12 junio 2006

Complejidad, entropía y evolución

Bueno, lo he conseguido, he sacado un ratillo para marcarme unas líneas sobre complejidad.

La idea de que a lo largo de la evolución existe una tendencia al aumento en complejidad está bastante arraigada en el pensamiento evolutivo de muchos biólogos, presentandose así en numerosas ocasiones filogenias que muestran una evolución claramente direccional. Esta tendencia dirigida ha hecho pensar a muchos en el aumento de complejidad como sinónimo de progreso evolutivo, siendo así la evolución el proceso de cambio dirigido cuya meta es la perfección. No obstante, en nuestros días, esta visión progresista ha sido dejada un poco de lado, de modo que se considera dicha tendencia al aumento de complejidad como resultado de los procesos evolutivos (¿predecible?), no como motor de éstos, quedando el dilema de si esta tendencia es pasiva o dirigida.

S. J. Gould1 en su libro "La grandeza de la vida" ya propone un modelo teórico que intenta explicar el aumento de complejidad en las distintas formas de vida. Él se decanta por una tendencia pasiva, pues analizando la distribución en complejidad en distintos taxa se observa que la variación en complejidad de los distintos taxones presenta una distribución normal. Por otro lado, analizando la complejidad de la biodiversidad actual en su totalidad se observa que esta sigue una curva dextrocúrica, estando la moda en la comlejidad de los organismos considerados más simples, es decir, las bacterias. Esta curva dextrocúrtica se debe a que existe un límite de complejidad mínima para la vida (al que Gould llama “muro izquierdo”) que impide la variación en ese sentido. Así, el aumento en complejidad biológica a lo largo de la evolución se explica como el resultado de una tendencia pasiva a partir de un nivel de complejidad mínimo.

La evolución de la complejidad biológica resulta así, por lo menos a mi entender, un concepto esencial a la hora de entender la evolución biótica (o al menos intentarlo). Pero, ¿tenemos evidencias empíricas que nos permitan entender tal evolución? Es en este punto donde realmente comienza la odisea ya que, teniendo que seguir el método científico para la obtención de datos, en este campo no hay un consenso acerca de algo tan esencial como es la definición de complejidad. Además presenta el añadido de que tomando la definición que sea, esta debe permitir elaborar una aproximación empírica, es decir, elaborar un sistema para medir o cuantificar dicha complejidad.

Entonces, ¿cómo definimos complejidad? Distintos autores han propuesto definiciones que implican distintos tipos de complejidad. Destacan, McShea2 que plantea ejemplos en los que diferencia entre complejidad estructural y complejidad funcional, y Simmon3, que habla de una complejidad jerárquica en la que se observan distintos grados de complejidad en las partes que forman un determinado nivel jerárquico de la vida. Con esto se liga al concepto de complejidad el concepto de jerarquía.

Ante las distintas definiciones de los conceptos han sido expuestas distintas hipótesis4 para explicar el aumento en la complejidad biológica, como por ejemplo, las hipótesis de la entropía, de la intensificación energética o de la versatilidad, entre otras. Personalmente, la que más me llama la atención es la teoría de la entropía, que está basada en los principios de la segunda ley de la termodinámica. Dentro de esta se diferencian dos escuelas, entre ellas la escuela de la teoría de la información, basada en los postulados de Shannon. En esencia plantea que la evolución de una entidad se produce por una dispersión entrópica en los morfoespacios de dicha entidad, tal y como lo hacen las moléculas de gas en un recipiente que lo contenga. Así, en mi opinión, dado que realmente no hay un consenso acerca de la definición y de su aproximación empírica, no se puede sacar una conclusión clara acerca de la existencia de una tendencia dirigida o pasiva, aunque, cada vez más, parece que se trata de un proceso pasivo.

Referencias
  1. Gould, S. J. 1997. La grandeza de la vida. La expansión de la excelencia de Platón a Darwin. Ed. Grijalbo Mondadori, Barcelona.
  2. McShea, D. W. 2000. Functional Complexity in Organisms: Parts as Proxies. Biology and Philosophy 15: 641-668.
  3. Simon, H. A. 1962. The architecture of complexity. Proc. Am. Phil. Soc. 106: 467-482.
  4. McShea, D. W. 1998, Possible largest-scale trends in organismal evolution: eight “Live Hypotheses” Annu. Rev. Ecol. Syst. 29:293-318

Artículos de interés sobre estudios empíricos de complejidad:

  • Adami, C., Ofria, C., Collier, T. C.; 2000; Evolution of biological complexity; Proc. Nat. Acad. Sci., vol. 97(9):4463-4468
  • Adami, C.; 2003; Sequence complexity in darwinian evolution; Complexity; Wiley Periodicals, Inc., Vol. 8(2):49-56
  • McShea, D.W., 2002. A Complexity Drain on cells in the evolution of multicelularity. Evolution 56:441-452
  • McShea, D. W. 1993. Evolutionary change in the morphological complexity of the mammalian vertebral column. Evolution, 47(3).

6 Comentarios:

  • A mi parecer, no es el mejor libro de Gould. Me pareció un poco flojo en cuanto a contenido.
    Por otra parte, estoy de acuerdo en que la idea del muro izquierdo es interesante y, al igual que el mismo Gould ejemplifica hasta la saciedad en su libro, resulta extrapolable a muchos resultados observados en la naturaleza.

    ¿Cuando daremos el lugar que merece a las bacterias?

    By Blogger Gon, a las 3:29 p. m.  

  • No, no he dicho que sea su mejor libro (a mi el de "La vida maravillosa" es que me tiene enamorado, y el de "La estructura de la Evolución" lo tengo ahí en la estantería esperando a ser leído, como muchos de los aquí presentes). El que haga alusión directa a ese libro es simplemente porque es en donde habla sobre la idea del "muro izquierdo" y la tendencia hacia un aumento en complejidad.

    Y bueno, en cuanto a cuando daremos el lugar que se merece a las bacterias (mejor dicho, procariotas)... Yo no solo me pregunto eso, si no que también me pregunto por el resto de formas de vida unicelular (eucariotas unicelulares). Lo digo porque, aunque más complejos que una bacteria, los eucariotas unicelulares siempre se han considerado formas de vida simples (dentro de lo que es un eucariota); pero... ¿Y si nos ponemos a comparar entre organismos eucariotas? A simple vista, por ejemplo, una angiosperma (eucariota pluricelular) es aparente más compleja que un diatomea (eucariota unicelular), no obstante esta complejidad no es comparable, pues en el momento en el que nos surje el concepto de complejidad jerárquica nos surgen distintos niveles de organización. Ahora, si en vez de comparar al individuo entero, comparamos entidades de niveles equivalentes, en el caso del ejemplo anterior, una célula (aislada) de una angiosperma (eucariota pluricelular) frente a la única célula que es una diatomea (eucariota unicelular). En este caso, se observa una mayor complejidad en el organismo unicelular, pues presenta mayor número de estructuras y de funciones, lo que vendría siendo una mayor complejidad estructural y funcional. Es decir, el alga unicelular es capaz de realizar más funciones que la célula de una angiosperma, lo cual es lógico pues ésta última está sacada de su contexto biológico, siendo ésta en realidad una parte integrante de un todo, especializada funcionalmente y estructuralmente como consecuencia de un reparto de tareas, por lo que realizará menos funciones que una diatomea, la cual depende de si misma para sobrevivir.

    Así, como efecto de la norma de reacción, el ambiente también desempeña un papel esencial pues la complejidad funcional no va a ser la misma en su ambiente original que en otro contexto. Por tanto, ¿qué es más complejo: un Mycoplasma, parásito unicelular de los pulmones humanos, o una célula humana de las que parasita? Ambas dependen de los intercambios de productos con otras células y ambas están en su contexto. En este caso, podemos analizar su complejidad genómica (relacionada directamente con la c. estructural y funcional), viendo que realmente el genoma de Mycoplasma presenta un grado de complejidad mayor que la célula humana, ya que el primero, a pesar de tener muchisimos menos pares de bases, tiene una expresión génica proporcionalmente mayor que la célula humana especializada (como resultado de su especialización mantiene inhibida gran parte de su genoma dejando activa la porción específica que la diferencia).

    No se... Deberiamos replantearnos la importancia de esos seres vivos tan diminutos, que no solo muestran una complejidad superior a la que se aprecia a simple vista, si no que son las formas de vida más abundantes y diversificadas de la actualidad.

    By Blogger Mannyac Boy, a las 9:44 a. m.  

  • Estoy de acuerdo. Ahí radica la importancia de la ecología. A veces (de hecho, SIEMPRE) nos es imposible analizar un organismo unicelular fuera de su contexto ecológico: su ciclo vital está ligado de manera intrínseca al intercambio de nutrientes y a la obtención de energía de su ambiente circundante. ¿Somos los seres pluricelulares un agregado de organismos unicelulares? Al fin y al cabo, el cuerpo humano es un ecosistema, una asociación de células que permiten mantener un hábitat estable unas gracias a las otras y viceversa. ¿Puede representar el paso a la pluricelularidad una manera de tamponar las fluctuaciones de las variables ambientales?

    By Blogger Gon, a las 11:04 a. m.  

  • Yo soy de aquellos que piensan en la pluricelularidad como un rasgo, una plesiomorfía (de esas bien bien viejas) y en nada más. Está claro que es un rasgo demasiado importante como para pensar en él simplemente así. Pero es la cruda realidad. Otra cosa es que al final haya resultado en una clara adaptación. Sin embargo, yo no veo que solo hayan sobrevivido los organismos pluricelulares. Es más. Ni siquiera veo que los organismos pluricelulares hayan tenido más eficacia biológica. Es insignificante la cantidad de individuos (entendidos como complejos de genes) que hay de una especie eucariota en comparación con casi cualquier especie procariota.
    Está claro que a las bacterias se las pasa por alto bastante. Si tenemos suerte, en pocos días voy a poner un post sobre bacterias bastante interesante. Ya veréis.

    By Blogger Leko, a las 3:54 a. m.  

  • Hola:

    buscando sobre la entropía te encontré, aunque también estoy muy interesado en la evolución.

    La idea básica sin la que el fenómeno humano resulta inexplicable es la evolución. La evolución es la característica fundamental de todo lo vivo.

    La atmósfera de la tierra primitiva era una mezcla de hidrógeno, metano, amoníaco y vapor de agua. Esta densa atmósfera, sometida a las radiaciones del sol, pudo originar moléculas orgánicas que son la base de las macromoléculas constitutivas de los seres vivos.

    Los mamíferos no han existido siempre. Han surgido de especies inferiores en proceso lento a lo largo de millones de años. La biología explica la evolución como resultado de las mutaciones que se producen en los genes portadores de la herencia. La selección de los individuos más aptos produce la evolución de las especies.

    El hombre, por su constitución orgánica no es excepción del proceso evolutivo, y, como tal, se le clasifica en el orden de los primates, suborden de los atropoides y grupo de los homínidos, que comparte con los símidos (orangután, chimpancé y gorila).

    Si observamos la serie de animales atendiendo a su progresiva complicación, nos encontramos con que, paso a paso, las relaciones de los organismos con su medio son cada vez más complejas, y paralelamente se da mayor desarrollo del sistema nervioso. Al recibir más información y al ser capaz de mayor actividad, el medio se va estructurando progresivamente.

    Se da el hombre cuando la bipedestación y la liberación de las manos permitió a algunos homínidos percibir los utensilios empleados por otros congéneres, y reproducir sus actividades. Esta imitación y reproducción de una misma actividad de un comportamiento colectivo, hizo posible la representación.

    Cuando unos homínidos percibieron mutuamente sus comportamientos y fueron capaces de reproducirlos, empezaron a poder representarse ante sí mismos su comportamiento futuro, y los utensilios empezaron a ser objetos con valor de actuación, con significado. La representación del propio ejercicio anticipado es justamente la conciencia vinculada a un fin. En ese mismo momento, los objetos pudieron ser simbolizados. Con lo que el lenguaje empezó a estructurar lo que era medio de estímulos y señales en un mundo de objetos.

    La reproducción de acciones instrumentales ajenas, y la representación de los objetos de unos sujetos por otros sujetos, hizo posible la estructuración de un mundo de objetos para un sujeto, y con ello la inauguración de un nuevo proceso evolutivo típicamente humano: la evolución cultural en sus dos aspectos: material (fabricación de herramientas) y formal (lenguaje simbólico).

    saludos

    By Blogger Antonio, a las 12:08 p. m.  

  • Hello

    [url=http://bontril-moza.blogspot.com/bontril[/url] http://bontril-moza.blogspot.com/]
    See you

    By Anonymous Anónimo, a las 10:25 p. m.  

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