martes, 30 de septiembre de 2014

La Ley de Wirth y el desarrollo encefálico

     Todos conocemos la rápida aceleración en el desarrollo de los computadores desde las primigenias máquinas de IBM y Apple en los años 80. Gordon Moore, cofundador de Intel, formuló su famosa ley en 1965 que describe e incluso explica en parte este complejo proceso mediante el cual el número de transistores por unidad de superficie en los circuitos integrados se duplicaría cada 18 meses. Esto quiere decir que las capacidades físicas de las computadoras aumentarían a un ritmo exponencial y vertiginoso (que de hecho es exactamente lo que ha ocurrido desde entonces). Este fenómeno describe un aumento en la capacidad de computación de nuestros ordenadores (Hardware), pero no describe un aumento parejo de la evolución de los lenguajes de programación asociados (Software).

Gráfico que representa la Ley de Moore

     Niklaus Wirth, padre de los lenguajes de programación Pascal y Modula, postuló que  el software es un elemento que se expande para ocupar todo el espacio de procesamiento que el hardware le permite en un determinado momento y que, a diferencia del hardware, se "ralentiza" con respecto a la aceleración en la capacidad computacional. Aquí el término ralentizar, además de tener un componente literal, también exhibe un componente metafórico, en el sentido de que el lenguaje cada vez se vuelve más y más complejo. Ésto quiere decir que podemos operar en un lenguaje de programación de nivel alto, que a su vez tiene por debajo una escala jerárquica de lenguajes de programación de bajo nivel. Por ejemplo el lenguaje de programación "C" es una evolución de su predecesor B, que a su vez está basado en un lenguaje más arcáico llamado BCPL. Este sistema jerárquico es en parte negativo, ya que las posibilidades del aumento de potencia de las computadoras se ve mermada por la capacidad de procesamiento exigido por los lenguajes de programación, pero a su vez permite programar cada vez elementos más complejos.

     Richard Dawkins en su libro "Destejiendo el arcoiris" hace una comparación muy astuta entre estos fenómenos en de evolución cibernética y el nacimiento del lenguaje humano con la evolución pareja del encéfalo. Los códigos con los que hablamos no dejan de ser en algún sentido "lenguajes de programación". En un principio seguramente el ser humano comenzó su andadura semántica asociando sonidos o dibujos a determinadas cosas. Podríamos asimilar este primer paso como el código primigenio con el que el hombre empieza a manejar conceptos simples como "piedra"o "cueva". Éste sería un lenguaje de programación de nivel bajo. En determinado momento el lenguaje adquirió un nivel superior, cuando por ejemplo un individuo astuto supo "unir" estos conceptos para formar frases mas complejas tales como "Deja la piedra en la cueva". Podríamos decir que este fenómeno es un paso evolutivo en nuestro software o "lenguaje de programación" que utilizamos para entender y configurar nuestro mundo. Pasaría lo mismo con conceptos más evolucionados como "petreo", en el que ya no nos referimos a una imágen de una piedra, sino al conjunto de elementos que comparten las características comunes de las piedras. Este nivel de abstracción es claramente superior, y sería el predecesor de reflexiones filosóficas o en su extremo más abstracto, poéticas. En mi opinión una metáfora vendría a ser como uno de los lenguajes de programación más modernos para el cerebro humano, ya que requiere un nivel de abstracción superior a cualquier código de lenguaje directo.

Richard Dawkins luciendo una camiseta de protesta

     Y aquí viene la reflexión de Dawkins. Para que se seleccionase el acerbo genético que permite el desarrollo progresivo de la capacidad craneal en el ser humano, tuvo que existir en épocas antiguas una presión evolutiva. El cerebro es un órgano que consume una cantidad desorbitada de glucosa (hasta el 60% de toda la que consumimos va a parara al cerebro), por lo tanto cada gramo extra de cerebro que el cuerpo del homo sapiens ganó no pudo significar de modo alguno un cambio trivial, sino que necesariamente han tenido que ser saltos cualitativamente beneficiosos para el fitness. El cerebro consume demasiado como para poder permitirse soportarlo sin recibir nada a cambio.

Dibujo de diferentes estadíos evolutivos del cerebro

     El símil de Dawkings aporta una explicación lógica que permite la aparición de esa presión selectiva que se necesita para "agrandar" el cerebro. El lenguaje que utilizamos es una especie de software que nos programa para la vida en unas condiciones concretas y el cerebro es el hardware que tiene que poder soportarlo. Pongámonos en una situación hipotética en la que un individuo "aprende" a utilizar algunos conceptos cotidianos y a expresarlos en algún tipo de lenguaje oral o pictórico. Ese individuo puede presentar una ventaja clave con respecto a sus allegados, ya que va a ser capaz de realizar acciones complejas como trazar un plan, enseñar y/o "convencer" a otros humanos a realizar cierta acción (pongamos por ejemplo salir a cazar una bestia, derrotar a un individuo problemático o aparearse con las hembras del poblado vecino). Los individuos de la comunidad que posean una capacidad craneal que soporte la utilización de este tipo de nuevo lenguaje progresarán más que los otros. Conforme el lenguaje (nuestro software) se va haciendo cada vez más complejo, requiere individuos capaz de utilizarlo y aprovechar todo su potencial, es decir, individuos cuyas conexiones neuronales sean más aptas para el nuevo código. Éste pudo ser un fenómeno casi mágico (en el sentido estrictamente científico) de coevolución entre el lenguaje, la cognición y el cerebro.

Un saludo Concienciudos.
   



sábado, 20 de septiembre de 2014

Adán y Eva nunca se conocieron

     Es curioso ver cómo la ciencia desvirtúa en la mayoría de las ocasiones a las pantomimas religiosas conforme el ser humano va madurando en su conocimiento de la biología. Como he escuchado decir una vez a Eduardo Punset, Dios es más pequeñito cuanto más grande es el conocimiento científico. La tradición  nos ha inculcado que Adán y Eva, según las creencias judía, cristiana y musulmana fueron los primeros seres humanos (hombre y mujer) que poblaron la Tierra.

Adán y eva nunca se conocieron

     En cierto modo hablar de las primeras criaturas de alguna especie en concreto, por ejemplo hablar de el primer gato que existió, carece de sentido alguno. Evidentemente no hubo un gato primigenio que apareciese de repente haciendo uso de algún poder místico creador. Los gatos, así como el resto de criaturas de la tierra, han surgido de procesos evolutivos progresivos. Los gatos surgen de la domesticación de cierto linaje de félidos, que a su vez surgen de un linaje de carnívoros. Si no existen millones de formas de "gatos intermedios" representantes de todo el proceso evolutivo, es porque los procesos de especiación han favorecido la prevalencia de ciertos arquetipos y características que definen al gato actual. Todo este rollo viene al caso porque os quiero hablar de cómo la ciencia nos cuenta la verdadera historia de Adán y Eva, esos "primeros" humanos.

     Los genes podemos decir que normalmente se heredan de una forma "mendeliana". Los cromosomas de un hombre y una mujer recombinan y cada hijo tiene presumiblemente la mitad de oportunidades de recibir un gen en concreto de su padre o de su madre, respectivamente. Ésto no ocurre siempre así. Hay dos ejemplos clásicos para ilustrar esto. Las mitocondrias son bacterias que hace millones de años colonizaron las células eucariotas y viven dentro de ellas como un organismo endosimbionte. Son las que le dan energía a la célula, y a cambio ésta le ofrece un nicho estable par vivir y duplicarse. Así como en el núcleo de las células los genes gobiernan su propia división, las mitocondrias dividen su material genético por su cuenta. Además de ésto cuando el espermatozoide y el óvulo se fusionan, sólo las mitocondrias del óvulo sobreviven. Ésto hace que el ADN mitocondrial se transmita solamente de madre a hijo (herencia materna), sin sufrir procesos de recombinación genética. Lo mismo (o algo parecido) ocurre con el cromosoma Y de los hombres. Como las mujeres no poseen cromosoma Y, éste solamente se hereda por vía paterna.

     Ésta curiosidad genética le ha servido a los científicos como herramienta para desenmascarar a los embusteros religiosos. Sabemos que existe una tasa de mutaciones natural tanto para el ADN mitocondrial como para el del cromosoma Y. Los científicos han secuenciado el ADN de ambos tipos de seres humanos machos (cromosoma Y) y hembras (ADN mitocondrial) de muchos individuos y lugares diferentes del mundo, y comparando sus mutaciones han podido reconstruir fácilmente la historia evolutiva de hombres y mujeres. Haciendo ésto se obtiene mucha información, como por ejemplo cómo han migrado los seres humanos que han tenido finalmente éxito evolutivo, es decir, nuestros ancestros directos. También se puede obtener información acerca del tiempo que ha pasado, ya que los genes en cierto modo se comportan como "relojes moleculares". Si sabemos el tiempo que tarda como promedio en surgir una mutación en una región del ADN, a través del análisis de las mutaciones podremos saber cuanto tiempo evolutivo ha pasado entre dos individuos, y también inferir el tiempo que ha podido pasar desde la primera secuencia común. Ésta secuencia correspondería a nuestra Eva mitocondrial y nuestro Adán cromosomal-Y.

     Se ha estimado que nuestro Adán cromosomal existió hace aproximandamente 340.000 años, y nuestra Eva mitocondrial hace unos 150.000 años. y ambos proceden de África. También se sabe que probablemente no eran vecinos, así que veo bastante complicada la relación conyugal que se postula en las sagradas escrituras. Ésto es la única evidencia que se conoce de algo ligeramente parecido a lo que nos cuenta la biblia, y es la única verdad probada. Como dije antes, no existe ningún humano inicial, ni tiene porqué existir tampoco ningún registro fósil de ningún eslabón perdido, los seres vivos evolucionan de un modo gradual y sobreviven los arquetipos más aptos que se fijan eventualmente en especies que conforman conjuntos genéticos estables, dinámicos y sujetos a la evolución. Por supuesto han existido más Evas y más Adanes, lo que ocurrió es que sus linajes no han tenido éxito.

Esquema del mecanismo de herencia mitocondrial

Mapa de migraciones hecho con el ADN mitocondrial



lunes, 1 de septiembre de 2014

Malas Noticias para los Veganos

    


      Seguro que muchos de vosotros habéis discutido con alguien sobre las múltiples razones que existen en pro o en contra de las prácticas veganas/vegetarianas (usaré el término vegano en todo el post para hacer referencia a ambas), independientemente del bando en el que os encontréis. Normalmente las prácticas veganas se defienden utilizando una serie de argumentos filosóficos/éticos, muchos de ellos realmente ciertos y que dan que pensar y otros no tanto según algunos. Pondré algunos de los ejemplos más recurridos:

     Un argumento bastante recurrido, es el de poner de manifiesto que las plantas no poseen un sistema nervioso como el de los animales, y por lo tanto se supone que no sienten "dolor". Pero sin duda el argumento estrella es el del especismo. Según la wikipedia el especismo es "la discriminación contra aquellos que no están clasificados como pertenecientes a una o más especies determinadas", es decir, el hecho de que el ser humano utilice animales o plantas (organismos que no son homo sapiens) para satisfacer sus necesidades tanto alimenticias como fisiológico-culturales. Como consecuencia de estos hechos el ser humano a veces tiene que dañar/perturbar o matar. Según el especismo ésto sería una forma grave de discriminación.

     El último argumento, que a mi modo de entender las cosas es el más acertado, tiene mucho que ver con el primero, y es que para que la carne llegue al consumidor a un precio y en unas cantidades aceptables, la industria muchas veces domestica animales convirtiéndolos en auténticos esclavos acinados en granjas de cría masificadas. Ésto es sin duda lamentable y se podría hacer un consumo de carne mucho más sostenible si se comprase carne directamente a ganaderos locales que den a sus animales una vida digna y sana antes de ser sacrificados.


     Donde quiero llegar con esto es a exponer porqué el razonamiento científico se opone a la distinción un tanto arbitraria que hace la comunidad vegana entre plantas y animales. Lo primero que tengo que decir como Biólogo es que me niego a ceder ante el argumento de que un organismo vegetal importa más que un organismo animal. Las células vegetales son en ultima instancia tremendamente parecidas a las animales. Evidentemente esta afirmación hay que cogerla con pinzas. Un fisiólogo vegetal podría empezar a enumerar diferencias fundamentales entre una célula vegetal y una animal, pero a la luz de la evolución y la biología las plantas, organismos pluricelulares como los animales, no dejan de estar cargados de ADN que "ansia" sobrevivir, replicarse y mejorar. Sustancialmente son lo mismo. Células.

Esquema que representa diferencias entre células animales y vegetales


     Biológicamente nos mostramos mucho más empáticos con animales parecidos a nosotros (concretamente mamíferos), y ésto es normal y lógico evolutívamente. Los mamíferos comparten un gran porcentaje de genes con nosotros. En esencia son básicamente nosotros. En la larga escala de la evolución representamos un paso cualitativo por nuestras capacidades cognitivas, pero no por nada más. Cuando escuchamos chillar de dolor a un ternero, sabemos exactamente lo que siente, porque hemos sentido antes en nuestra fisiología ese torrente electrico-sensorial y esa liberación de adrenalina. Los que estéis mas interesados en este concepto os recomiendo leer "El gen egoista" de Richard Dawkings.

      Estaréis de acuerdo conmigo en que las razones que a priori nos hacen "sensibles" y "socialmente superiores" a los animales son la inteligencia, el dolor, la comunicación "verbal, los sentimiento y el movimiento.

Me gustaría hacer ahora referencia a un autor italiano llamado Stefano Mancuso. Este hombre ha dedicado su vida a estudiar las plantas, y leyendo sus artículos en prestigiosas revistas científicas podemos aprender cosas magníficas de los resultados que publica. Una de las conclusiones más inmediatas al hacer un repaso por su bibliografía es que las plantas realizan todos y cada uno de los procesos que antes nombré, solo que en una escala de tiempo diferente a la nuestra, pero perfectamente comparable. 

     Hay estudios que postulan que existe un fragmento inmediatamente anterior al ápice de las raíces de las plantas (hipótesis que por cierto lanza por primera vez el mismísimo Charles Darwing) en el que se toman decisiones importantísimas como el movimiento radicular. Hay que tener en cuenta que todo el sistema de raíces de una planta funciona de un modo coordinado como una gran red. Se sabe que esta zona se comporta de alguna manera como las conexiones de las neuronas, presentando una gran actividad vesicular. Esto significa que mediante fitohormonas y fitotransmisores existe una enorme cantidad de traspase de información en las raíces, y más concretamente en estas zonas pre-apicales. Una hipótesis muy bonita dice que las plantas son en realidad seres que viven "boca abajo" y presentan sus organos sexuales, osea las flores, cara artriba junto con sus "herramientas" para comer, oseasé las hojas cargadas de clorofila que hacen la fotosíntesis. 
Figura sacada de un artículo de Stefano Mancuso
que representa el intercambio de proteínas y Fitohormonas en el ápice radicular

     Ni que decir tiene que la planta siente. Cada punta de raíz es capaz de percibir y monitorizar continuamente y a la vez como mínimo quince parámetros distintos físicos y químicos (temperatura, luz, gravedad, presencia de nutrientes, oxígeno). Cuando se le realiza un corte a una planta, se desencadena una serie de reacciones biológicas y se segregan fotohormonas que hacen que la herida se cicatrice.

     Las plantas se mueven. Lo hacen en otra escala temporal, pero basta con ver un vídeo de una plántula buscando el sol a cámara rápida para darnos cuenta de que estamos ante seres móviles, y mucho. Por no hablar de ejemplos más evidentes como las plantas carnívoras o la famosa mimosa pudica, cuyo mecanismo de encogimiento foliar es sorprendente.



Gift animado de una mimosa pudica y su mecanismo de "plegado"


     Las plantas son organismos que son activamente construidos en respuesta a un ambiente extremadamente cambiante y que toma decisiones que aseguran la supervivencia. Son en definitiva organismos también hermanos a los cuales comprendemos menos por nuestra lejanía genética. Dejo un enlace de una muy buena conferencia de Stefano Macunso que resume de un modo muy visual todo esto.