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Carlos von der Becke - Biolog�a 82

MODULO IV UNIDAD 4 CAPITULO 4

CONCLUSIONES RAZONADAS

PRIMERA PARTE

CAMBIOS EN LAS ESPECIES VIVIENTES

Para el presidente del gremio ha llegado la hora de resumir. Estas son sus explicaciones.

Don Jos� Ortega y Gasset se�alaba: "yo soy yo y mis circunstancias".

  • La afirmaci�n de Ortega se presta para hacer un resumen de parte de lo aprendido. En lenguaje simb�lico, el "soy" es el signo que significa: "la expresi�n larga de la derecha se resume en una sola palabra a la izquierda".

  • Yo1 Yo2 + Circunstancias.
  • En una reinterpretaci�n biol�gica, el primer "yo" es el que se explicita y se muestra (el fenotipo, el resultante de la mec�nica de los RNA y sus sistemas auxiliares; y el cerebro maduro con sus enlaces neuronales establecidos).

  • El segundo "yo", es el genotipo, el resultante de la mec�nica del DNA y sus sistemas auxiliares; y el cerebro
    • con todos sus enlaces maduros reales
    • y con todos sus posibles enlaces virtuales siempre abiertos a volverse realidad y a�n no establecidos,
    con todas sus potencialidades, por lo menos para mi mismo, mi yo ideal.

  • Mis RNAs Mi DNA + Mecanismos internos resultantes de se�ales ambientales.
  • Entonces:

  • Mi fenotipo Mi genotipo + El clima y el ambiente.
  • El genotipo se estudia en gen�tica; el ambiente en su relaci�n con la vida se estudia en ecolog�a. El segundo sumando se puede escribir considerando que no todo el ambiente consigue cambiarme ni puedo ambientarme a todo:

  • Mi fenotipo Mi genotipo + Mis aclimataciones.
  • El fenotipo resultante lo explica la biolog�a.

    El proceso din�mico corresponde estudiarlo en una poblaci�n.

    �Qu� pasa con una poblaci�n surgida de N-1 generaciones, al llegar a la generaci�n N? En promedio, para toda la poblaci�n,

  • FenotipoN <-- GenotipoN-1 + AclimatacionesN.
  • Dicho a�n de otra manera, hay un ballet entre mi vida y el ambiente. Los dos forman la entera realidad. Como con mi vida modifico mi ambiente y como el ambiente modifica mi vida, las causas y los efectos se diluyen en una realidad m�s interesante, casi sin causas ni efectos, casi con puras interacciones circulares, el ambiente encarnado y la vida ambientada.

    Un matem�tico modelizar�a esto como un sistema din�mico de dos ecuaciones diferenciales o incrementales no lineales acopladas, que simulan el ballet entre el ser vivo y su ambiente. El acople reside en que en cualquiera de ambas ecuaciones aparece a la derecha el t�rmino estudiado a la izquierda por la otra.

    El fenotipo es lo que muestra o manifiesta un ser viviente dado; el genotipo es toda la riqueza que potencialmente tiene.

    Las aclimataciones no son adaptaciones fijadas en el mensaje gen�tico, pero modifican el aspecto externo del genotipo (aunque al genotipo no se lo v�), las aclimataciones son expresi�n de lo externo que manifiesta al fenotipo. No confundimos aclimataci�n con adaptaci�n, que es el resultado de un proceso de fijaci�n que ya ingres� al genotipo a trav�s de las mutantes, de las mutaciones, que van mostrando sus ventajas en el momento de perpetuarse diferenciadamente con otras mutantes.

    �Qu� influye m�s, la herencia o el ambiente?

    Para un ser vivo plenamente adaptado a un ecosistema en estado estacionario, lo �nico que influye es la herencia, el genotipo; las aclimataciones, ese ser vivo no las siente necesarias. Todas las adaptaciones previas a la generaci�n N a la cual pertenece, ya han sido fijadas y "nada lo toma por sorpresa".

    Para un ser vivo en el borde entre el orden y el caos, o en un ecosistema din�mico en estado transitorio, el ambiente es m�s importante que la herencia, aunque nada puede hacer el ser vivo fuera de las restricciones de su herencia.

    Supongamos que el ser vivo que estudiamos pueda aprender, o sea que est� provisto de sistema nervioso con posibilidad de aprendizaje. En ese caso aprende a aclimatarse y el fenotipo muestra el resultado de ese aprendizaje. Si no puede aprender, el genotipo debe proveer otras posibilidades de enfrentar cambios ambientales, como vemos en las plantas muy torcidas por el viento, que no acaban de desgajarse ni morir.

    Para la mayor parte de los seres vivos, los cambios en la herencia y los cambios en el ambiente se muestran como cambios en las variables de parecida importancia.

    Para contemplar m�s en general el proceso, escribamos nuestra ecuaci�n para la generaci�n N y para la siguiente, la generaci�n N+1, en promedio para la poblaci�n

    
    
  • FenotipoN GenotipoN + AclimatacionesN | |
  • FenotipoN+1 GenotipoN+1 + AclimatacionesN+1
  • Si hay estado estacionario, es porque las Aclimataciones no fijan nuevas variaciones. Si no hay estado estacionario, el genotipo promedio va variando, resultado del acervo g�nico que muestra los resultados del buen �xito que han tenido algunos de los individuos afectados por buenas aclimataciones, llegando a la madurez, cuando pudieron contribuir con sus genes a la formaci�n del acervo g�nico de la siguiente generaci�n.

    El proceso silvestre de variaci�n del acervo se denomina selecci�n natural; el proceso intencional regulado por el hombre con las especies de las cuales se alimenta, se viste, etc., se denomina selecci�n artificial, como el caso de los caballos de carrera. Para la profesi�n del tecn�logo en alimentos este proceso artificial le provee CULTIVARES o razas de las distintas especies que emplea. El tecn�logo en alimentos tiene, junto con la demanda final, el poder de decisi�n ya que entre ambos seleccionan los cultivares que m�s se adapten a sus procesos t�rmicos o preservantes, que no sean inconvenientes bromatologicamente y que tengan buen mercado. Casi siempre va a preferir clones que le garantan uniformidad y no especies recombinadas. Va a cambiar frecuentemente de cultivares en la medida que la tecnolog�a agron�mica le ofrezca nuevas opciones interesantes. Las normas bromatol�gicas actuar�n como reaseguro que evite la incidencia de los riesgos de cambiar.

    El tomate silvestre, Lycopersicum esculentum, carece de vitamina A. El cultivar adecuado tiene tanta concentraci�n de esa vitamina que su color es el de la zanahoria, que la demanda final rechaza porque ella privilegia cada vez m�s el rojo intenso. Las semillas de los tomates anaranjados, buena soluci�n nutricional, son apenas una rara curiosidad en muy escasas semiller�as.

    El proceso de cambios en las aclimataciones es de la incumbencia de la ecolog�a. De los cambios gen�ticos y de los cambios ecol�gicos resultan el cambio global o fenot�pico, que es variable dependiente de todos los mecanismos mencionados.

    En los seres vivos sociales puede haber un aprendizaje por imitaci�n (o de otro tipo) de c�mo la generaci�n previa encar� algunas aclimataciones muy importantes.

    Ese aprendizaje, si existe, confiere grandes ventajas al fenotipo.

    Este tema en particular se elabora en la discusi�n siguiente.

    DOS ATRACTORES DEL SISTEMA BIOLOGICO


    LECTURA 81 MARGALEF, RAMON


    Basta aclarar que casi todas las especies son presa de otras de mayor tama�o. El ejemplo de la lectura 16, de la mosca y la rana, o de la lectura 63,del florecimiento del bamb� cada 20 a�os y de la aparici�n de las cigarras peri�dicas cada 17 a�os, nos ubica en el concepto de car�cter de determinaci�n precisa. La la mosca debe mutar para escapar de las habilidades coevolucionantes de la rana. La selecci�n natural elige entre todas las moscas mutantes a las que ofrecen los CARACTERES DE DETERMINACION PRECISA con los cuales pueda evitar la captura. Un ejemplo de esos caracteres es la mayor rapidez de escape. La cigarra "peri�dica" debe aprovechar la saturaci�n de sus enemigos biol�gicos desprevenidos con su periocidad relacionada con un n�mero primo, de tal manera que su mejor car�cter de determinaci�n precisa es saber contar bien ese lapso de 17 a�os. Si cuenta mal, sucumbe antes de reproducirse.

    En los seres de vida corta, como las plantas expuestas a incendios casi anuales, los CARACTERES DE DETERMINACION PRECISA consisten en madurar en un a�o y hallar una forma de propagar sus simientes lo m�s lejos posible en busca de biotopos destruidos, donde radiar sin tener competencia por el sol. Para ello ha de especializarse en alguna estrategia concreta. �C�mo consigue perfeccionarse? Mutando al azar y dejando que la selecci�n natural pode las mutantes poco aptas, con lo cual de suyo han de sobrevivir las mutantes que mejor expliciten alguna estrategia favorable, consecuencia no programada de antemano. Estas mutaciones pueden ser estructurales o comportamentales (conductuales), porque siempre un �rgano se puede basar en otro previo y una costumbre se puede basar en otra previa. Siempre habr� una potencialidad gen�tica desaprovechada que sirva de base para un cambio.

    La "saturaci�n del predador" es una atractor que tiene como coordenadas:
  • vida corta o tipificaci�n de presa- tama�o reducido - poca complejidad - preponderancia de lo innato con respecto a lo aprendido - logro de una fertilidad suficiente como para saturar a los enemigos biol�gicos (predadores)

    El otro atractor, "eucultural", descripto por Margalef tiene como coordenadas:
  • vida larga o tipificaci�n de predador - tama�o grande - mucha complejidad - preponderancia de lo aprendido con respecto a lo innato - fertilidad muy reducida en t�rminos comparativos, que no sirve para saturar a los enemigos biol�gicos -

    La vida es una autoorganizaci�n heredable.

    * Los seres vivos que convergen hacia el atractor "saturador del predador" necesitan un m�nimo de autoorganizaci�n y sobre esa base son lo m�s f�rtiles que puedan o les resulte conveniente. Se�alar "lo m�s f�rtiles" significa enfatizar la autorreplicaci�n y lo heredable. Primera prioridad: heredable.

    De esa forma se mantienen en estado estacionario.

    * Los seres vivos que convergen hacia el atractor "eucultural" ("eu" significa verdadero), necesitan un m�nimo de fertilidad y sobre esa base son lo m�s autoorganizados que puedan o les resulte conveniente. Primera prioridad: autoorganizaci�n. De esa forma entran en explosi�n demogr�fica.

    Hay entonces un trueque entre la "autoorganizaci�n" y la condici�n de "heredable". Se parece a la tercera figura de Hopfield, del circuito biestable sin privilegios.

    La paradoja es la explosi�n demogr�fica de la especie "eucultural". Por tener aptitud para aprender, por ejercitar el c�mo se aprende, esa especie resolvi� c�mo se procrea y se puebla la tierra, consecuencia inesperada pero pre�ada de significado.

    �C�mo se aprende? Hasta mostrando los sentimientos maternales y esperando el retorno emocional, copiando a un maestro-modelo-actor como aprendiz-agente-imitador (lectura 76), segun se sabe cientificamente. Las grandes religiones y las grandes culturas basadas en una religi�n siempre han mostrado a sus maestros-modelos-actores para que los imitemos, pese a nuestras limitaciones. Lo m�s noble que tenemos, que por supuesto que es tambien compartido con un animal o un vegetal, nos ha conducido por el camino que otras especies extinguidas ya hab�an transitado antes y que nuevas especies podr�an sentir como un atractor potencial.

    El privilegio especial de ese atractor m�s bien est� enfatizado por la cuarta figura de Hopfield, del circuito biestable con privilegios. Los cinco reinos tienen situaciones diferentes.

    Los microorganismos no mueren y en caso de presencia de depredadores conf�an que su velocidad de duplicaci�n conspire con esa corta vida para lograr salirse con la suya. En el otro caso de ausencia de depredadores, lo indicado ya no aparece as�.

    Los hongos tienen un nicho restringido y necesitan defenderse en la vejez

    Las plantas optimizan altura y resistencia mec�nica. Les conspira los incendios, motivo por el cual reinician con semillas voladoras adaptadas a eventuales incendios.

    Los animales tienen no menos de dos atractores

    • peque�os de corta vida, saturaci�n del depredador
    • grandes de duracion larga, " inform�ticos", de base cognitiva.

    Entender las implicancias de una sola teor�a es tarea de toda una vida. La unificaci�n de tres teor�as, como las de la autoorganizaci�n, la de la selecci�n natural y la de la biolog�a molecular, nos ha de llevar m�s tiempo todav�a. En las p�ginas precedentes est� el ambicioso intento de hacer un primer esbozo.

    SEGUNDA PARTE

    Principio de Le Chatelier en la biolog�a.

    La explicaci�n completa exige formular un principio de Le Chatelier generalizado para sistemas biol�gicos

    Comenzamos por recordar el principio de Le Chatelier de la termodin�mica cl�sica.

    En todo sisterma en equilibrio o en sus cercan�as, aparece espontaneamente una din�mica que se opone a la influencia de fuerzas externas, fuerzas impulsoras de dicha din�mica. Esas fuerzas externas son fluctuaciones atenuadas por el sistema din�mico. Din�mica significa aqu� proceso en movimiento. Se define aqu� como "sistema din�mico" al que logra poner en marcha ese proceso en movimiento, digamos "continuo", para aclarar que todas las variables van fluctuando continuamente, incluso, en animales, las asociadas con sue�o o hibernaci�n y vigilia.

    Por ejemplo, tenemos un vaso con agua l�quida y hielo, a 0�C. Sube la temperatura externa (por una fluctuaci�n). El an�lisis minucioso de lo que pasa es:
    • sube la temperatura externa (fuerza externa o fluctuaci�n estimulante que afecta al sistema en equilibrio),
    • aumenta la fuerza impulsora o gradiente (mayor diferencia de temperatura entre ambiente y contenido del vaso),
    • acopladamente se inicia una din�mica refrigerante para que se amortig�e la fluctuaci�n o fuerza impulsora o gradiente (se derrite el hielo).
    • "El proceso destruye al gradiente", "la natura aborrece al gradiente". Efectivamente, el derretimiento o fusi�n es una operaci�n endot�rmica, necesitada de calor externo. El contenido del vaso, junto con el ambiente fluctuante, forman un sistema din�mico, a los efectos de conciliar con las perturbaciones ambientales y con las perturbaciones ambientales. Estas �ltimas, por as� decir, "necesitadas" de refrigeraci�n, forman un sistema din�mico por referencia al vaso conteniendo hielo.

    Este mismo ejemplo tiene una segunda parte, pues sirve asimismo para comprender imaginativamente lo que sucede si el vaso se coloca en un freezer. Aparece en el ambiente un gradiente o fluctuaci�n refrigerante. Ahora la din�mica desencadenada es la del agua l�quida con algo de hielo, que se congela m�s y m�s, para destruir al gradiente. Al formarse una mayor cantidad de hielo aparece calor: la congelaci�n es una operaci�n exot�rmica, que libera calor al ambiente. Liberar calor es oponerse a la fluctuaci�n de refrigerar el vaso colocado en el freezer en funcionamiento.

    En los sistemas biol�gicos el mecanismo b�sico es similar, pero m�s complicado en los detalles. En lugar de estar en el equilibrio, el sistema biol�gico complejo a veces est� cerca de una "transici�n de fase del desequilibrio". Por transiciones de fase del desequilibrio, biol�gicas, entendemos el pasaje de un gen, de una neurona, de un �rgano, de un proceso biol�gico, de un organismo, desde un estado apagado (0) a un estado encendido (1), o viceversa. Pasar de la infancia (0) a la pubertad (1), pasar de un gameto no fertilizado (0) a uno fertilizado (1), pasar un cultivo celular desde un crecimiento continuado (0) a una inhibici�n por contacto (1), pasar una sanguijuela del estado de saciedad por exceso de serotonina (0) al estado de hambre por falta de serotonina (1), pasar la gl�ndula tiroides de no producir calcitonina (0) a producirla (1), pasar un ni�o desde la incapacidad de hablar antes de su per�odo para hacerlo (0) a la �poca propicia para aprender los rudimentos de su lenguaje materno (1), pasar un mam�fero del sue�o o de la hibernaci�n (0) a la vigilia (1), pasar un caballo del paso al trote y del trote al galope, pasar un invertebrado por etapas de metamorfosis, saltar un sistema de genes de Kauffman desde una condici�n inicial a su atractor final, ir y volver de un reloj biol�gico, u operar con los dedos como hemos hecho al final del m�dulo I, son todos ejemplos de transiciones de fase del desequilibrio. La voz desequilibrio nos recuerda que la vida est� mantenida, ya sea por el sol, o ya sea por el ingreso de glucosa (segun de cual reino biol�gico se trate). Para decir verdad, tambien el hielo del vaso est� en un cierto desequilibrio microsc�pico mientras se funde o se congela. Pero los gradientes son comparativamente microsc�picos (pero igualmente "aborrecidos" por la natura.

    Cualquiera de los sistemas que estamos considerando destruye gradientes. Esto estabiliza al ambiente y homeostatiza al ser vivo. Con estas explicaciones, el principio de Le Chatelier aplicado a sistemas biol�gicos podr�a resultar algo m�s f�cil de entender.

    En todo sistema cerca de una transici�n de fase del desequilibrio, aparece espontaneamente una din�mica que se opone a la influencia de fuerzas externas, fuerzas impulsoras de dicha din�mica. Esas fuerzas externas son fluctuaciones atenuadas por el sistema din�mico.

    Esta es una t�pica visi�n macrosc�pica de la teor�a de las autoorganizaciones.

    Microscopicamente las fluctuaciones son se�ales bioqu�micas, son hormonas, son compuestos neuroqu�micos que sondan un sitio complementario. Ahora es una t�pica visi�n microsc�pica de la teor�a de la biolog�a molecular, a la cual se accedi� despues de un cierto n�mero de mutaciones improductivas. La selecci�n natural no pone un l�mite m�ximo a las mutaciones que debieron ser ensayadas, pero la teor�a que s� les pone un l�mite es la de las autoorganizaciones de Kauffman, que no preconiza infinitos atractores a un sistema complejo con condiciones iniciales modificadas. La teor�a se�ala, en cambio, que el n�mero de atractores est� relacionado con el n�mero de genes que participan en la programaci�n de una transici�n de fase. A mayor abundamiento, transiciones de fase muy importantes dependen de un homeobox u homeocaja para su arranque.

    Cuando expresamos: Todos los organismos exhiben irritabilidad (regla 28), queremos se�alar: Todos los organismos tienen relojes biol�gicos, exhiben transiciones de fase del desequilibrio. �Ser� causa o ser� efecto? En los sistemas din�micos la diferencia entre ambos t�rminos no parece importante, todo parece depender de todo y causarlo todo. La fluctuaci�n no ser� gen�tica antes que externa, para pasar de una fase a otra? �Ser�n estas claras transiciones de fase explicables por el principio de Le Chatelier o estamos abusando de un mecanismo de homeobox, microsc�pico y complejo?

    Se puede traer a colaci�n el tema de los p�jaros carpinteros del M�dulo I, Unidad 2, Cap.2 yCap. 3 , basadas en explicaciones de Karl Popper, con fluctuaciones que duraron muchas generaciones y que esas fluctuaciones finalmente se resolvieron por mecanismos microsc�picos en un cambio en el pico sin que haya relaci�n causa - efecto, ya que ni los antojos de los progenitores del p�jaro ni las fluctuaciones no han sido la "causa" del mecanismo microsc�pico, resultante de muchas peque�as "causas".
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