MODULO IV UNIDAD 4 INICIO

UNIDAD INTEGRADORA

El presidente se acerca a Chou y le explica que debe tratar de entender los gr�ficos de estos cuatro cap�tulos, donde est� el resumen del tema. Y le cita una corta expresi�n 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 prop�sito en esta unidad integradora es tratar de ver a vuelo de p�jaro la contestaci�n a las grandes preguntas biol�gicas, basandolas al mismo tiempo en la teor�a de las autoorganizaciones, en la biolog�a evolucionaria y en la molecular.

�Por qu� 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 evoluci�n.

Cada uno de los cinco reinos fue evolucionando hasta mostrar ejemplos extraordinarios en que exhiben las caracter�sticas m�s adecuadas para sobrevivir.

Los cinco reinos est�n ubicados en un sistema abierto, con diurno aporte de rayos solares, por lo menos en la superficie de los biotopos terrestres y acu�ticos. Algunas extra�as 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 invitaci�n hacia la complejidad de las sucesivas formas biol�gicas, formas que son autoorganizaciones heredables. Como son autoorganizaciones, queremos repasar el tema de si lo son cada vez m�s. Lo mismo con respecto a la condici�n de heredables.

El primero de los conceptos mencionados se entiende al observar una mezcla de dos s�lidos granulares muy bien mezclados, digamos granos de ma�z y granos de soja. La mezcla de ambos materiales no ofrece sorpresa. Si les damos a un ni�o un manojo de granos de ma�z y luego un manojo de porotos de soja, para que juegue con ellos en una lata vac�a, el resultado m�s esperado por nosotros es que van a terminar mezclados. Un cient�fico estar�a de acuerdo con que esta mezcla est� en una condici�n de equilibrio, donde el resultado tiene el menor elemento de sorpresa, la menor informaci�n, el menor cambio si se sigue mezclando y est� as� asociado con la m�xima entrop�a, 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 cohesi�n celular, vali�ndose de un medio alcalino, que corresponde a un pH elevado, fig. 1. La mezcla o el mosaico aleatorio de las c�lulas separadas de ambos tejidos y vueltas a mezclar, la podemos imaginar, a otra escala, similar a la mezcla de ma�z y soja obtenida por el ni�o, fig. 2, que ha de merecer por parte de un termodinamicista no demasiado cr�tico la misma calificaci�n: se trata de una mezcla aleatoria, con poca capacidad de sorpresa, mucha entrop�a o desorden y aparentemente perteneciente a un estado en equilibrio, fig. 3. La mezcla se autoorgasniza progresivamente, en el sentido siguiente. Las c�lulas del primer tejido se buscan para establecer una confluencia, cuya causa es la presencia de prote�nas membranarias de cada tipo de c�lula, prote�nas 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 c�lulas del mismo tipo se ligan, los grupos de dos se vuelven a ligar, y as� siguiendo, fig. 3.

Fig 1                   Fig 2              Fig 3

El resultado final consiste en que se notan los dos tipos de c�lulas junt�ndose para dar, autoorganizadamente, una imagen de segregaci�n celular que ocurre espontaneamente. Los dos materiales involucrados, o sea los dos tipos de c�lula, se puede describir como que prefieren la aglutinaci�n y la coalescencia en grupos del mismo tipo antes que permanecer mezclados (figs. 4 y 5). El m�rito de este aumento de la capacidad de sorpresa, de esta disminuci�n de la entrop�a y de este alejamiento del equilibrio se debe a los materiales fabricados por la naturaleza, a las prote�nas membranarias de adhesi�n que no han sido destru�das durante la alcalinizaci�n inicial del medio. Observamos el resultado sorprendente de que si los constituyentes han sido formados por seres vivos que sintetizan prote�nas membranarias de adhesi�n, la condici�n que llamabamos de equilibrio es comparativamente inestable y la nueva condici�n de segregaci�n celular es comparativamente estable. Al analizar la situaci�n, se nos mezclan las ideas de sencillez y complejidad, de orden y de desorden, de aumento de la capacidad de sorpresa y de disminuci�n 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 ma�z y soja, mezclas que habitalmente interpretamos como t�picas del equilibrio. Sobre la derecha, en el sentido creciente de las x, vamos a imaginar las c�lulas mostrando toda su segregaci�n, como en la fig. 5. A la extrema izquierda no podemos imaginar vida de baja tecnolog�a alguna: la vida, por muy primitiva que sea, por lo menos tiene algo de orden, una peque��sima divisi�n de trabajo, una segregaci�n incipiente si m�s no sea entre citoplasma y membrana, y si es un eucarionte unicelular, tambien entre n�cleo 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 gr�fico no debe estar asociado con vida alguna, la cual debe aparecer algo m�s hacia la derecha. El nombre de las abcisas ser� APARTAMIENTO DEL EQUILIBRIO., desde la mezcla donde no hay vida a la izquierda hasta la m�xima divisi�n del trabajo donde se pueden visualizar elementos superiores de la vida, tales como el enc�falo con sus divisiones y mapas y el organismo que es manejado por �l, a la derecha. Diremos que a la derecha las condiciones de esos �rganos son de desequilibrio, ya que continuamente ingresa all� glucosa y ATP y egresa calor, CO2 y H2O. Si le creemos a Kauffman, diremos que est�n en el borde entre el caos y el orden. Las enfermedades mentales muestran en sus se�ales (por ejemplo, en los Electro Encefalo Gramas) una tendencia hacia el orden, orden m�ximo 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, p�g. s.

COMPLE-                                                                                                                        HOMO                                                          H.
SAPIENS JIDAD                                                Monos
superiores                                                                   DELFIN                                                         Delf�n

                           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 Gr�fico de complejidad versus apartamiento del equilibrio.

En el eje horizontal, el apartamiento del equilibrio es el camino hacia las siguientes segregaciones: 1) la segregaci�n intracelular con membranas y organelos, 2) la segregaci�n celular con las producci�n de prote�nas de adhesi�n celular , CAM y 3) la segregaci�n tisular, de �rganos y de sistemas de �rganos, tambien basada en prote�nas adhesivas para uniones intratisulares y mecanismos de inhibici�n por contacto para rechazos intertisulares.

En la parte baja del eje vertical estar�n las estructuras de vida simples como el reino 1 (bacterias y algas) y algo m�s arriba el reino 2 (levaduras y protozoarios) . El reino 3 (hongos) estar� en una situaci�n algo superior y los reinos 4 y 5 (plantas y animales) acaparar�n el sitio m�s elevado, que con nuestra caracter�stica falta de humildad dejaremos que encabece el Homo sapiens, con su complejo cerebro parlante y creativo, seguido de otros g�neros inteligentes. La l�nea que conecta las primeras protoc�lulas con los delfines, los monos y los hombres, es la siguiente, partiendo de formas menos complejas, y anotando entre par�ntesis el nombre de la era geol�gica donde apareci� cada estadio:

* las primeras protoc�lulas basadas en la vida del RNA (arcaico)

* reino 1 de los monera, unicelulares sin n�cleo (proterof�tico)

* reino 2 de los protista, unicelulares con n�cleo (proterozoico temprano)

* reino 5 de los animalia, pluricelulares heterotr�ficos con movilidad,
subrreino de los bilateria, con simetr�a 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 tard�o)

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

* dentro de los vertebrata, mam�feros, con mamas (cenozoico)

* dentro de los mam�feros, placentarios, con placenta (cenozoico)

* delfines, grandes monos y hombres (un par de millones de a�os atr�s)

La selecci�n natural privilegia para la vida las oportunidades de llegar a las condiciones �ptimas 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 m�s notable cuanto mayor sea la complejidad adquirida. La evoluci�n pudo haber sido, ya sea gradual segun Darwin, o con espor�dicos episodios m�s abruptos, segun Kauffman. Alejamiento del equilibrio y complejidad se alimentan rec�procamente, segun el an�lisis que sigue a continuaci�n:

(1) El material proteico encuentra mecanismos para conseguir segregaci�n 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 m�s segregables y distinguibles en tejidos y �rganos, genes que coevolucionen con otros y �reas m�s especializadas en redes neuronales.

(3) Vuelta a (1).

Hasta los sentimientos maternales tienen gran valor en el camino hacia la complejidad mayor. N�tese que tanto el apartamiento del equilibrio (segregaci�n celular) como la creciente ecomplejidad, son fen�menos basados, en biolog�a, sobre cambios de mol�culas, m�s espec�ficamente, cambios de polinucle�tidos (genes) y de prote�nas (CAMs, chaperonas, etc.). El resultado visible de estos cambios es la b�squeda y conquista de nichos ecol�gicos m�s grandes que se aprecia a medida que la vida avanza hacia formas m�s evolucionadas y complejas, a costa de alguna especie no tan desarrollada.

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