Filosofía de célula, virus y viroides

Es complicado definir vida. Por la sencilla razón de que es un fenómeno evolutivo. Es decir, no es un estado estacionario. La vida misma ha concretado algunas de sus características desde su origen. Incluso ha adquirido algunas que consideramos hoy como algo esencial, consustancial a la vida. Pero que no las tenía al principio.

Para resolver la cuestión podemos recurrir a dos enfoques. Uno inclusivo, que trate de recoger todo lo que sea vida. Es un enfoque maximalista. Otro restrictivo. Que busca qué es lo mínimo que comparten todas las formas de vida. Incluso las más extremas, las que están en la frontera, las que dudamos en incluirlas dentro de lo vivo, como virus y viroides. Este es más bien minimalista. Sea cual sea el enfoque, en ambos casos hay que ir a las raíces, al origen de la vida. Para comprender qué tenía entonces, y definirla así (restrictivo) o para recoger toda la variedad que ha desarrollado desde entonces (inclusivo).

Hoy, tras haber leído un artículo de opinión de Edward Trifonov, me centro en el enfoque restrictivo. Gracias a él podemos llegar a una idea: la de información almacenada en moléculas, capaz de autoreplicarse fielmente, pero no exactamente, y de crear un entorno favorable a ese proceso; o de aprovecharlo si lo encuentra.

Viroide
Tomado de Cronodon.com

Esa definición altera la idea que tenemos de célula. Porque la célula ya no sería la vida, sino ese entorno favorecedor. Un entorno que la vida crea porque contiene las instrucciones para ello. O también un entorno que la vida aprovecha cuando lo encuentra. Y así incluimos virus y viroides como formas de vida. Porque sabrían usar entornos ya creados, aunque no sean propios. Tendrían por tanto dos modalidades: vida y vida a la espera de ser vida.

Con este concepto la vida baja a un nivel molecular. Y no sale de ahí. Y todo lo demás su hábitat. La vida no sería, entonces, un fenómeno celular. La célula dejaría de ser la unidad mínima de vida para cederle el trono a una molécula capaz de autorreplicarse al encontrar un entorno favorable para ello. Y capaz de pervivir mientras lo encuentra y no lo encuentra.

¿Y tú y yo? ¿Qué seríamos tú y yo? Seríamos portadores de vida. Pero no seríamos vida. Seríamos su producto, su entorno, su hábitat.

Bueno, como puedes comprobar, todo esto es modos de mirar. Uno de entre varios posibles. Ni siquiera uno que me convenza plenamente porque yo me inclino por entender la vida como una propiedad emergente, algo que ninguno de sus elementos tiene pero que aparece cuando se juntan todos. Algo que posee el conjunto pero no las partes. Igual que las ruedas de un coche o su volante no tienen la propiedad “ir a alguna parte” a no ser que se organicen con todos los elementos necesarios.

Pero me ha interesado mirar así. Me gusta contemplar las cosas desde varios ángulos. Me amplía. De hecho, admito que tiene mucho sentido desde el punto de vista de la biología molecular.

Pero, ¿sabes que te digo? Que sea yo un ser vivo o un mero portador, me voy. A tomar un café. Ahora mismo… :P

Complicado, complejo, diverso, adaptativo

ResearchBlogging.org
No es raro confundir ambos términos, complicado y complejo. Pero son claramente distinguibles. Complicado suele hacer referencia a un alto número de elementos materiales, de objetos. Incluso a una amplia variedad de los mismos. Complejo, en cambio, indica un elevado número de interacciones.

Lo complicado se puede reducir clasificándolo. Incluso podemos retirar una parte de los objetos sin que el sistema pierda calidad de funcionamiento. Lo complejo no. Al menos, no sin consecuencias. Todo el sistema puede cambiar perdiendo una conexión, creando una nueva, fortaleciendo o debilitando las que ya existían. Lo que ocurre es que se requiere tiempo para apreciar los cambios en complejidad, mientras que los cambios en complicación son inmediatamente perceptibles.

Red compleja
Fuente: TIEE

Nuestra ciencia es, en gran parte, un estudio de lo complicado hecho sencillo. No tanto de lo complejo. Porque lo complejo es la parte invisible de los sistemas. Es más fácil percibir a un elefante y a la hierba que la influencia de ese elefante sobre la hierba. Así, tendemos a valorar las cosas por lo complicadas que son, no por su complejidad. A pesar de que en esta última propiedad suela residir una mayor parte del valor y del conocimiento. Y también porque la red de interacciones de un sistema suele sobrevivir a sus miembros. Un elemento puede perderse pero eso no supone un problema siempre que otros puedan suplir la función que ejecutaba. El colapso por pérdida de complicación solo se presenta cuando el ritmo de pérdidas es más alto que el de sustituciones o cuando los desajustes creados por sustituir las interacciones originales por otras similares, aunque no iguales, se acumulan. El colapso por pérdida de complejidad podría suceder desde el primer momento o retardarse en el tiempo.

Y es que el tiempo es muy importante en los sistemas complejos. Es él el que evidencia los procesos, las interacciones no visibles. Pero no un tiempo lineal, no. Más bien un tiempo no lineal en el que aunque ocurran cosas no hay consecuencias durante intervalos muy prolongados; hasta que, de pronto, sucede una brusca transición entre modos de funcionamiento; de uno, con unas interacciones, a otro, con otras.

Los sistema complejos pueden ser automáticos o adaptativos. En los automáticos, los elementos no toman decisiones acerca de qué interacciones activar o no en función del contexto. En los adaptativo sí. Eso implica que debe existir una memoria, una percepción y, si es posible, una capacidad de predicción. La memoria contendrá un mapa de las posibles respuesta y las circunstancias en las que deban ocurrir. La percepción deberá obtener información ambiental o del propio sistema para poder construir buenas decisiones. Por otro lado, la predicción ayuda a que los continuos procesos de toma de decisión sucedan más rápidamente.

Pero en los sistemas complejos adaptativos también juega un papel la diversidad. Gracias a la diversidad las respuestas bruscas que ocurrirían solo con memoria, percepción y predicción se suavizan. Si todos los elementos respondieran en el mismo momento, las fluctuaciones serían mucho más intensas que si cada elemento pone en marcha su respuesta en valores diferentes del estímulo, si cada elemento tiene una sensibilidad distinta.

Ventilación en panal
Fuente: Wausberg en Wikipedia

Eso pusieron de relieve, en su estudio sobre abejas, Julia Jones y su equipo, de la Universidad de Sidney. Buscaban la razón de que la abeja reina tuviera varios apareamientos y de que les fuera mejor a las colmenas más diversas. Y encontraron que, en ese tipo de colmenas, las obreras que no son hermanas muestran distinta sensibilidad a la temperatura. Las colmenas se calientan porque hay individuos que están aleteando constantemente y sus músculos desprenden calor. Y se refrigeran si el aleteo se produce en la entrada y si una parte del enjambre abandona el nido. Y es que la temperatura tiene una incidencia notable sobre el desarrollo de las larvas y sobre los ataques parasitarios que puedan sufrir. En las colmenas menos diversas, el “termostato” es más homogéneo y el control de la temperatura es más inestable, menos fino. En las más diversas hay una puesta en marcha o un apagado gradual y eso hace que las variaciones térmicas sean mucho menores.

Este estudio permite ver a la diversidad como una propiedad importante de los sistemas adaptativos complejos, que suaviza los cambios de funcionamiento que las tomas de decisiones impliquen y estabiliza dichos sistemas.

Jones, J. (2004). Honey Bee Nest Thermoregulation: Diversity Promotes Stability Science, 305 (5682), 402-404 DOI: 10.1126/science.1096340

Crisis económica y auge del fundamentalismo conectados por su raíz ecológica

Este post va dedicado a Juan López de Uralde, Nora Christiansen, Christian Schmutz y Joris Thijssen. Y no va nada, nada dedicado a la ¿justicia? danesa.

Fundamentalmente vivimos en un mundo en el que las necesidades básicas se han mezclado con los lujos. El pan se fabrica y transporta con el mismo combustible que los perfumes. Así, los más ricos han ido detrayendo recursos que podrían haber sido usados para cubrir las necesidades de los más pobres. Pero ese mundo, insostenible, intentó mantenerse a base de ampliar el número de ricos. Y de convertir en ricos a los que trabajaban para los ricos. En la esperanza de que esos nuevos potentados aumentarían, con su consumo, el número de trabajadores, en un pretendido círculo virtuoso que terminaría con la historia de la humanidad, desembocando en un paraíso terrenal prometido por economistas neoliberales que pretenden que nada nuevo se ha inventado desde Adam Smith.

Pues no.

Compras inútiles

Fuente: http://tinyurl.com/yc9pspm

Porque en todo sistema hay mecanismos acumulativos, sí, como los descritos, como los deseados. Pero hay dos cuestiones básicas que no han sido tenidas en cuenta. De ahí lo de neoliberales ingenuos (en realidad es estúpidos, pero hoy me siento caritativo).

La primera, que el sistema ha de alimentarse de materia y de energía. De recursos, vamos. Y alimentarse sin parar si quiere existir sin parar. Y alimentarse de tantos más recursos cuanto más acumule. Porque acumular mucho cuesta mucho. O sea, que ser rico es caro y ser muy rico es muy caro.

La segunda, que los sistemas, además de mecanismos acumulativos tienen mecanismos disipativos. Es decir, formas de expulsar lo que no se desea (entropía se le llama en ciencia). ¿Pero expulsar a dónde? Afuera. Es decir, se necesita un “fuera”. No todo puede estar dentro del sistema. Un fuera donde echar nuestra basura, nuestra entropía. Un fuera en el que vive gente que no está dentro.

Antes de que nos hayan estallado las dos crisis, la de recursos y la de entropía, el sistema se ha atascado por sí solo, sin mucha ayuda. Se ha atascado porque para mantenerse necesita un consumo creciente. Eso suma tres crisis (consumo, recursos, entropía). Que, por cierto, son todas las crisis posibles en un sistema: entradas, salidas y funcionamiento. Y lo peor es que no puede volver a ponerse en marcha. Bueno, sí puede, pero creando más exclusión, más “fuera”, y consumiendo más recursos.

Simplemente, la vida como la conocíamos ya no existe. Habitamos en un espejismo, que se parece a cómo vivíamos, a la espera de lo que venga.

¿Cómo sabemos que eso es así?

Evoución del precio del crudo

Fuente: http://tinyurl.com/yfr7c9j

Lo primero porque cada vez cuesta más extraer recursos. Su precio cada vez es mayor y su disponibilidad cada vez menor. ¿Has mirado la evolución de los precios de las materias primas esenciales, como fosfatos o petróleo, o de productos básicos de consumo, como alimentos?

Lo segundo, porque los ecosistemas están descoyuntándose. En el océano y en tierra firme. La climatología está variando, la distribución, diversidad y fenología de las especies también. Es un cambio muy brusco, no por su magnitud (en la historia de la Tierra ha habido cambios mucho más potentes) sino por su carácter repentino.

Pero cometemos un error cuando pensamos que el cambio afecta sólo al escenario. Y además, al escenario externo. Porque los ecosistemas los percibimos como ajenos, alojados nosotros en las ciudades y pueblos. Que no son otra cosa que zoológicos de piedra, ecosistemas refugio. Y cuando decía que se están descoyuntando los ecosistemas me refería a todos, incluidos los humanos artificiales. De ahí las hambrunas y pobrezas extremas, que afectan a, como mínimo, una de cada seis personas que existen. Y subiendo. De ahí fenómenos como el terrorismo islamista, que en realidad son respuestas a una forma de vida contemplada como injusta por los que están fuera del mundo occidental (excluidos del bienestar en su mayoría). ¿Y cómo no van a ver la forma de vida occidental injusta si consume recursos que necesitarían los pobres y que se alía, para pertuarse, con poderosos locales injustos como ocurre ahora en Yemen?

¿Significa eso que los de fuera son los buenos y los del sistema neoliberal los malos? Pues creo que los de fuera llevan razón en la raíz de su rebelión, pero eso no significa que su razón vaya más allá. Que me guste la austeridad que proponen y su apuesta por el acceso de los pobres a los recursos no significa que me guste la forma de vida pública que quiere imponer la corriente predominante. Ni un pelo. Es más, me disgusta tanto que aunque comparta con ellos el desagrado por la forma de vida occidental (aún disfrutándola), los considero mis enemigos. A ellos y a otros de aquí también. Porque lo mejor que ha dado la historia son los Derechos Humanos. Es una obligación incorporar su parte de razón y luchar contra los enemigos de los derechos humanos (como Jorge Loring hablando de la virginidad, al cual me niego a ponerle un link).

En algún momento se tendrá que hacer una síntesis de lo bueno. De la austeridad, el cuidado del entorno y la atención al legado hacia las generaciones futuras, con la defensa de los derechos humanos. Pero hoy, esa vía, no existe mayoritariamente. El mundo está polarizado entre quienes defienden los derechos humanos y la riqueza de unos pocos, por un lado, y los que defienden mejor reparto de la riqueza y abominan de los derechos humanos y las libertades cívicas individuales, especialmente de las mujeres, por otro.

Esta será la década de la síntesis o no será.

Y no es esa frase una profecía, no. Es más bien un proyecto de epitafio, una cuenta atrás. A diferencia de otras crisis, esta es una provocada por el enorme poder que hemos acumulado. Es, por tanto, una crisis poderosa. ¿Quién realizará la síntesis? Quizá los excluidos de dentro, quizá los valientes, quizá los sensatos, quizá los más jóvenes

Pero mientras nos preocupemos por estas idioteces no es el camino, no… Por muchos fuegos artificiales que les pongamos.

Niveles de organización

Para mi gusto, una de las idea más poderosa de la biología. Pero para los alumnos, por mi experiencia, es poco relevante. En el fondo, siempre me ha dado la sensación de que hablando de esto no logro captar su atención. A ver si escribiendo…

Un nivel de organización, en el fondo, es una cosa muy sencilla. Basta con definir cuál es elemento básico. Una comparación me podrá ayudar. Podemos entender el fútbol fijándonos en el jugador. Qué hace, cómo entrena, cuáles son sus habilidadades. Podemos entender el fútbol fijándonos en el equipo. Cómo se organiza en el campo, qué jugadas entrena, qué jerarquía hay en él entre sus componentes. O podemos fijarnos en la liga. Qué equipos están picados entre sí, qué posición ocupan, qué aspiraciones tiene. O en una liga de ligas. O en jugadores de un país.

Tomada de flickr.com/photos/marcorecuero/2194702437/

En fin, que en el ejemplo hemos definido varios elementos básicos. Si nos fijamos en uno, estamos en un nivel de organización. Si nos fijamos en otro, estamos en otro nvel de organización. ¿Cómo se pasa de un nivel a otro? Juntando elementos básicos para formar otros elementos básicos. Juntando jugadores formo equipos, juntando equipos formo ligas, etc. Es como una muñeca rusa, que tiene dentro otra y está dentro de otra.

En realidad, todo en el Universo sigue esa pauta. Todo el Universo es un gigantesco conjunto de muñecas rusas. Vamos a ir abriéndolo, pero empezando de lo más pequeño, de lo más básico. Y vamos a juntarlo para formar algo nuevo, una muñeca rusa mayor, que luego meteremos en otra. Y así.

El primer nivel de organización de la materia, la muñeca rusa más pequeña, está constituido por las partículas subatómicas, tales como protones, electrones, etc. (es mentira, porque los protones y los neutrones tienen partes, pero como si fuera verdad, porque esas partes no se separan entre sí en las circunstancias de la vida normal). Estas unidades se encuentran organizadas en un nivel superior o nivel atómico. Es decir, se juntan y forman una unidad nueva, el átomo. Y los átomos se unen formando moléculas. Esa es otra unidad básica de un nivel de organización mayor, de otra muñeca rusa.

Hasta ahora tenemos partículas subatómicas, átomos y moléculas. ¿Por qué existen los átomos? Pues porque pueden. Porque en las condiciones que se dan en el mundo son posibles. Un átomo es una consecuencia de las partículas subatómicas, de sus propiedades, de la forma en que se influyen entre sí. Pero también de cómo es el Universo en el que están, de cuál es la temperatura, la presión, la densidad, etc.

¿Y las moléculas? Pues lo mismo. Existen porque son posibles. Y son posibles porque unos átomos pueden relacionarse con otros en muy diversos contextos.

Existen sólo unas pocas partículas subatómicas, pero se pueden combinar de varias maneras. Por eso existen más átomos que partículas subatómicas. ¿Y moléculas? Pues muchas más que átomos, porque se pueden combinar de muchos modos. ¿Por qué tantas? Por lo mismo, porque son posibles. Son más abundantes las que son más posibles. Pero si cambio las condiciones, las que antes eran abundantes ahora son sustituidas por otras, más posibles. Así, hay muchas moléculas porque hay muchos átomos que se combinan de muchas maneras en muchos contextos.

Tomado de dread.demon.nl/2005.html

Conocer un nivel de organización es responder a cuatro preguntas: quién, con quién, dónde, cuándo. El elemento básico, las relaciones entre ellos y las condiciones bajo las que suceden. Es decir, que las propiedades de los elementos son importantes, pero también el contexto, las propiedades del lugar y del momento en el que se encuentran los elementos básicos. Sean partículas, átomos o moléculas.

La unión de elementos es algo fundamental en los niveles de organización. Pero también que, al aparecer elemento nuevos, se crean propiedades nuevas. El mundo es mucho más que electrones y protones. Esas propiedades nuevas que aparecen, acompañando a los elementos nuevos, se llaman propiedades emergentes.

Si seguimos con la lógica de las muñecas rusas, las moléculas pueden unirse entre sí. Formando macromoléculas que, agrupadas y organizadas, constituyen el siguiente nivel de organización, el de los complejos moleculares. ¿Adivinas? Pues se agrupan en otro nivel superior, el de orgánulos celulares, que se integran a su vez en un nivel superior o nivel celular. Aquí aparece por primera vez una propiedad emergente, en la célula, que sus elementos no tienen por separado. Esa propiedad emergente recibe el nombre de vida. Hasta aquí, todos los sistemas enumerados carecen de vida. A partir de aquí, todos los sistemas enumerados cuentan con ella.

¿Por qué surge la vida? Porque puede. Porque es posible. Porque hay elementos que interaccionan de una manera concreta en un contexto apropiado. Si surge la vida es porque es posible en este Universo. Probablemente en más de un sitio, ya que el Universo es lo suficientemente grande como para que el contexto que ha dado lugar a la vida se repita, exista en más de un sitio.

Y la vida no se detiene ahí. Agrupa células en una nueva muñeca rusa y hace aparecer nuevos conjuntos. Porque puede hacerlo bajo unas ciertas condiciones. Los conjuntos de células constituyen el nivel de organización llamado tejido. Éstos a su vez se integran formando órganos que se agrupan en sistemas de órganos o aparatos, cuyo conjunto constituye el organismo.

La organización de la materia viva no acaba aquí, puesto que en la naturaleza no encontramos seres vivos aislados. El primer nivel de organización situado por encima del individuo es la población, que podemos definir como aquel conjunto de individuos pertenecientes a la misma especie que habitan un área determinada. Las poblaciones son entidades reales que tienen su propia organización, y no meras yuxtaposiciones, meras sumas, de individuos independientes. Por esta razón, las poblaciones realizan sus funciones como un todo, renovando sus individuos de la misma manera que un organismo puede renovar sus células, sin que por ello se destruya su identidad. Todos los miembros de una población comparten las mismas fuentes de alimento y el mismo territorio y se reproducen entre sí con mayor o menor preferencia, formando de este modo una unidad biológica coherente.

Sin embargo, una población mantiene también interacciones con otras, dando lugar a otro nivel biológico superior, la comunidad o biocenosis; que podemos considerar como un conjunto de poblaciones mutuamente acopladas, que habitan un área natural.

Podemos considerar aún, un último nivel de organización, el ecosistema, integrado por un bitopo o espacio físico de características ambientales uniformes, y una comunidad que lo ocupa. El resultado final es el desarrollo de una capa sobre la superficie del planeta, denominada biosfera, donde se da el fenómeno de la vida, y que funciona como un todo integrado.

Tomado de flickr.com/photos/nantel/3248244981/meta/

¿Con esto se agotan los niveles de organización? Quién sabe. Podemos habernos saltado alguno por alto. Puede que si miramos las células de otro modo encontremos que hay en ellas partes en las que no habíamos caído, en las que no nos habíamos fijado, a pesar de que supiéramos que estaban ahí. Quizá nos falte mucho por conocer.

Tener todas las piezas no es tener el puzzle hecho. Aquí está la frontera de la biología. Conocemos las partes que forman un ser vivo, pero no estamos seguros de saber para qué sirven, o con quién funcionan, y qué propiedades crean. Pongo una pregunta como ejemplo. ¿Depende la evolución de moléculas, de individuos, de poblaciones, de tejidos? ¿Cuál es la influencia de los órganos en la evolución? ¿El cáncer es un problema celular, molecular, de tejidos, de órganos o de ecosistemas? Mucho de lo que no entendemos queda más claro cuando lo contemplamos en conjunto, rodeado de lo que existe en su entorno, que cuando se analiza en un tubo de ensayo.

El Universo no son sólo electrones. O protones o neutrones o átomos.

El Universo es todo eso y las interacciones. Y los contextos. Las condiciones en las que suceden las interacciones. Cada tipo de elemento y cada tipo de interacciones es un nivel de organización. Y no sabemos si los conocemos todos.