MODULO IV UNIDAD 4 INICIO

UNIDAD INTEGRADORA

El presidente se acerca a Chou y le explica que debe tratar de entender los gráficos de estos cuatro capítulos, donde está el resumen del tema. Y le cita una corta expresión de Einstein: "lo que no soy capaz de graficar es porque no entiendo."

MODULO IV UNIDAD 4 CAPITULO 1

APARTAMIENTO DEL EQUILIBRIO Y COMPLEJIDAD.

Nuestro propósito en esta unidad integradora es tratar de ver a vuelo de pájaro la contestación a las grandes preguntas biológicas, basandolas al mismo tiempo en la teoría de las autoorganizaciones, en la biología evolucionaria y en la molecular.

¿Por qué la vida sobre el planeta se nos presenta de una cierta manera y no de otra manera alternativa?

Es un sistema complejo con diversos atractores, o sea diversas posibilidades finales de evolución.

Cada uno de los cinco reinos fue evolucionando hasta mostrar ejemplos extraordinarios en que exhiben las características más adecuadas para sobrevivir.

Los cinco reinos están ubicados en un sistema abierto, con diurno aporte de rayos solares, por lo menos en la superficie de los biotopos terrestres y acuáticos. Algunas extrañas formas de vida se alimentan en el fondo del mar con gases que escapan de la olivina terrestre. Las condiciones son entonces de apartamiento del equilibrio. Queremos saber si ello es una invitación hacia la complejidad de las sucesivas formas biológicas, formas que son autoorganizaciones heredables. Como son autoorganizaciones, queremos repasar el tema de si lo son cada vez más. Lo mismo con respecto a la condición de heredables.

El primero de los conceptos mencionados se entiende al observar una mezcla de dos sólidos granulares muy bien mezclados, digamos granos de maíz y granos de soja. La mezcla de ambos materiales no ofrece sorpresa. Si les damos a un niño un manojo de granos de maíz y luego un manojo de porotos de soja, para que juegue con ellos en una lata vacía, el resultado más esperado por nosotros es que van a terminar mezclados. Un científico estaría de acuerdo con que esta mezcla está en una condición de equilibrio, donde el resultado tiene el menor elemento de sorpresa, la menor información, el menor cambio si se sigue mezclando y está así asociado con la máxima entropía, que se suele correlacionar con desorden. Estamos entonces en condiciones de entender un experimento llevado a cabo por Holftreter e informado en la revista Pour le Science por los autores Jean Paul Thery y Brigitte Boyer,, septiembre de 1992, p. 38.

ENSAYO DE HOLFTRETER DE LA SEGREGACION CELULAR.

Holfstreter toma dos fragmentos de tejidos diferentes y destruye en ellos la cohesión celular, valiéndose de un medio alcalino, que corresponde a un pH elevado, fig. 1. La mezcla o el mosaico aleatorio de las células separadas de ambos tejidos y vueltas a mezclar, la podemos imaginar, a otra escala, similar a la mezcla de maíz y soja obtenida por el niño, fig. 2, que ha de merecer por parte de un termodinamicista no demasiado crítico la misma calificación: se trata de una mezcla aleatoria, con poca capacidad de sorpresa, mucha entropía o desorden y aparentemente perteneciente a un estado en equilibrio, fig. 3. La mezcla se autoorgasniza progresivamente, en el sentido siguiente. Las células del primer tejido se buscan para establecer una confluencia, cuya causa es la presencia de proteínas membranarias de cada tipo de célula, proteínas que se denominan adhesivas y son del tipo de las N-CAM (neural cell adhesion molecule), sobre las cuales volveremos en otra oportunidad. Lo que se observa que dos células del mismo tipo se ligan, los grupos de dos se vuelven a ligar, y así siguiendo, fig. 3.

Fig 1                   Fig 2              Fig 3

El resultado final consiste en que se notan los dos tipos de células juntándose para dar, autoorganizadamente, una imagen de segregación celular que ocurre espontaneamente. Los dos materiales involucrados, o sea los dos tipos de célula, se puede describir como que prefieren la aglutinación y la coalescencia en grupos del mismo tipo antes que permanecer mezclados (figs. 4 y 5). El mérito de este aumento de la capacidad de sorpresa, de esta disminución de la entropía y de este alejamiento del equilibrio se debe a los materiales fabricados por la naturaleza, a las proteínas membranarias de adhesión que no han sido destruídas durante la alcalinización inicial del medio. Observamos el resultado sorprendente de que si los constituyentes han sido formados por seres vivos que sintetizan proteínas membranarias de adhesión, la condición que llamabamos de equilibrio es comparativamente inestable y la nueva condición de segregación celular es comparativamente estable. Al analizar la situación, se nos mezclan las ideas de sencillez y complejidad, de orden y de desorden, de aumento de la capacidad de sorpresa y de disminución de la misma (fig. 6).

Vamos a dibujar un sistema de ejes coordenados, esto es, con abcisas (eje de horizontal de las x) y con ordenadas (eje vertical de las y).

Sobre la izquierda del eje de las abcisas, vamos a imaginar mezclas aleatorias de ingredientes, como las mezclas de maíz y soja, mezclas que habitalmente interpretamos como típicas del equilibrio. Sobre la derecha, en el sentido creciente de las x, vamos a imaginar las células mostrando toda su segregación, como en la fig. 5. A la extrema izquierda no podemos imaginar vida de baja tecnología alguna: la vida, por muy primitiva que sea, por lo menos tiene algo de orden, una pequeñísima división de trabajo, una segregación incipiente si más no sea entre citoplasma y membrana, y si es un eucarionte unicelular, tambien entre núcleo y citoplasma y dentro del citoplasma, los cloroplastos, las mitocondrias y otros organelos que son de un alto orden, como los aparatos de Golgi. Entonces el origen del gráfico no debe estar asociado con vida alguna, la cual debe aparecer algo más hacia la derecha. El nombre de las abcisas será APARTAMIENTO DEL EQUILIBRIO., desde la mezcla donde no hay vida a la izquierda hasta la máxima división del trabajo donde se pueden visualizar elementos superiores de la vida, tales como el encéfalo con sus divisiones y mapas y el organismo que es manejado por él, a la derecha. Diremos que a la derecha las condiciones de esos órganos son de desequilibrio, ya que continuamente ingresa allí glucosa y ATP y egresa calor, CO2 y H2O. Si le creemos a Kauffman, diremos que están en el borde entre el caos y el orden. Las enfermedades mentales muestran en sus señales (por ejemplo, en los Electro Encefalo Gramas) una tendencia hacia el orden, orden máximo en un ataque de epilepsia. La secuencia desde la fig 1 hasta la 5 es una imagen aproximada del avance de las abcisas.

En las ordenadas o eje de las y vamos a graficar COMPLEJIDAD, entendida a la manera de Herbert Simon, pág. s.

COMPLE-                                                                                                                        HOMO                                                          H.
SAPIENS JIDAD                                                Monos
superiores                                                                   DELFIN                                                         Delfín

                           Reinos superiores

                               4 y 5





                       Reino 3





                 Reino 2

            Reino 1





                             APARTAMIENTO   DEL   EQUILIBRIO



 IMAGEN  DE  MAteria- . . . . . . . . . . . .  IMAGEN  DE  MATERIALES    QUE                        TERIAL
les QUE MEZCLADOS . . . . . . . . . . . . . . . .  SE   AUTOORGANIZAN
 PERMANECEN EN EL . . . . . . . . . . . . . .  ALEJADOS DEL EQUILIBRIO                                                              EQUILIBRIO   CON    EL        AMBIENTE           
EQUILIBRIO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  CERCA DEL CAOS

Fig 7 Gráfico de complejidad versus apartamiento del equilibrio.

En el eje horizontal, el apartamiento del equilibrio es el camino hacia las siguientes segregaciones: 1) la segregación intracelular con membranas y organelos, 2) la segregación celular con las producción de proteínas de adhesión celular , CAM y 3) la segregación tisular, de órganos y de sistemas de órganos, tambien basada en proteínas adhesivas para uniones intratisulares y mecanismos de inhibición por contacto para rechazos intertisulares.

En la parte baja del eje vertical estarán las estructuras de vida simples como el reino 1 (bacterias y algas) y algo más arriba el reino 2 (levaduras y protozoarios) . El reino 3 (hongos) estará en una situación algo superior y los reinos 4 y 5 (plantas y animales) acapararán el sitio más elevado, que con nuestra característica falta de humildad dejaremos que encabece el Homo sapiens, con su complejo cerebro parlante y creativo, seguido de otros géneros inteligentes. La línea que conecta las primeras protocélulas con los delfines, los monos y los hombres, es la siguiente, partiendo de formas menos complejas, y anotando entre paréntesis el nombre de la era geológica donde apareció cada estadio:

* las primeras protocélulas basadas en la vida del RNA (arcaico)

* reino 1 de los monera, unicelulares sin núcleo (proterofítico)

* reino 2 de los protista, unicelulares con núcleo (proterozoico temprano)

* reino 5 de los animalia, pluricelulares heterotróficos con movilidad,
subrreino de los bilateria, con simetría bilateral  (proterozoico)

* dentro de los bilateria, suprafilo de los deuterostomia, todos celomados  (proterozoico)

* dentro de los deuterostomia, filo de los chordata, con tejidos protectores
de la espina o cuerda (proterozoico tardío)

* dentro de los chordata, subfilo de los vertebrata, con capacidad
de fabricar dientes esmaltados y luego huesos (paleozoico)

* dentro de los vertebrata, mamíferos, con mamas (cenozoico)

* dentro de los mamíferos, placentarios, con placenta (cenozoico)

* delfines, grandes monos y hombres (un par de millones de años atrás)

La selección natural privilegia para la vida las oportunidades de llegar a las condiciones óptimas de Kauffman, o sea en el borde entre el orden y el caos, salvo para especies ubicadas en ecosistemas estacionarios.

Al llegar a ciertos niveles de apartamiento del equilibrio se crean condiciones para un salto en la complejidad, tanto más notable cuanto mayor sea la complejidad adquirida. La evolución pudo haber sido, ya sea gradual segun Darwin, o con esporádicos episodios más abruptos, segun Kauffman. Alejamiento del equilibrio y complejidad se alimentan recíprocamente, segun el análisis que sigue a continuación:

(1) El material proteico encuentra mecanismos para conseguir segregación celular (por ejemplo N-CAMs), y los genes en desuso y mutando ayudan a que surjan nuevas complejidades.

(2) Con una mayor complejidad se puede llegar a construir materiales más segregables y distinguibles en tejidos y órganos, genes que coevolucionen con otros y áreas más especializadas en redes neuronales.

(3) Vuelta a (1).

Hasta los sentimientos maternales tienen gran valor en el camino hacia la complejidad mayor. Nótese que tanto el apartamiento del equilibrio (segregación celular) como la creciente ecomplejidad, son fenómenos basados, en biología, sobre cambios de moléculas, más específicamente, cambios de polinucleótidos (genes) y de proteínas (CAMs, chaperonas, etc.). El resultado visible de estos cambios es la búsqueda y conquista de nichos ecológicos más grandes que se aprecia a medida que la vida avanza hacia formas más evolucionadas y complejas, a costa de alguna especie no tan desarrollada.

(Conclusiones en el Capítulo 4) Previo

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