Reflexiones y comparaciones en torno a la biología y la tecnología

Reflexiones comparadas. Diversidad, Evolución, complejidad y tecnología

Lic. Rocío Ramírez Paulino

¿Que es la Biodiversidad?Conjunto de las diversas manifestaciones de la vida

CONCEPTO:.Moderno

.Frecuente en los medios y la literatura científica

.Ambiguo(numero de especies, cantidad y distribución,

numero de especies raras, variedades...)

Concepto Ecológico*

Concepción más simple:Biodiversidad = riqueza de especies

Se necesita una definición precisa y escalar

*Del griego ecología ="oikos" hogar, casa.

Por qué es importante la biodiversidad?...La respuesta mas fácil, con un ejemplo muy cercano...

diferente grado de vulnerabilidad humana frente a enfermedades

y la contraparte...vulnerabilidad de los agentes infecciosos ante nuestras defensas

virus, bacterias...

LA BIODIVERSIDAD PRESERVA LA VIDA

Por qué es importante la biodiversidad?...

la biodiversidad preserva la vidaen sus diferentes formas y niveles de complejidad

a nivel biológico (fisiológico, bioquímico ..)

y a nivel cultural. . . (artístico, educativo, social,) ?

algunas relaciones diversidad = vidason difíciles de imaginar...

Por qué es importante la biodiversidad?...algunos estudios intentan respuestas...

Riqueza de spp. vs. Productividad. Relaciones:

. negativas. positivas

> % para animales. curvadas

> % para plantas

Por qué es importante la biodiversidad?...

Existe consenso en que

NÚMERO Y DIVERSIDAD DE SPPSON NECESARIOS PARA MANTENER

EL FUNCIONAMIENTO DE UN ECOSISTEMA“clave”: COMPOSICION DE SPP y SPP clave!

Las actividades humanas, generan cambios al azar en la riqueza de spp.

La biodiversidad tiene el potencial de amortiguarlas fluctuaciones ambientales

Necesidad de aumentar la comprensión del funcionamiento “ecosistémico”. ..

Riqueza de SPP y factor TIEMPO

Favorece la aparición de spp. la diversidad, la estabilidad?

Evolución Theodosius Dobzhansky (1900,1975)

„Nothing in biology makes sense, except in the light of evolution‟.

La teoria de la Evolución.. a 150 años .... propuesta en 1859, continúa motivando escepticismo

.Cada generación deja descendencia con variaciones al azar

con diversa capacidad de adaptación al entorno.

Bajo la “selección natural”, sobrevive “el mejor adaptado”,

que a su vez, también deja descendencia..

.Cada generación afronta un nuevo desafío ante un medio ambiente que cambia en forma constante...

Evolución

Richard Dawkins “El relojero ciego”:

. Sobrevivencia como motor de la evolución.

Metáfora: ciego que encuentra y junta las partes hasta que funciona.No es planificado, pero los resultados sugieren un diseño.

El producto final de cada generación como punto de partida para la próxima “generación de selección”

Para explicar el proceso acumulativo, Dawkins, tambiénprogramador, crea distintos programas de software quesimulan el desarrollo, reproducción y evolución de las especies.

Evolución

“Se pueden ver en pantalla cambios y transmutaciones experimentados por organismos digitales

. ..su muerte, reproducción con o sin sexo… el combate

o lucha entre individuos, comportamientos cooperativoso egoístas,

el aprendizaje o la inteligencia colectiva, e incluso simularun cambio climático o la extinción en masa de especies.”

Jaques Monod "El azar y la necesidad"Conceptos clave que "diferencian" la los seres vivos.

Teleonomy -". ..objects endowed with a porpuse or project".. "visible in their strcture and performance.."

Autonomous Morphogenesis -"Internal,determinism that garantees the formation of extremely complex structures of living beings"

Reproductive Invariance - "Invariance content is equal to the amount of information which, trasnmitted from one generation to another, assures the especific structure standar".

Inherentes a la evolución y aumento de la complejidad

Vida - Evolución----> aumento de niveles de complejidadFósiles desde 550 millones de años atrás del "árbol crustáceo"

Matthew Wills et al. University of Bath

Organismos / Estructuras orgánicas

Funcionamiento / Sistemas de control ----> Homeostasis

COMPLEJIDAD BIOLÓGICA

-------->

Cibernética (Wiener & Ashby 1970) Sistemas de comunicación y control. Analogías Biología -Tecnología

Niveles de complejidad

Organismos más simples > resistencia a condiciones extremas, catástrofes climáticas, etc.

Base de las cadenas tróficas...

> Complejidad < Resistencia? Sin embargo .. .la complejidad surge y/o aumenta frente a “crisis biológicas”.

Ejemplo “estrella”: Simbiosis.Teoría endosimbiótica ---> Surgen las células eucariotas a partir de la “cooperación”

entre células más simples, procariotas.

Mecanismo: Fagocitosis? Finalidad: Protección, intercambio de energía,. ..?

Otro ejemplo: Colonias eucariotas ---> Organismos pluricelulares // Ops! Embriones. .. se inician con células idénticas.

Sociedades En condiciones de abundancia surge la competencia,

en condiciones de escasez, lo contrario.. .

Debate Diversidad - Estabilidad

Sistemas sencillos presentan fluctuaciones violentas en densidad e invasiones

Modelos “1depredador - 1presa” no tienen un equilibrio estable

La dinámica poblacional de un mismo organismo en los trópicos es más estable

Agroecosistemas presentan explosiones demográficas e invasiones

“Simple communities were more easily upset than that of richer ones; that is, more subject to destructive oscillations in populations, and more vulnerable to

invasions”. C. Elton

OdumHutchinson Mac Arthur

Robert May 1972

La relación entre diversidad - estabilidad no es “lineal”. Más componentes (spp) o más interacciones en el sistema no es más estable...AL CONTRARIO!!!

i · ( C ·S )^0.5 = cteComunidades conectadas al azarcon fuerzas de interacción asignadas al azar

S Conexión (azar)

Intensidad (azar)

Diversidad Estabilidad

“Simulaciones ecológicas”

Debate Diversidad - Estabilidad

Diversidad

Conectividad Fuerzas de Interacción

Debate: DIVERSIDAD - ESTABILIDADCOMPLEJIDAD - ESTABILIDAD

Complejidad

Debate -Diversidad- Estabilidad

Las interacciones débiles simplifican y estabilizanla dinámica de las poblaciones.

McCann et al. 1998

Conectividad versus estabilidad

Conclusiones de Ashby, experimentos con su homeóstato, 1950.

"La estabilidad del todo no es deducible a partir de la estabilidad de las partes

Si una parte se vuelve intrínsecamente muy estable, tiende volverse constante y a perder su efecto en el comportamiento del todo.

Si todas la partes se vuelven intrínsecamente muy estables, el todo se vuelve una colección de partes aisladas.

Al incrementar la riqueza de las conexiones entre las partes, usualmente se reduce la probabilidad de estabilidad."

Debate Diversidad- ComplejidadStephen Gay Gould

… La idea de que a lo largo de la evolución existe una tendencia al aumento en complejidad está bastante arraigada

numerosas filogenias que muestran una evolución claramente direccional.

Esta tendencia sugiere un aumento de complejidad como progreso evolutivo

Hoy también se considera un aumento de complejidad como resultado de los procesos evolutivos no como motor de éstos.

Queda el dilema de si esta tendencia es pasiva o dirigida.

http://www.pensamientocomplejo.com.ar/index.asp

COMPLEJIDADTeorías en torno a la complejidad

general de Sistemas -1969 Ludwig Von Bertalanffy. Biólogo

de la información -Entropía de Shannondel Caos – 1980 Ilya Prigogine

"de la complejidad computacional"

Teorías de la complejidad y pensamiento complejoEdgar Morin

CAS - Sistemas Adaptativos ComplejosCapacidad de cambiar y “aprender de la experiencia”. Homeostasis?!John H. Holland, Murray Gell-Mann y otros (Santa Fe Institute).

Ejs. Sociedades y colonias de seres vivos / Cerebro / Desarrollo embrionario Bolsa de valores / Partidos políticos? Comunidades??

Complejidad computacionalRecursos requeridos por un algoritmo para resolver un problema, principalmente tiempo y espacio. Problemas P y NP . ..

Teoría de la información - probabilística de datosEn física, química, biología, info. en bits = cantidad de energía (Jouls.).

Prof. Eduardo Mizraji, Mejor artículo en 2008 International Journal of General Systems.

Neural Memories and Search Engines ,published in 37(6), pp. 715 732."

Desconcertante similitud formal entre los métodos utilizados por los motores de búsqueda en la World Wide Web,

y las estrategias de búsqueda de informaciónde nuestros sistemas neurocognitivos,

en los modelos de memorias asociativas distribuidas.

COMPARACIONES SORPRESIVAS

Non-linear scaling of regulatory information in integrated systemsJ. S. Mattick. Journal of Experimental Biology. .210, 1526-1547

"The requirement for endogenous communication andregulatory information in integrated complex systems, whethercells or computers, scales faster than linearly with function and thus must hit a limit"

This limit can only be relaxed and raised by changing thephysical basis and efficiency of the control architecture.

In other domains, this limit has been raised by superimpositionof digital communication and control systems, using symbolicor sequence-specific strings to store and transmit informationwithin the system".

BIOCHIPSDispositivos similares a los microchips de computadoras, con una amplia variedad de aplicaciones.

Biocomputación, Empleo de material biológico para desarrollar nuevo hardware para procesos computacionales, por ej. memorias basadas en conformaciones proteicas y computación con ADN. (Fernando Martín-Sánchez y Guillermo López-Campos, 1998).

Biodispositivos Aplicaciones de dispositivos electrónicos en los seres vivos como los implantes de chips.

Biología molecular Dispositivos pequeños que contienen material biológico, empleados para la obtención de información biológica.

BIOLOGÍA Y EVOLUCIÓN TECNOLÓGICA.

COMPUTADORES BIOLÓGICOSUna bacteria que puede resolver problemas matemáticos complejos,

mucho más rápido que su contraparte de silicio. E. coliJournal of Biological Engineering Problema del Camino Hamiltoniano

La computación bacteriana es una nueva forma de resolver problemas NP-completos utilizando las ventajas inherentes de los

sistemas genéticos.Millones de bacterias puede evaluar todas las rutas posibles en forma simultánea.

Biólogos han trabajado en conjunto para crear un "registro de partes biológicas"(más de 60 nuevos componentes a la lista)http://www.jbioleng.org/content/3/1/11/abstract

La entrada de las puertas lógicas (?) pasarían a ser de códigos de ADN.

VENTAJAS:Velocidad Miniaturización Alto Potencial de almacenamiento de datosoferta de materias-primas / bajos costos / Menos productos y sub.-productos tóxicos?Tamaño y relación tamaño -velocidad de procesamiento

Computadoras "de ADN"

Históricamente ciencia y tecnología han competido por el protagonismohasta en los presupuestos estatales.

"el énfasis en el desarrollo de las ciencias básicas promueve innovaciones tecnológicas inesperadas.

Y recíprocamente, estas últimas repercuten sobre las ciencias básicas, suministrándoles técnicas con las que antes no contaban

y las empujan hacia adelante.

En lugar de haber competencia lo que hay es simbiosis, como dirían los biólogos".

Eduardo Mizraji

Muchas Gracias!

VII Seminarios de Estudios Avanzados sobre Diseño Molecular y Bioinformática:

FECHA: 24 al 28 de Agosto de 2009LUGAR: La Habana Cuba

Teoría, la experimentación y modelación de las interacciones moleculares.

Simulación social computacionalForo de Ciencias Sociales, Mayo 2009. Bergen Noruega.

Las formas tradicionales de estudiar la realidad desde las Cs. Soc. tiene fragmentaciones epistemológicas, y sobre todo metodológicas.

José Manuel Magallanes - Peruano, Matemático, Mag. Ciencias Políticas, Dr. en Psicología

Utilizar la computadora para crear comunidades virtuales donde los investigadores pongan a prueba sus hipótesis.

Evolución, complejidad y tecnología

CRÍTICAS – Creacionismo y Diseño inteligenteFundamentos:Falta de evidencias paleontológicas de spp. intermedias..Improbabilidad” de que vida evolucionó de la “no-vida”

Harun Yahya. .. 6 millones de Euros… bloquea web de Richard Dawkings

Hoy: Compatibilidad entre fe y razón (se incluye la discusión del diseño inteligente en la conmemoración del 150 aniversario de teoría de la evolución)

Evolución

Eduardo Mizraji6 millones de euros