viernes, 20 de enero de 2012

CAMBIOS ESCALARES EN LA NATURALEZA

¿Pueden complejos funcionales menores dar lugar a uno mayor?


Por Cristian Aguirre
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En una anterior serie de post referida a la propuesta de H.G. Muller para la emergencia de la complejidad funcional quedo pendiente la respuesta a la pregunta que titula este post. Es evidente que con la intervención de la inteligencia la respuesta a esta pregunta es del todo afirmativa. Pero lo que se precisa aquí es responder si esto es posible de modo estrictamente natural tal como lo propone el naturalismo. En este sentido, la propuesta de que la naturaleza puede producir complejidad especificada y funcional, se pretende defender asumiendo que un complejo funcional con complejidad irreductible puede formarse mediante la asociación de precursores menos complejos ya existentes y funcionales en otros contextos. Entonces si encontramos en la bioquímica a estos precursores menos complejos y ya funcionales en otros mecanismos biomoleculares (aunque no nos ocupemos sobre cómo surgieron), entonces es previsible y plausible que los complejos mayores sean fruto de esta asociación. Basados en esta estrategia se han emprendido múltiples críticas a la complejidad irreductible popularizada por Michael Behe. El sistema de coagulación de la sangre, el cilio y el flagelo, por citar los ejemplos más populares en esta controversia, se consideran formados mediante esta propuesta de modo que, según estos críticos, la CI, que para Behe implican tales mecanismos, no sería real.
Para introducirnos en el análisis de esta propuesta vamos a utilizar la crítica al desafortunado ejemplo de la ratonera propuesto por Behe como ilustración de la CI.
En dicho ejemplo se muestra que no hay forma más simple de conseguir una trampa para cazar a un ratón dado que, si a su complejidad mínima funcional le quitamos tan solo un componente, ya no habrá ninguna capacidad para cazar un ratón. A este ejemplo y al concepto que ilustra, se lo ha refutado mediante el argumento del gradualismo funcional, según el cual, si bien es verdad que los componentes por si solos no pueden funcionar como una ratonera, si son funcionales para otros propósitos, es decir, tienen funcionalidad singular (funciona por sí mismo sin necesidad de estar conectado a otros componentes) o ya han sido usados en otros contextos y, por lo tanto, sí podrían ser fijados por la selección natural para participar en una nueva sociedad estructural.
Estos críticos dicen que la palanquita de la ratonera puede funcionar como clip, el resorte sirve como muelle para cualquier otro uso y así con el resto de los componentes. Dada esta circunstancia, por extrapolación, ¿No podríamos esperar que también organismos más complejos pudieran tener componentes funcionales de carácter gradual fijables por la selección natural y entonces argumentar que la complejidad irreductible, como obstáculo para la evolución darwiniana, fuese así rebatida?.
Veamos entonces si es verdad que dicha refutación realmente funciona.
Multicontextualidad
Para ello debemos introducir un concepto llamado multicontextualidad. Este concepto nos habla de la capacidad de un componente para conectarse a otros contextos o estructuras. Si se diera el caso que un componente tan solo pudiera conectarse a un sólo contexto diremos que es monocontextual y si puede unirse a más de un contexto diremos que es multicontextual. El grado o su capacidad de unirse a un mayor o menor número de contextos está definido por su multicontextualidad.
Si abrimos cualquier artefacto veremos que muchos de sus elementos son multicontextuales. Un tornillo, por ejemplo, puedo usarlo en muchos artefactos aunque no en todos ya que no todos los agujeros roscados tendrán el mismo diámetro y grosor de torque. Una resistencia determinada también puede ser parte de muchos contextos electrónicos aunque no de todos de acuerdo al diseño. Ahora bien, si progresamos en la complejidad del componente notaremos que conforme es más complejo resulta ser menos multicontextual. Si comparo una resistencia con un microprocesador notaremos enseguida que el primero es mucho más multicontextual que el segundo que solo puede ser ensamblado en determinadas placas base que sean coherentes no solo con su conector físico, sino también con su contexto operativo.
Existe desde luego una demostración matemática formal de este principio de proporción inversa entre la complejidad de un elemento y su multicontextualidad, pero lo omitiremos para no recurrir a expresiones matemáticas.
Una forma sencilla forma de ver porque a más complejidad la multicontextualidad disminuye es mediante el siguiente ejemplo. Tenemos una estructura de 10 números decimales tal como puede ser un display numérico:
4 5 3 7 2 9 6 1 2 8 =========> 4 5 – 3 7 2 9 6 1 2 8
Si separo dos dígitos del resto tendré dos grupos de números uno de 2 dígitos y otro de 8 dígitos.
Resulta evidente que el primero es menos complejo que el segundo dado que existen menos combinaciones posibles del mismo con respecto del segundo. Si el primero tiene 10^2 = 100 valores posibles, el segundo tiene 10^8 = 100’000,000 valores posibles. De acuerdo a esto resulta claro que el primero es más multicontextual que el segundo para esta sociedad particular dado que tiene más contextos distintos posibles al cual conectarse a diferencia del segundo que solo puede conectarse con solo 100 contextos para esta sociedad o estructura particular.
Otra forma de entender este concepto de modo más gráfico es mediante la siguiente figura:

En la misma se presentan 3 grupos de piezas de un rompecabezas. A es un grupo de 10 piezas en color naranja, B de tan solo una pieza en color amarillo y C que tiene 60 piezas en color azul. Se puede observar que B es evidentemente mucho más multicontextual que A ya que casi cualquier parte del perímetro puede acoplarse con B, pocas partes son coherentes con A.
El hecho que determina que A sean menos multicontextual que B es pues su complejidad de conexión que es a su vez determinada por su propia complejidad. De este modo gráfico se puede entender cómo la multicontextualidad es inversamente proporcional a la complejidad.
Conexiones por convenio
En la química y menos aún en la bioquímica las conexiónes no siempre se dan por coherencia simple como lo puede ser un enlace covalente, ionico o una conexión por complementaridad. En muchos casos se precisa de elementos catalizadores que faciliten las conexiones moleculares. En la bioquímica existen las enzimas que son proteínas que colaboran en el ensamblaje de complejos moleculares mayores y en otros casos el modo de conexión o ensamblaje es producto de un convenio, es decir, un algoritmo de conexión que puede ser de pocos o muchos pasos. Si dicho convenio no es ejecutado nunca se produce la conexión.
En ocasiones anteriores he presentado un ejemplo de conexión por convenio que es muy clarificador. Imaginemos un experimento mental. En una caja coloquemos un envase y su respectiva tapa. Dicha tapa tendrá una rosca en sentido horario, siendo ésta su sencillo convenio de conexión con el envase. De lo que se trata es de proporcionar energía al proceso agitando la caja con los dos elementos en su interior hasta que las mismas se conecten por obra del azar. Ahora como esto requiere de tiempo, mucho tiempo, seamos bondadosos y agitémosla durante unos 20 millones de millones de años. Luego abramos la caja y veamos en su interior que ha pasado. ¿Pudo el azar conectar ambos componentes en esta extraordinaria multitud de tiempo? Cuando abramos la caja encontraremos solo polvo, pero no una conexión. ¿Por qué? Porque la conexión de ambos componentes se producirá solo si se aplica el convenio de conexión, que es girar la tapa en sentido horario sobre la boca del envase. De nada servirán 20 millones de millones de años de agitación. Esto significa que muchas de las conexiones del mundo biológico no se van ha dar NUNCA por efecto del azar ni con el concurso de la eternidad ni en todas las burbujas del pretendido multiverso con las más preferentes leyes y constantes físicas. Igualmente en el caso biológico podemos poner en el envase a muchos monómeros y agitarlos juntos sin la presencia de enzimas clave por el mismo tiempo y repetirlo en todos los universos posibles, sin embargo, como en el anterior caso, no los hallaremos unidos jamás.
Por lo tanto, para el caso en cuestión debemos tener en cuenta que también debemos afrontar un tipo de conexión o coherencia por convenio que precisa de una información que prescriba cómo, en qué condiciones y que agentes deben intervenir en la conexión.
Organización algorítmica
El escenario que con denuedo presenta el naturalismo de elementos bioquímicos multicontextuales cuyas funciones se ensamblan para cumplir funciones más complejas sin prescripción alguna que la sola presión adaptativa. No es improbable, sino imposible. Tal como se analizó en el ejemplo del supermercado tratado en un post anterior titulado “El origen de la información organizacional biológica”, los clientes no saben, y aún sabiendo, no pueden prescribir a los fabricantes cómo fabricar sus productos solo en virtud a su elección de productos en el supermercado. Solo pueden indicarles a los fabricantes cuales son las características (parámetros) que determinan un mayor éxito en las ventas y cuáles no. No construyen mayor complejidad funcional porque NO PUEDEN.
Del mismo modo, como bien lo señaló el físico y matemático británico Roger Penrose, nunca un algoritmo puede ser prescrito por la selección de sus desarrollos. Lo cual sería como creer que los compradores de software construyen los programas al elegir en una tienda el programa que quieren comprar. Así solo seleccionan un output más no la estructura algorítmica necesaria para hacerlos funcionar. (Para una exposición más profunda de esto leer el post reseñado)
Coherencia de contexto
De este modo la asociación afortunada de componentes bioquímicos en nuevo contexto desde otros contextos en los cuales ya son funcionales solo nos dice que algunos componentes bioquímicos son reutilizados más de una vez, más no que su sola existencia posibilite que integren contextos funcionales más complejos. Primeramente deben poder conectarse entre sí para formar el nuevo contexto de un modo específico y, como ya hemos visto, a más complejos menos posibilidades tienen de ser coherentes funcionalmente y por ende de poder conectarse. Si en el ratón de Behe eso parecía plausible, tal como lo señalan sus críticos, en la bioquímica real ello ya no lo es.
Ahora bien, hemos analizado la multicontextualidad, pero aún debemos analizar lo que implica que un componente integre un contexto funcional. Para ello usaremos el siguiente ejemplo. El mismo muestra el caso de un conjunto de componentes con coherencia de contexto en el cual las piezas encajan para formar una T que funciona como carácter alfabético, luego la misma es una estructura funcional.
De esto se deduce también la siguiente consecuencia: si se cumple que la estructura es funcional, un componente cualquiera de la estructura tendrá que ser funcionalmente coherente con el resto. Y ello significa que, cuando existe este tipo de coherencia, un componente puede ser útil solo en la totalidad del contexto estructural, más no de forma independiente, del mismo modo que un chip microprocesador es solo útil cuanto está conectado a la placa base de un ordenador, de forma independiente no sirve para nada, salvo como curiosidad. A este tipo de funcionalidad, que solo funcionan en un contexto y no de forma aislada, se denomina funcionalidad contextual. Esto nos dice también que un componente no resulta de una asimilación fortuita, sino que esta ajustado para pertenecer al contexto mayor. En el escenario bioquimico la visión  darwinista gusta enfatizar la presencia de los componentes multicontextuales para así hacer más plausible el poder del gradualismo. No obstante, silencian con denuedo la presencia de los componentes con funcionalidad contextual y que están específicamente ajustados para ser parte de un contexto bioquímico particular (monocontextualidad).
Adaptación al cambio escalar
El ejemplo de la T es, no obstante, bochornosamente pobre para ilustrar una idea más relevante aún. La coherencia de contexto que tiene cada pieza de la T significa, no solo que la misma pertenece y además puede completar un contexto estructural funcional, también implica que, no solo el componente tendría que estar ajustado para participar del complejo mayor, sino que también el complejo mayor debe estar “adaptado o ajustado” al mismo de tal manera que un cambio de magnitud en el componente sea soportado por el resto no más allá de cierto umbral de tolerancia.
Imaginemos que tenemos un edificio y necesitamos calcular que resistencia a la compresión debe tener el hormigón de las columnas de la base de un alto edificio. Un ingeniero deberá especificar de acuerdo a la altura del mismo y por consecuencia a la carga que recibirán dichas columnas cual debe ser dicha resistencia. Él no puede prescribir esta propiedad de modo caprichoso, sino de un modo específico que sea funcionalmente coherente con el contexto que le toca participar. De este modo es posible que dicha resistividad se restrinja a un estrecho rango de valores posibles, pero más allá de cierto valor límite mínimo, pondrá en serio riesgo la integridad del edificio al punto de ponerlo en situación de posible colapso.
Del mismo modo yo puedo cambiar los neumáticos de mi automóvil con otros más pequeños o más grandes, pero hay límites al cambio. Si es demasiado pequeño, el automóvil no podrá andar, y si es demasiado grande, el mismo ni siquiera se podrá conectar al mismo. Pero, aún puedo usar un neumático muy grande si en este caso cambio el contexto al cual se asocia. O dicho en otras palabras adapto el contexto al cambio escalar del componente. Entonces para el caso del ejemplo aludido dicho neumático grande ya no lo conectaría a un vehículo pequeño, sino más bien a una camioneta o incluso un camión que son contextos más adecuados para recibir un neumático de dichas dimensiones.
Tal como acabamos de ver, el efecto de los cambios escalares sobre un contexto implica que este último debe adaptarse o modificarse para que ciertos cambios de escala sean viables. Por ejemplo, si quisiéramos hacer el cambio escalar para las dimensiones de una mosca en un factor de 100, es decir, resultando una mosca gigantesca como las típicas de las antiguas películas de ciencia ficción de la serie B. Sin lugar a dudas la monstruosa mosca no podría subirse por las paredes ni revolotear como lo hacía cuando era 100 veces más pequeña. Si tuviéramos que diseñar de nuevo a la mosca para que hiciera algo parecido a lo que hacen las moscas comunes con un tamaño 100 veces mayor sin lugar a dudas habrá que realizar toda una reingeniería completa de sus sistemas vitales y motores.
En la biología, ya sea por la variabilidad genética o por cambios o mutaciones epigenéticas, se producen muchos cambios de tipo escalar, y de hecho muchos son viables cuando se dan dentro de un rango viable de cambio. No obstante, no se pueden ignorar los efectos perjudiciales de cambios escalares en determinadas variables biológicas, sean estas morfológicas, metabólicas o de cualquier otro tipo cuando exceden ciertos valores y cuando el contexto no es capaz de asimilar dicha tasa de cambio. Esto no solo produce muchas enfermedades y trastornos físicos graves, sino incluso la muerte.
En este sentido los cambios escalares no pueden usarse alegremente como factores evolutivos, tal como lo pretende la visión darwiniana, y como lo propone Richard Dawkins es su apreciación de que un cambio escalar en el cuello de la Jirafa se puede presentar sin que el contexto no sufra una adaptación necesaria para admitir dicho cambio. De este modo, este factor, que evidentemente podría presentarse por una sola mutación (que haga las vertebras más largas), no puede invocarse alegremente como cambio morfológico viable dado que deberá estar acompañado por toda una batería de cambios estructurales que soporten adecuadamente el cambio escalar ya qué, como acabamos de ver, los cambios escalares más allá de cierto límite precisan de una adaptación del contexto que los contiene.
Como bien lo señalo el El Dr. Wolf-Ekkehard Loennigv (ver post “Loennigv y la Jirafa del cuello largo (1)”), un alargamiento del cuello de la jirafa no puede ser viable al margen de otros complejos cambios adaptativos tales como cambios en la musculatura del esófago, cambios en el sistema vascular (corazón, arterias, capilares), sistema nervioso y otros. Pretender que un cambio escalar importante no implica numerosos reajustes del diseño biológico es un común error en la visión darwiniana de la evolución.
Después de todo lo visto y volviendo a la pregunta que titula este post: ¿Pueden complejos funcionales menores dar lugar a uno mayor?
Para que complejos menores funcionales den lugar a un complejo mayor que también sea funcional sin que medie la participación de ninguna dirección inteligente y solo por el influjo del azar, debemos esperar que se produzcan las siguientes situaciones:
  1. Si los complejos menores son bastante complejos tendrán ínfimas posibilidades, por efecto de la multicontextualidad, de enlazarse fortuitamente con un complejo mayor. Sin son muy básicos siendo tan solo moléculas simples o incluso átomos, entonces si tendrán más posibilidades de enlazarse, pero al ser menos complejos dependerán más de una organización específica para ser funcionales en el complejo mayor.
  2. No solo deben estar presentes el complejo menor y el mayor, sino también, para conexiones por convenio (y en la biología hay muchisimas) deben concurrir para asistirla, por una bendita casualidad,  tanto los agentes externos necesarios para participar en la conexión como también el programa que prescriba como deben proceder dichos agentes para la realización específica de dicha conexión.
  3. Siendo la organización específica y los convenios de conexión, de naturaleza algorítmica, la selección natural no tiene poder alguno para organizar exitosamente un complejo mayor de la unión de complejos menores de modo fortuito dado que tan solo seleccionando el output no tiene poder para organizarlos.
  4. Debemos esperar que por fortuna, no solo exista coherencia (capacidad para conectarse) entre el complejo menor y el mayor, lo cual de hecho puede suceder, sino que la misma presente coherencia de contexto de tal modo que el complejo menor complete funcionalmente al complejo mayor. Es decir, dichos complejos menores deben estar fortuitamente ajustados adecuadamente para participar funcionalmente en el complejo mayor.
  5. Debemos esperar también que de modo totalmente fortuito el complejo mayor deba estar adecuadamente ajustado al valor escalar del complejo menor asimilado.
De estos 5 puntos no todos tienen el mismo poder para refutar la factibilidad de que por casualidad se pueda producir que un complejo mayor funcional pueda formarse de la conexión feliz de complejos menores ya funcionales en otros contextos. Personalmente puedo decir que los puntos 1,4 y 5 son altamente improbables, pero aún posibles. No obstante, los punto 2 y 3 son definitivamente imposibles.
Cuando el fallido viaje del Apolo XIII retornaba a la tierra con sus tres tripulantes en penosas condiciones de supervivencia, se presento un nuevo problema; el nivel de CO2 estaba elevándose peligrosamente en el módulo de mando Odisea. Desde Houston se convoco a un grupo de ingenieros para que idearan cómo construir con los objetos que se encontraban en la nave un nuevo reductor de CO2. Finalmente lo hicieron. Con tubos, bolsas de plástico, cinta adhesiva, un calcetín y otros objetos propusieron un eficaz reductor que, reproducido por los astronautas, pudo salvarles la vida. Es este un claro ejemplo de un complejo mayor resultado de la conexión de varios complejos menores ya funcionales por si mismos o en otros contextos, pero hay que destacar enfáticamente que el mismo no lo resolvió la naturaleza, sino la inteligencia humana.
La visión darwiniana de la evolución biológica nos dice que estas asociaciones no solo son posibles en la bioquímica, sino que además se han producido afortunadamente innumerables veces en la historia biológica. Sin embargo, se basan más en una exacerbada fe en el poder organizador de la naturaleza que en su factibilidad matemática real. Y esta factibilidad nos dice que no es tan solo improbable, sino, definitivamente imposible sin el concurso de la inteligencia.
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Referencias:
1. Cristian Aguirre del Pino. Elementos de estructuras funcionales. OIACDI 2009
2. Roger Penrose. La mente nueva del emperador. Fondo de cultura económica 1996
3. Mario A. Lopez, Felipe Aizpun Viñes y Cristian Aguirre. Darwin frente al DI. OIACDI 2011

FUENTE ORIGINAL
http://www.darwinodi.com/%C2%BFpueden-complejos-funcionales-menores-dar-lugar-a-uno-mayor/