demostraba que tanto la competencia como la cooperación constituyen aspectos importantes de la evolución. Esto transformó profundamente la forma en que los científicos conciben la historia de la vida compleja. El primer y más importante paso evolutivo no fue consecuencia de la competencia en el seno de una misma especie, sino de la íntima cooperación entre distintos ámbitos de la vida. Todos los organismos complejos que han existido en un momento determinado —ya sean animales, plantas u hongos— son la progenie de la unión simbiótica entre una arquea y al menos una bacteria. La cooperación puede favorecer —y de hecho favorece— el cambio en el mundo natural.

En los últimos años ha quedado claro que las interacciones entre los virus y la vida compleja también han desempeñado un papel clave en la evolución humana. En realidad, algunas de nuestras funciones corporales más importantes surgieron como resultado de infecciones víricas producidas hace cientos de millones de años.

VIRALIDAD

Los virus no suelen incluirse en el Árbol de la Vida porque ocupan un estadio ambivalente entre el mundo de los seres vivos y el de los inanimados. A diferencia de las bacterias, de las arqueas y de los eucariotas, no están constituidos por células, los componentes básicos de la vida, capaces de generar energía y reproducirse. En su lugar, los virus consisten en material genético —ya sea en forma de ADN o de su molécula hermana, el ARN— recubierto de proteínas. Por sí solos son un conjunto de materia inerte. Pero cuando consiguen penetrar —o infectar— la célula de un ser vivo, se apoderan de su maquinaria para reproducir copias de sí mismos, cobrando vida. Este proceso suele ser mortal para el organismo anfitrión.

Los virus son diminutos incluso para los estándares de la vida microbiana: pueden ser cientos de veces más pequeños que una bacteria media. Resultan tan minúsculos que ni siquiera han dejado huella en los registros fósiles. Aún no conocemos su origen con certeza. Puede que surgieran antes, poco después o incluso a partir de la primitiva vida unicelular. Sea como fuere, durante la mayor parte —si no la totalidad— de los 3.500 millones de años de existencia de la vida, los virus han tenido la capacidad de infectarla. Se encuentran en cualquier lugar donde haya seres vivos, y superan con creces en número a todas las formas de vida del planeta, incluidas las bacterias. Un litro de agua de mar contiene más de 100.000 millones de partículas virales, y un kilogramo de tierra seca, alrededor de un billón.[21] Se calcula que el número total de virus del planeta ronda la cifra de 1031, esto es, un 1 seguido de 31 ceros.[22] Sin embargo, sólo se conocen unos 220 tipos de virus capaces de infectar a los humanos.[23] La mayoría se incluyen entre los denominados «bacteriófagos» o «fagos» (un término cuya raíz griega significa «devorar»). Los fagos matan cada día entre el 20 y el 40 % de todas las bacterias, lo que mantiene el equilibrio en numerosos ecosistemas, desde los océanos has­ta nuestro propio cuerpo, al garantizar que ninguna cepa bacteriana pueda llegar a ser demasiado abundante.[24]

Un retrovirus es un tipo específico de virus que se reproduce insertando una copia de su ADN en el genoma de la célula anfitriona. Pero cuando un retrovirus infecta un espermatozoide o un óvulo ocurre algo extraordinario: el ADN viral se transmite a todas las células de todas las generaciones posteriores. Nada menos que un 8 % del genoma humano está formado por este tipo de genes.[25] Muchas de esas secuencias de ADN no parecen tener efecto alguno en el cuerpo humano, pero las infecciones por retrovirus permitieron adquirir a nuestros remotos ancestros la capacidad de realizar funciones que son fundamentales para la existencia humana. Un notable ejemplo de ello es un gen heredado de una infección por retrovirus ocurrida hace unos 400 millones de años que desempeña un papel crucial en la formación de la memoria. El gen realiza esta función codificando diminutas burbujas de proteínas que ayudan a transportar información entre las neuronas de forma similar a como los virus propagan su información genética de una célula a otra.[26] En experimentos de laboratorio, los ratones que han sido desprovistos de este gen se muestran in­capaces de formar recuerdos.

Otro impresionante ejemplo de una función que los ancestros humanos adquirieron de los retrovirus es la capacidad de dar a luz. Cuando los animales empezaron a evolucionar se reproducían poniendo huevos, y la mayoría de las criaturas del reino animal siguen reproduciéndose de esa forma. Luego, entre 100 y 200 millones de años atrás, una criatura parecida a la musaraña desarrolló la capacidad de gestar a sus crías dentro de su propio cuerpo; un extraordinario avance evolutivo, puesto que un feto está mucho más seguro creciendo dentro del cuerpo de su madre. Ello sólo es posible gracias a la placenta, un órgano temporal que se adhiere al útero y permite que pasen nutrientes y oxígeno de la madre al feto, al tiempo que discurren dióxido de carbono y desechos en sentido opuesto sin provocar una respuesta devastadora del sistema inmunitario de la ma­dre. No existe nada parecido a esta interacción entre la placenta y el útero en ningún otro lugar de nuestro cuerpo. Cuando los genetistas estudiaron el gen responsable de la formación de la placenta, se dieron cuenta de que era casi idéntico a los utilizados por los retrovirus para producir las proteínas que se adhieren a las células que infectan sin de­sencadenar una respuesta inmunitaria.[27] Los científicos llegaron a la conclusión de que una de las funciones cruciales de la placenta no surgió de forma gradual como resultado de la evolución por selección natural, sino que se adquirió de manera repentina cuando un retrovirus insertó su ADN en el genoma de algún antepasado nuestro. Así pues, si uno de nuestros remotos ancestros no hubiera sido infectado por este diminuto virus hace cientos de millones de años, los humanos se reproducirían poniendo huevos.

REDIBUJAR EL ÁRBOL DE LA VIDA

Los humanos evolucionaron en un planeta que ya estaba habitado por un inmenso número de bacterias y virus; sólo pudieron sobrevivir y prosperar desarrollando la capacidad de defenderse frente a los microbios potencialmente dañinos. De hecho, las enfermedades infecciosas han matado a tantas personas a lo largo de la historia que constituyen una de las fuerzas que más han influido en la evolución humana. En aquellas partes de las células humanas que interactúan con los virus, se ha calculado que éstos son responsables del 30 % de todas las mutaciones genéticas producidas desde que nuestra especie divergiera de los chimpancés.[28] La peste negra —causada por la bacteria Yersinia pestis— mató hasta al 60 % de la población del planeta, y muchos de quienes sobrevivieron a ella lo hicieron gracias a que tenían ciertos genes específicos que potenciaron su respuesta inmunitaria.[29] En el África subsahariana, la malaria es res­ponsable de tantas muertes que, en la práctica, representa la «fuerza de selección evolutiva más potente conocida en la historia reciente del genoma humano».[30] Así pues, no eran los miembros más fuertes o más inteligentes de nuestra especie los que más probabilidades tenían de sobrevivir lo bastante para transmitir su ADN a la generación siguiente, sino más bien los dotados del sistema inmunitario más eficaz a la hora de hacer frente a la acometida de las enfermedades infecciosas, o los que tenían mutaciones que hacían sus células inservibles para los microbios. Muchas de tales mutaciones no sólo conferían resistencia a los pató­genos, sino que también tenían un impacto negativo en la función celular, lo que induce a pensar que la lucha humana por la existencia fue un combate librado contra microbios antes que contra machos alfa y superdepredadores.

Nuestro cuerpo rebosa por completo de vida microscópica. Se calcula que cada uno de nosotros alberga alrededor de 40 billones de bacterias, lo que significa que éstas incluso superan ligeramente en número a las células humanas.[31] En cuanto a los virus, éstos representan al menos diez veces esa cifra. En total, el microbioma humano —como se denomina a todo el conjunto de microbios que viven en nuestro cuerpo— pesa aproximadamente lo mismo que nuestro cerebro, entre uno y dos kilos.[32] La inmensa mayoría de todos esos virus y bacterias no nos hacen enfermar. De hecho, muchos han evolucionado junto con nuestros antepasados durante millones de años, formando estrechas e interdependientes relaciones entre sí. Dicho de otro modo, los humanos han externalizado algunas tareas esenciales a los microbios. Ello se debe a que las bacterias pueden adaptarse con más rapidez a las nuevas situaciones que los humanos. Mientras que nuestras células contienen entre 20.000 y 25.000 genes, el microbioma alberga alrededor de quinientas veces esa cifra.[33] Este enorme número de genes, junto con el hecho de que las bacterias se reproducen mucho más deprisa que las formas de vida más complejas y son capaces de transferir genes «horizontalmente» de una especie a otra, permiten a aquéllas evolucionar con mucha mayor rapidez que los humanos. El lugar donde la cooperación entre microbios y humanos resulta más patente es en nuestros intestinos, donde las bacterias se dan un auténtico festín de proteínas, grasas e hidratos de carbono, y, a cambio, nos ayudan en procesos esenciales como la digestión de los alimentos y la producción de vitaminas y minerales. También los virus nos mantienen sanos, sobre todo los fagos, que eliminan las bacterias nocivas de nuestro organismo.

Existen cada vez más indicios de que el microbioma intestinal incide de manera significativa en el cerebro humano. Por supuesto, ya hace tiempo que intuimos de algún modo esta conexión, que se manifiesta en diversas expresiones del lenguaje que parecen vincular nuestro cerebro a nuestro vientre: así, por ejemplo, decimos que tenemos un instinto o una reacción visceral con respecto a algo; que sentimos mariposas o un nudo en el estómago; que ciertas conductas nos revuelven las tripas, o q

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