viernes, 14 de agosto de 2009

Una Teoría de la Evolución hacia la Creciente Complejidad de los Sistemas Vivos

Últimamente me he interesado por los sistemas complejos alejados del equilibrio termodinámico, y me parece muy interesante la manera como se pueden encontrar características comunes como el caos y la organización en sistemas en apariencia disímiles. Intentado consolidar los conocimientos de dichos sistemas con la teoría de la evolución por selección natural de Darwin y Rusel, pude observar que todos los elementos de un sistema vivo en evolución cumplen los mismos principios. Estos principios podrían explicar por qué a pesar de que las mutaciones tienden a aumentar la entropía originando errores en la funcionalidad, el sistema siempre evoluciona hacia una dirección de mayor complejidad.

Para comenzar, tenemos 2 organismos (que llamaré elementos) iguales, A y B en un tiempo 0. Si estos elementos se separan se diferenciarán en un tiempo 1 por un aumento de la entropía, es decir, por una disminución en una función esencial para la supervivencia. Si ambos elementos vuelven a juntarse, el elemento A suplirá la función de B y el elemento B suplirá la función de A. De esta manera, aquellos elementos en los que por variación aleatoria se favorezca la cercanía hacia el elemento complementario tenderán a sobrevivir y continuarán evolucionando hacia una interdependencia que finalmente llevará a la especialización. Por lo tanto, tendremos una secuencia que comienza con 2 elementos idénticos, que pueden ser células, organelas, tejidos en un individuo, individuos de una especie en una comunidad o un colectivo de comunidades. La secuencia sería siempre: 1) diferenciación por pérdida de función, 2) interdependencia y 3) especialización. Desde luego la complejidad no proporcionará siempre una ventaja evolutiva, de manera que la comunidad compleja coexistirá con elementos más simples como los del tiempo 0.

Lo que pienso que es nuevo es que esta secuencia es igual en todos los niveles de complejidad. En los inicios de la vida en el planeta la evolución hacia la complejidad la protagonizaron moléculas orgánicas, en un mundo vivo no celular sino molecular. Posteriormente, una vez especializados los diferentes tipos de moléculas, colaborando para formar estructuras parecidas a organelas rudimentarias, la evolución hacia la complejidad estuvo a cargo de la especialización de las organelas para formar células, en un mundo dominado por organismos unicelulares. La evolución posterior hacia la complejidad estaría a cargo de la especialización y la interdependencia entre células, para formar organismos multicelulares.

La evolución de un nivel de complejidad al siguiente sería continuo, aunque, claro está, habrá un límite del potencial de crecimiento en cada nivel, dado por restricciones principalmente de escala. Así, la célula podrá crecer en complejidad hasta cierto límite, a partir del el aumento de la complejidad se derivará hacia el siguiente nivel superior, es decir, hacia el nivel de tejidos e individuos. El mecanismo de evolución propuesto podría explicar por qué aparentemente el tiempo de existencia de vida sobre la tierra es poco para el nivel de complejidad de la vida. Por ejemplo, la diferenciación de dos genomas idénticos de dos individuos que se diferencian y luego se unen por interdependencia, podría aumentar la complejidad de ambos genomas por transferencia horizontal. De esta manera los organismos mantendrían una similitud entre ambos que sería básica para formar un todo, a la vez que se diferencian en función.

Veamos un ejemplo de como la pérdida de función y especialización podría haber afectado la raza humana y como esta, a pesar de algunas ideas contrarias, continua evolucionando para construir comunidades cada vez más complejas. El proceso de encefalización ha traído consigo la paridad de crías prematuras y desvalidas (los bebés humanos). A diferencia de los primates que se “autoasisten” en el momento del parto, los bebés logran nacer en la mayor parte de los casos, gracias a la ayuda de matronas que asisten a la parturienta. Estas matronas (indudablemente una forma de trabajo especializado), contribuyen claramente a la supervivencia del bebé y la madre, y deben haber existido desde tiempos remotos. Sin su presencia, los recién nacidos con perímetros cefálicos más grandes, que representan un parto de mayor riesgo, tenderían a morir. La presión selectiva mantendría entonces los perímetros cefálicos en determinados valores. Pero la asistencia del parto permite una mayor relajación evolutiva del carácter permitiendo perímetros cefálicos mayores. Pero una mayor masa encefálica permite una mayor inteligencia y un mayor potencial de especialización. ¿Hemos llegado a la cúspide de la encefalización, y en general, de la evolución? No. Una mayor inteligencia a permitido el uso de herramientas, y el desarrollo de la obstetricia moderna y la operación cesárea que, en teoría, permitiría la supervivencia de niños con perímetros craneales mayores y por ende una mayor masa encefálica. Claro está, esto hace al individuo mucho más dependiente de la sociedad. Es probable que el perímetro craneal y los niños que necesiten de una operación cesárea aumentará, aunque levemente, en cada generación.

Podemos ver la secuencia perdida de función - especialización progresiva - aumento de complejidad en otros ámbitos de la vida humana. Mientras que en tiempos remotos cada individuo en su mayor parte velaba por su subsistencia, proveerse de un techo, educar a sus hijos, etc. en la sociedad moderna se han perdido muchas de las capacidades, las que se han convertido en especialidades de individuos específicos, de tal manera que para un hombre solo sería virtualmente imposible sobrevivir. De esa manera la sociedad se vuelve paulatinamente más compleja.

Una implicación interesante de esta teoría es su potencial para unificar en un conjunto sencillo de leyes a disciplinas como la genética, la biología celular y la sociología. Bajo este enfoque, la metáfora que utilizamos algunas veces los profesores de inmunogenética cuando comparamos el sistema inmune con un cuerpo policial, no sería ya una metáfora, sino esencialmente el mismo fenómeno pero dos niveles de complejidad diferentes. Las pandillas y el crimen organizado en una sociedad serían el equivalente del cáncer en el nivel individual, etc. En las sociedades corporativas de la actualidad podemos observar cómo diferentes empresas se funden para formar una sola, convirtiéndose cada una en una rama especializada. Podemos ver esa misma tendencia a nivel de países, como la formación de la Unión Europea y los más recientes intentos de Latinoamérica en ese sentido. Bajo esta teoría unificadora, los fenómenos existentes en un nivel de complejidad serían extrapolables a otro nivel, por lo que se podría utilizar los conocimientos en un área del saber para conocer “qué y donde buscar” en otra área. Por ejemplo, una estrategia empresarial determinada, que podría ser considerada como innovadora, muy probablemente ya fue utilizada por los organismos vivos en otro nivel inferiror.

Pondré el ejemplo de las comunicaciones, que juegan un papel esencial en el aumento de la complejidad. De hecho, una mejora en las comunicaciones impulsa la secuencia rápidamente. Los organismos multicelulares filogenéticamente más antiguos y más simples utilizan un sistema de comunicación químico. Podemos considerar que los biofilms ya presentan un comportamiento colectivo que podría ser considerado como organismo rudimentario. La señalización química en forma de gradientes puede ocasionar que ciertas células de la población adquieran una función determinada. En organismos filogenéticamente más evolucionados comienza a observarse una especialización de ciertas células especializadas en la conducción eléctrica, por lo que poseen sistemas nerviosos rudimentarios en forma de red. Subiendo por la escala evolutiva el sistema nervioso continúa especializándose, formando cordones y vesículas centrales. La tendencia continúa hasta convertirse en un órgano centralizado, regulador de todas las demás funciones del organismo y de la vida de relación, lo que permite la comunicación rápida entre diferentes partes del individuo y tiempos de respuesta menores ante estímulos externos. Veamos la analogía con la sociedad humana. Las primeras sociedades utilizaban medios rudimentarios para la comunicación. El individuo tenía que trasladarse por sí mismo de un lugar a otro para poder comunicarse con sus congéneres. Desde luego, el tamaño de una comunidad depende de la comunicación para mantener la unidad, por lo tanto estas comunidades debían ser pequeñas. Poco a poco surgieron mejores medios de comunicación. Por ejemplo, algunos individuos se especializaron para servir de correos. Algunas sociedades desarrollaron la comunicación remota con señales de humo, fogatas, etc. En los siglos pasados, fuimos testigos de una drástica mejora en las comunicaciones, con la invención de la imprenta, y luego de los medios que utilizan impulsos eléctricos o señales electromagnéticas, como el telégrafo, el teléfono, la televisión, etc. No creo que sea casual el fenómeno masivo y mundial que se ha dado a llamar urbanización, con el consiguiente crecimiento de las grandes ciudades, que fueron conteniendo mezclas poblacionales provenientes de las regiones rurales. Bajo esta perspectiva no es difícil imaginar como se irá efectuando una mayor unificación de las sociedades con el advenimiento del internet. Ya comenzamos a ver sus efectos unificadores en el campo de la ciencia. Es ahora mucho más sencillo, por ejemplo, el publicar un artículo científico por esta vía para un científico de un país subdesarrollado, con pocos recursos y para el cual, hace apenas unos años, la bibliografía más nueva a la que podía tener acceso databa de 3 años atrás. Aun estamos por ver una enorme revolución gracias a esta herramienta, con consecuencias aun insospechadas. Si tomamos como ejemplo a los organismos de una especie, no es difícil suponer que pronto la información de la humanidad estará centralizada en un poderoso cerebro informático que se hará cargo de labores automatizadas, como el control del tráfico, el destino de desechos, la difusión de la información y el entretenimiento donde se necesite, el direccionamiento de insumos y recursos, alimentos, etc.

Aunque el ejemplo anterior muestra la importancia de las comunicaciones tanto en el desarrollo del tamaño de un organismo como de una sociedad, lo importante es que el mismo fenómeno descrito en el organismo (el aumento en la organización y la velocidad de las comunicaciones) puede ser descrito en una sociedad humana, y a la vez tendría sus equivalentes en todos los niveles de organización biológica.

3 comentarios:

  1. 'Desde luego la complejidad no proporcionará siempre una ventaja evolutiva, de manera que la comunidad compleja coexistirá con elementos más simples como los del tiempo 0.'

    Este párrafo me parece distintivamente muy interesante, Dr. Herrera. Yo iría mas allá y proclamaría que la complejidad tecnológica civilizacional está a punto de ser borrada por una gigantesca tormenta magnética solar, y que entonces descubriremos, como humanidad, que aún seguimos en el tiempo 0, aunque usted tomará eso como una teoría de conspiración.

    Desde mi percepción cognitiva proclamo que la organización tecnológica a la que nos referimos no es otra cosa si no pura entropía en acción.

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  2. Ah, tambien, recuerde que la Segunda Ley de la Termodinámica sólo es aplicable a sistemas en expansión o difusión, no a sistemas en vías de unificación o concentración.

    La sociedad humana tecnificada es un ejemplo de sistema en expansión, que constantemente cae en pérdida de funciones y solidificación de estructuras.

    Una sociedad humana en vías de unificación sería una sociedad cuyos miembros van unificando posiciones y deconstruyendo los medios artificiales y tecnológicos, buscando abrazo y la ruta de formas primordiales de existencia.

    Claro, entiendo que eso sea quizás algo difícil de contemplar dado que mi lenguaje es más cosmológico, y el suyo más genéticamente específico.

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  3. Hola Iqui. Los organismos menos complejos coexisten con los más complejos, pero eso no quiere decir que los más complejos "devolucionan" (emulando el término deconstruyen). Simplemente eso no ocurre en la naturaleza. Por lo tanto, una vez que los medios tecnológicos se implementan es virtualmente imposible dar marcha atrás. Los problemas de la tecnología deben ser resueltos con más tecnología, y no destruyendo la que ya existe. Saludos.

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