domingo, 22 de septiembre de 2013

SUPERORGANISMO UNIVERSAL. UNA TEORIA DE LA EVOLUCION A LA COMPLEJIDAD. INTRODUCCIÓN

Introducción. Complejidad y vida

Por: Edwin Francisco Herrera Paz

"La vida es muy simple, pero insistimos en hacerla complicada."
— Confucio

Al tratar de definir lo que es la vida, muchas veces nos encontramos con el dilema de su complejidad. Definir a cabalidad el término “vida” es sin duda una tarea ardua, que se  complica aún más cuando tratamos de diferenciar entre lo que está vivo y lo que no lo está. Sin duda podemos estar de acuerdo, aun sin contar con amplios conocimientos científicos acerca de los fenómenos biológicos, que una roca sedimentaria no está viva mientras que un pájaro que vuela por el cielo sí lo está. Si bien nos resulta obvio que la cama en la que reposa nuestro cuerpo no tiene vida, somos prontos a reconocer que nuestra querida mascota, sea esta una tortuga, un canario, un gato o un perro, si la tiene. La distinción entre estos elementos parece bastante simple, pero de repente surgen complicaciones una vez que nos acercamos a los límites que definen lo que llamamos vida.

Organismos virales
Un virus está hecho de proteínas
y un solo ácido nucleíco
Los virus, como forma de vida, son quizá los organismos biológicos más antiguos, reliquia de un mundo prebiótico. Cualquier virus sólo posee un tipo de ácido nucleíco, ya sea ARN o ADN, a diferencia del resto de todas las criaturas vivientes conocidas, que tienen ambos. Los virus son incapaces de multiplicarse por sí mismos y para lograrlo deben secuestrar la maquinaria de otro organismo vivo con el fin de hacerla producir sus clones. La estructura vírica es bastante simple: son máquinas moleculares compuestas de un conjunto de proteínas y un ácido nucleíco. Pero entonces surge la pregunta: ¿Son los virus organismos vivos?

He aquí otro ejemplo: Las plaquetas se encuentran en el torrente sanguíneo y son las estructuras encargadas de la coagulación de la sangre en caso de hemorragia. Forman parte de la fracción sólida (celular) de la sangre del ser humano y de otras especies. Dentro de esta fracción también encontramos las células blancas o leucocitos, responsables de gran parte de la actividad inmune, y las células rojas o eritrocitos, cuya función principal es transportar el oxígeno desde los pulmones a los tejidos periféricos. Estas tres estructuras (plaquetas, leucocitos y eritrocitos) se originan todas a partir de una célula madre progenitora que se encuentra en la médula ósea. Para dar lugar a las plaquetas una célula madre normal se modifica, transformándose en otra célula llamada megacariocito. Esta última se fragmenta en múltiples trozos convirtiéndose cada uno de ellos en una plaqueta. Por lo tanto las plaquetas no son células sino fragmentos de células. Así que de nuevo surge la pregunta: ¿Son las plaquetas organismos vivos?

proteína motora
La proteína kinesina parece tener
dos pequeños pies con los que "camina"
a lo largo de los microtúbulos
(en rojo) que forman el esqueleto celular,
transportando substancias en un
saco o vesícula (verde menta)
Podríamos pensar que estos tipos de organismos se encuentran en el límite de nuestra definición de la vida, pero no es así. Los virus, evolutivamente, necesitaron un gran número de pasos intermedios a partir de la materia inerte antes de convertirse en lo que son. No es difícil poner a las plaquetas y los virus en el mismo saco de los seres vivientes. Sin embargo podemos continuar bajando por la escalera evolutiva hasta acercarnos a las primeras moléculas complejas auto-replicantes, y una vez allí preguntarnos: ¿Son las proteínas y otras moléculas biológicas organismos vivos? Por supuesto que no, pensará usted, pero si pudiésemos reducir nuestro tamaño con el fin de pasar un día en una célula promedio, en el pequeño mundo de las proteínas, tal vez nuestro concepto de lo que está vivo se vería drásticamente modificado. La actividad dentro de una célula es intensa, con una gran variabilidad de proteínas realizando los más diversos tipos de labores, cooperando unas con otras como los trabajadores de una fábrica. Si pudiésemos vivir en este mundo por solo un instante tal vez nos preguntaríamos qué es lo que nos impide la inclusión de estos "seres" en la categoría de los vivos. Tal vez entonces nos sentiríamos proclives a cambiar los parámetros que consideramos que un elemento debe tener para ser considerado vivo.

Todos los organismos vivos
compartimos el mismo código
genético, un diccionario que
convierte el lenguaje de ácidos
nucleícos a lenguaje de proteínas
¿Entonces que es realmente lo malo con nuestra categorización de lo que está vivo y lo que no lo está? Podemos achacar la culpa a las restricciones del lenguaje. Utilizamos el término vida, al menos en nuestro ámbito terrestre, para un gran número de organismos de alguna forma emparentados entre sí, relacionados por la misma química del carbono y una forma común de codificar la información (el código genético). Dentro del término “vida” se incluyen organismos tan diversos como un roble, un gusano, una bacteria o un ser humano, sin distinción alguna. Yo no diría que una de las células de la piel de la punta de mi dedo gordo del pie (primer ortejo) está menos viva que YO, tomándome a mí mismo como una unidad. Ambos somos seres vivos. Pero nuestra psiquis hace distinciones importantes entre ambos, las cuales tienen implicaciones conceptuales y morales trascendentales. Por ejemplo, no se considera un crimen acabar con la vida de una célula del cuerpo, de las cuales tenemos un estimado de entre 15 y 50 billones, pero una vida humana es muy valiosa y para ello existen cuerpos de leyes que nos protegen de la mutua destrucción.

Se hace evidente que la dualidad “vivo / no vivo” es insuficiente para cubrir el amplio espectro que va desde las partículas inanimadas hasta las complejas comunidades humanas o de insectos sociales, pasando por los organismos inteligentes. Entonces, ¿cómo llenar este vacío conceptual? ¿Cómo podemos cubrir nuestra necesidad intuitiva de clasificar algunos organismos como "más vivos" que otros a pesar de la restricción en el lenguaje? El término vida es cualitativo y no cuantitativo, por lo que para salvar este obstáculo utilizaremos en adelante el vocablo "complejidad".

complejo complicado
Complejo y complicado no es lo mismo.
Una red de relaciones (arriba) es
compleja, en cambio su descripción
matemática puede resultarnos
en extremo complicada
Complejidad no es la palabra trivial sugerida un su uso diario. Cuando experimentamos dificultades para resolver problemas matemáticos decimos que “son muy complejos”. La complejidad de los problemas matemáticos se deriva de la cantidad de esfuerzo que se necesita para llegar a una solución, por lo que un sinónimo adecuado del término en los asuntos de la vida cotidiana sería "complicado". Sin embargo, en los campos de la ciencia, complejo y complicado no es lo mismo. Complejidad es un término que se aplica a ciertos tipos de sistemas llamados no lineales, formados por una variedad de elementos interconectados. En estas conexiones se encuentra una gran cantidad de información adicional, invisible cuando solo se observan los elementos por separado. Como resultado de las interacciones, surgen nuevas propiedades que no se pueden explicar por aquellas de los elementos individuales: las denominadas propiedades emergentes. Aunque es posible analizar el grado de complejidad de un sistema basándonos en una variedad de parámetros, para los fines de esta introducción voy a mencionar cuatro, tal vez los más importantes. En orden ascendente: 1) El número de elementos del sistema, 2) El número de diferentes clases en las que se agrupan estos elementos, 3) El número medio de relaciones entre los elementos, y 3) los niveles estructurales del sistema.

Tomemos como ejemplo el proceso de comunicación entre las personas. Dos personas conversando forman un sistema, pero sólo tenemos dos elementos, y ambos del mismo tipo, por lo que su grado de complejidad es bajo. En comparación, una reunión de la junta directiva de una empresa es un sistema más complejo que cuenta con un mayor número de elementos, algunos de los cuales se especializan en labores específicas. Un cóctel diplomático donde hay pequeños grupos de personas conversando tiene un mayor número de elementos, pero el número de clases de elementos (diplomáticos) y el número de relaciones entre cada uno de estos elementos es aún baja. Un foro sobre política en Internet, sin embargo, se basa en la opinión de muchas personas de diferentes ocupaciones, y en este caso todos los usuarios pueden leer e interactuar con muchos otros usuarios. En el último caso el número de relaciones entre participantes es mayor, aumentando el grado de complejidad. Con el fin de determinar la complejidad de un sistema el número de relaciones entre los elementos es aún más importante que el número de elementos.

Los sistemas de comunicación humanos antes mencionados son relativamente simples ya que su estructura es plana, sin niveles. Una red plana parece muy simple en comparación con una estructura de varios niveles. Dentro de las redes simples planas, todos los elementos están ubicados en el mismo nivel y los grupos de elementos no forman nuevos elementos, aunque de hecho, la red en sí misma es de enorme complejidad (para comprender la complejidad de las redes de relaciones revisar Gleiser y Spoormaker, 2010; Apicella y col, 2012; Fowler, 2012).

Un sistema jerárquico con varios niveles estructurales será más complejo que uno horizontal. Como ejemplo, el flujo de información en una empresa será jerárquico con múltiples niveles de mando, desde los trabajadores a los mandos intermedios, hasta los altos directivos. Vamos a llamar a cada uno de estos, "niveles de complejidad". Cuanto mayor es el número de niveles más complejo es el sistema, y más aún cuando le sumamos los llamados “mecanismos de control” entre y dentro de los niveles que ayudan a mantener la estabilidad y el buen rendimiento. Un grupo de elementos de un nivel particular pueden agruparse para formar, a su vez, una unidad funcional con nuevas propiedades emergentes. Cada una de estas unidades se convierte entonces en un elemento de un nivel superior. En nuestro ejemplo de la empresa, los empleados (elementos del primer nivel de complejidad) pueden organizarse en departamentos, cada uno con una función específica. Cada departamento es entonces un elemento de un nivel más alto, que se llama corporación. En otro ejemplo, las células (elementos del primer nivel) se organizan para formar órganos específicos que son los nuevos elementos de un nivel superior: un cuerpo humano.

Es conveniente en este momento aclarar que los principios que rigen los sistemas complejos no se limitan a los seres vivos, sino que se aplican a un gran número de fenómenos en la naturaleza. El clima global, por ejemplo, es un sistema complejo. Sin embargo en esta obra se analizan sobre todo esos sistemas especiales, singulares y sorprendentemente complejos que merecen ser llamados "vivos" así como sus derivados, tales como los sistemas sociales, políticos, económicos, comerciales, culturales y lingüísticos, que comparten con sus progenitores vivos muchas de sus características evolutivas. Este tipo de sistemas complejos (llamados biológicos) y sus derivados difieren de lo inanimado en una característica especial: su enorme capacidad de evolucionar hacia niveles más altos de complejidad.

corporación
Niveles estructurales de
una corporación
Hagamos un ejercicio y contestemos la pregunta: ¿Cuántos niveles de complejidad podemos identificar en una empresa transnacional? Varias moléculas complejas llamadas proteínas cooperan para realizar una tarea, ya sea formando un motor molecular o en una ruta metabólica. Vamos a establecer el nivel molecular como el primero. Diferentes agrupaciones moleculares forman estructuras con funciones específicas dentro de la célula. Por ejemplo: En la formación de los orgánulos. Este será nuestro segundo nivel. Los orgánulos con diferentes funciones interactúan y cooperan para formar una unidad funcional, la célula, que también es nuestro tercer nivel. Varios tipos de células interactúan para formar un tejido específico, nuestro cuarto nivel. Los tejidos forman los órganos, el quinto nivel. Varios órganos cooperan para formar un sistema, el sexto nivel. Los sistemas se ensamblan para formar un ser humano, el séptimo nivel. Los seres humanos cooperan para formar un departamento, el octavo nivel. Los departamentos se combinan para formar una sucursal, el noveno nivel. Varias sucursales de un país forman una división, el décimo nivel, y varias divisiones en diferentes países formar una corporación transnacional, el undécimo nivel.

¡Nada menos que once niveles de complejidad en una empresa transnacional! Y esta es una simplificación excesiva con fines ilustrativos, por no hablar de que una empresa no está hecha sólo de seres humanos. En realidad, los sistemas complejos vivos interactúan de maneras también complejas. Un ser humano se compone no sólo de los propios tejidos. De hecho, la cantidad de células propias en nuestro organismo es menor que el número de bacterias contenidas en la flora bacteriana de nuestra piel e intestino (Turnbaugh y col, 2007; Mitreva, 2012). Estas bacterias forman comunidades y ecosistemas, con sus propios niveles de complejidad, pero se encuentran integradas plenamente en nuestros cuerpos. Una ciudad se compone de los ciudadanos, pero también por las diferentes especies que sirven de transporte, compañía o alimento, así como de infraestructura, máquinas, vehículos etc. El sistema no se compone únicamente de una serie de elementos básicos que comparten una genética similar que se relacionan entre sí para formar estructuras, en cambio, también tiene un gran número de elementos foráneos incorporados. Una empresa no está formada sólo por seres humanos, sino también por computadoras, robots, edificios, vehículos, papelería y mobiliario en general, así como por recursos energéticos como cuentas de banco y efectivo de caja, y un sistema de reglas que los aglomera a todos como unidad. Cada elemento individual tiene su propia historia, su propia complejidad implícita, pero a la vez puede ser parte de varios otros sistemas. Una persona puede formar parte de una empresa transnacional y a la vez ser ciudadano(a) de un país, que es un sistema complejo por derecho propio. Las bacterias que viven en nuestro intestino grueso son parte de una colonia, que es a la vez parte de un micro ecosistema, pero también son parte de nosotros.

A medida que la evolución moldea un sistema complejo vivo los elementos que lo forman pasan de ser independientes y dispersos a interdependientes y aglomerados. Las comunidades se convierten de manera gradual en organismos, con identidad propia, hasta que en el largo plazo se transforman en una unidad indisoluble. Los seres humanos somos organismos, pero a medida que las comunidades humanas crezcan en complejidad, se convertirán poco a poco en superorganismos: organismos de un nivel superior compuestos de organismos de un nivel inferior.

Y para concluir esta introducción, lo reto a que sin mirar el texto a continuación diga cuál es el nivel de complejidad del libro que tiene ahora en sus manos. Un libro es un asunto muy complejo, estructurado a partir de la reunión de cientos o miles de ideas concatenadas en un texto coherente. Este libro está formado de cuatro partes, que al unirse, forman un todo que es mayor que la suma de esas partes. Juntas, muestran el cuerpo total de una teoría. Pero cada parte está formada de apartados, que contienen ideas más o menos específicas. Los apartados están formados de párrafos, los que a su vez están formados de oraciones. Cada oración es un elemento formado de otros pequeños elementos que llamamos palabras. Si deshuesáramos una oración hasta obtener palabras sueltas, y luego las uniéramos al azar para ver que sale, nos tomaría un tiempo increíblemente largo hacer que se concatenaran de una forma lógica, con significado, por lo tanto una oración es muchísimo más que una simple suma de palabras. A su vez, cada palabra está formada por elementos llamados letras, especializados en representar sonidos particulares. Entonces, al concepto de sistema complejo se le une el de información. Lo que en realidad diferencia una mezcla de doscientas mil letras revueltas al azar con el texto de un libro, es la información, acumulada durante miles de años por la humanidad en varios niveles estructurales, a la que finalmente le añado el humilde contenido informativo aportado por mi imaginación y conocimiento. Iguales relaciones naturales entre elementos de creciente complejidad se observan en una pieza musical, o en un retrato. Pero a su vez, esta complejidad no sería posible sin los niveles anteriores acumulados en los cerebros humanos.

¿Cuándo y dónde se inició esta travesía hacia la complejidad y los superorganismos? Muy, muy lejos en el tiempo en un punto de densidad infinita. Para ser más precisos, hace unos 13,700 millones de años.

Superorganismo universal libro
Un código compuesto de elementos al los que denominamos letras se unen para formar palabras. Las palabras se unen en oraciones; las oraciones se unen en párrafos; los párrafos se unen en secciones y varias secciones forman un capítulo o parte. Finalmente varios capítulos forman un libro. Cada nivel de complejidad está regido por una serie de reglas. La información está contenida en la relación entre los elementos, más que en los elementos mismos. 

Literatura citada
Apicella CL, Marlowe FW, Fowler JH, Christakis NA (2012). Social networks and cooperation in hunter-gatherers. Nature. 481:497–501.
Fowler JH (2012). Behaviour: Life interwoven. Nature. 484(7395):448-449.
Gleiser PM, Spoormaker VI (2010). Modelling hierarchical structure in functional brain networks. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 368(1933):5633-5644.
Mitreva M. (2012). Structure, function and diversity of the healthy human microbiome. Nature. 486:207-214.
Turnbaugh PJ, Ley RE, Hamady M, Fraser-Liggett CM, Knight R y col. (2007). The human microbiome project. Nature. 449(7164):804-810.

Continúa: Parte 1: Trazando la ruta hacia la complejidad


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