La Singularidad Desnuda

Un universo impredecible de pensamientos y cavilaciones sobre ciencia, tecnología y otros conundros

Archivos de la categoría ‘Evolución’

La Filogenia del Geek

Publicado por Carlos en octubre 22, 2010

Via ABC he llegado a esta interesante representación gráfica de la evolución del geek, desde el “bicho raro” de circo que -cual Leo Bassi del s XVI- le arrancaba con la boca la cabeza a un pollo vivo, a las distinstas subespecies urbanas que hoy encontramos. Pulsar sobre la imagen para ampliar.

Dan Martell

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El misterio del lobo de las Malvinas resuelto 176 años después

Publicado por Carlos en noviembre 13, 2009

El 27 de diciembre de 1831 un joven y desconocido Charles Darwin embarcaba en el HMS Beagle para ejercer como experto naturalista en la que sería la segunda expedición del navío a tierras americanas. Cuando al cabo de casi cinco años regresó a Inglaterra, Darwin era ya un reputado científico en cuya mente empezaba a tomar forma la teoría de la evolución de las especies. Entre los hallazgos de la expedición más conocidos popularmente está el episodio de las Islas Galápagos, en particular en lo referente a las diferentes especies de pinzón descubiertas en cada isla, y que es citado como la chispa que le llevaría a la idea de la adaptación de las especies y de su disposición en un árbol evolutivo. Menos conocido -pero sin embargo quizás tan importante- es un hecho que mentalmente Darwin asociaba al mencionado de los pinzones: la presencia en las Malvinas de un mamífero similar a un lobo o a un gran zorro.

Lobo de las Malvinas

La ausencia de ciertos animales terrestres en islas oceánicas era algo que llamaba la atención de Darwin. Podía explicarse fácilmente que el desplazamiento de estos animales desde las masas continentales hasta islas en mitad de los océanos era sumamente complicado, pero desde un punto de vista creacionista cabía preguntarse porqué no habían sido creados en dichas islas desde un principio. Tal como escribió en El Origen de las Especies:

This general absence of frogs, toads and newts on so many true oceanic islands cannot be accounted for by their physical conditions; indeed it seems that islands are peculiarly fitted for these animals; for frogs have been introduced into Madeira, the Azores, and Mauritius, and have multiplied so as to become a nuisance. But as these animals and their spawn are immediately killed (with the exception, as far as known, of one Indian species) by sea-water, there would be great difficulty in their transportal across the sea, and therefore we can see why they do not exist on strictly oceanic islands. But why, on the theory of creation, they should not have been created there, it would be very difficult to explain.

Los mamíferos terrestres se incluían en este apartado, y precisamente el caso de los lobos de las Malvinas (Dusicyon australis) era lo más parecido a una excepción, ya que las islas se hayan a 480 km de la costa continental, y el susodicho lobo era una especie que sólo se encontraba en estas islas. Era admisible sin embargo que dada la situación geográficas de las islas se diera el caso de que estos animales hubiesen sido accidentalmente trasportados a las islas en icebergs, o incluso llevados allá por los primeros pobladores. Aunque no podía determinar con exactitud el origen de estos lobos, su ausencia en el continente le sugería a Darwin que las especies podían variar para adaptarse a un nuevo entorno.

Este misterio en relación al origen de los lobos de las Malvinas parece haber sido resuelto 176 años después de que Darwin viera a los animales in situ por vez primera, según Graham J. Slater y colaboradores describen en un artículo que lleva por título

publicado hace una semana en Current Biology. En este trabajo Slater et al. han analizado muestras de ADN mitocondral de cinco ejemplares del extinto lobo de las Malvinas conservados en museos, y las han comparado con la de otros cánidos del continente americano. El resultado es sumamente interesante. Desde un punto de vista comparativo con los mamíferos actuales, su pariente más cercano es el lobo de crin  (Chrysocyon brachyurus), una especie de zorro de largas piernas que habita en las praderas de Sudamérica. Más raro aún es el pariente más cercano a este lobo de crin: el perro venadero, un pequeño cánido cuyo aspecto asemeja más una marta o un turón que un zorro.

Lobo de Crin

Lobo de crin / Credit: Sarefo

Pero venadero

Perro venadero / Credit: Attis

Con todo lo más interesante es lo que hace referencia al tiempo de divergencia de las muestras del lobo de las Malvinas. El ancestro común de los cinco ejemplares analizados vivió hace unos 70 000 años, esto es, 50 000 años antes de que los primeros pobladores humanos llegaran a las Malvinas. Más aún, la divergencia entre el lobo de las Malvinas y los otros cánidos se produjo hace más de 6 millones de años, y es anterior por lo tanto al pico del gran intercambio americano (la invasión de Sudamérica por la fauna norteamericana) hace unos 3 millones de años, durante el Plioceno.

Lo anterior sugiere que -efectivamente- los ancestros del lobo de las Malvinas se aventuraron desde las costas continentales de Sudamérica en icebergs errantes, o quedaron accidentalmente atrapados en bloques de hielo que se desgajaron de la costa, sobreviviendo al viaje alimentándose de aves marinas y otros animales atrapados en el mismo iceberg hasta que finalmente llegaron a las Malvinas. Allí, el aislamiento geográfico y la evolución hicieron el resto.

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Simios anti-evolucionistas

Publicado por Carlos en agosto 28, 2009

Creeping Out

Credit: Dan Piraro

O quizás simplemente humanófobos. Menos mal que no salió adelante lo del Gran Simio…

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“Code of the Lifemaker” de James P. Hogan

Publicado por Carlos en agosto 21, 2009


Code of the Lifemaker es una novela de James P. Hogan, el prolífico –y en los últimos tiempos controvertido– escritor británico. Es fundamentalmente una pieza de ciencia-ficción dura que el autor emplea como vehículo para explorar el rol del individuo en la sociedad, los choques de culturas, así como el conflicto entre ciencia y superstición, todo ello aderezado con acción e intrigas en un apasionante entorno alienígena como telón de fondo.

Decía un celebérrimo director cinematográfico que si en una película no sucede nada interesante en los primeros 30 segundos, el abandonaba la sala. No es fácil trasladar esta idea al mundo literario, ya que hay grandes obras cuyo arranque pone a prueba al lector, pero si algo puede decirse de Code of the Lifemaker es que no adolece de este problema. El prólogo con el que comienza la novela es uno de los hitos de la ciencia-ficción, y ha llegado a ser publicado como pieza separada en antologías de cuentos cortos del autor. Todo comienza hace 1,1 millones de años, en algún sistema estelar situado a 1 000 años luz de la Tierra. Una sonda automatizada de una civilización alienígena llega a un planeta virgen con el objeto de explotar sus recursos mineros. Para ello emplea un patrón de auto-replicación: una plétora de robots de diferentes tipos se afanan en la construcción de una factoría cuyo propósito inicial es la fabricación de robots análogos. Estos robots serán despachados para la construcción de una segunda factoría idéntica a la primera, y así sucesivamente. Tras un cierto número de replicaciones, cada factoría pasa a modo de explotación, extrayendo materia prima del terreno, procesándola y manufacturando las naves de carga en las que los bienes producidos serán devueltos al sistema de origen. El patrón de replicación da lugar a un crecimiento exponencial de los centros de explotación, convirtiendo toda la superficie del planeta en una planta industrial en apenas 50 años. En ese momento, la sonda embarca al contingente principal y procede al siguiente planeta. Desafortunadamente para la sonda (y para la civilización que la construyó, que pereció en el evento) una estrella se vuelve supernova en la proximidad, y el baño de radiación daña profundamente los sistemas y programas de la nave. Cuando 100 000 años después la sonda llega al primer cuerpo celeste en el que puede aterrizar y comienza la rutina de explotación, la situación se descontrola irreversiblemente. La capacidad de auto-replicación se mantiene, pero los fallos en los programas y en los sistemas de producción hacen que finalmente se desencadene un proceso evolutivo: empiezan a surgir robots con ligeras variaciones que compiten por los recursos materiales y por el acceso a las plantas de ensamblaje. Esta presión selectiva provoca la aparición de formas complejas de auto-defensa y replicación efectiva, así como patrones de comportamiento social, especiación y relaciones simbióticas. Una ecología robótica en la que –salvo el componente orgánico– todos los ingredientes de lo que consideramos vida están presentes.

Tras el cautivador prólogo, la novela arranca en un futuro muy próximo al actual (segunda década del s. XXI) y se divide inicialmente en dos hilos de acción. El primero tiene lugar en la Tierra, y se centra en Kart Zambendorf, un mentalista muy hábil. Gracias a dicha habilidad y a la del equipo de colaboradores que le rodea, Zambendorf es capaz de mantener una imagen de autenticidad en sus supuestos poderes ESP, lo que le permite una gran popularidad así como influyentes contactos en la GSEC –General Space Enterprise Corporation– una poderosísima megacorporación. A través precisamente de la GSEC se le plantea la idea de participar en una misión de la NASO (la North Atlantic Space Organization, resultado de la fusión de la ESA, la NASA y la OTAN) a Marte. Su papel sería oficialmente el de experimentar con sus poderes ESP sobre distancias interplanetarias, lo que indirectamente daría cobertura mediática a la misión y permitiría a la GSEC promocionar la futura colonización de Marte. Para sorpresa de Zambendorf, que aceptó la idea pensando que la NASO la descartaría, ésta se muestra favorable a la misma y contacta con Gerold Massey –un afamado psicólogo, ilusionista aficionado, y especializado en desenmascarar a videntes y otros farsantes– para que también forme parte de la misión.

Enterados de la composición de la tripulación (formada por un equipo multidisciplinar de científicos, muy diferente del que el perfil de la misión sugiere), la GSEC intenta desactivar a Massey desde el más alto nivel, lo que despierta el recelo de Zambendorf. Tanto más cuando al llegar a la estación en órbita en los días anteriores al comienzo del viaje advierten que un importantísimo contingente militar viajará con ellos. Cuando finalmente averigua que el equipamiento de los militares incluye vehículos para desplazarse por superficies heladas y densas atmósferas, todos los cabos quedan atados: esa misión no irá a Marte sino más bien a alguno de los satélites del Sistema Solar exterior. El anuncio público de esa “profecía” fuerza a la NASO y a la GSEC a reconocer abiertamente que el destino final del la misión no es Marte sino Titán. Más aún, se revela que las sondas de exploración que se han acercado al satélite han descubierto lo que parecen ser los restos de fábricas de origen extraterrestre, así como numerosos robots, aunque extrañamente ningún signo de los alienígenas que los construyeron. El posterior análisis de la información recopilada en relación a los tipos de robots detectados, así como a su comportamiento lleva a la sorprendente conclusión de que esas máquinas constiyen la biosfera de Titán. La especie dominante recibe el nombre de taloides, por Talos, el hombre de bronce de la mitología griega, creado por Hefestos y guardián de Creta.

Paralelamente a lo anterior, los acontecimientos se desarrollan en la superficie de Titán, cuyos habitantes se encuentran en un régimen feudal similar al de la Edad Media. El protagonista principal es Thirg, un filósofo que tiene en la duda y en el anhelo de conocimiento su razón de ser. Esto le causa problemas con las estructuras de poder de Kroaxia, su nación, y fundamentalmente con los jerarcas religiosos. La creencia oficial es que el mundo es plano, y que detrás del manto de nubes que perennemente cubre a Titán no hay nada. Se venera asimismo al Creador de Vida, el ser que creó la primera máquina (y que por lo tanto no era una máquina, la única forma de vida conocida para los taloides). Esto no casa con el conocimiento que a través de los viajeros había adquirido Thirg y que le indica que el mundo es en realidad esférico, pues alguno de los viajeros que se aventuró mucho hacia al Este llegó a ciudades que se encontraban al Oeste. Este pensamiento le lleva a conjeturar que si no hay barreras físicas sobre la superficie tampoco puede que las haya en los cielos, y que detrás de las nubes haya otros mundos, quizá habitados también. Estas ideas le llevan al terreno de la herejía, por lo que debe huir de Kroaxia hasta Cartoghia, una pequeña nación cuyo rey ha instaurado una suerte de pensamiento libre, y en la que inventores y filósofos perseguidos en otras naciones buscan refugio.

Avisado por su hermano Groork de la inminencia de su arresto y ayudado por un pequeño grupo de soldados de Cartoghia, Thirg comienza su huida perseguido por un gran contingente de tropas de Kroaxia. El destino quiere que en una zona desértica fronteriza y cuando ya el encuentro con los perseguidores parecía inminente, un módulo de superficie terrestre haga acto de presencia para establecer el primer contacto. Para los taloides este módulo es una criatura viva y desconocida, un gigantesco dragón que baja de los cielos emitiendo una misteriosa luz violeta. El asombro aumenta cuando ven que junto al dragón están los que parecen ser sus sirvientes, unas extrañas criaturas con carcasa flexible en cuyo interior una masa de aspecto gelatinoso brilla con un intenso calor. Ajenos a este encuentro, el ejército de Kroaxia inicia el ataque sobre los fugitivos, lo que provoca la respuesta armada terrestre y la inmediata e irremisible destrucción del contingente kroaxiano. El asombro de los absortos taloides no cesa cuando finalmente comprenden que los que creían sirvientes del dragón son en realidad los visitantes, y que de hecho el dragón no es más que la obra de éstos, seres vivos que no son máquinas, y que son capaces de crear máquinas. ¿Serán los Creadores de Vida?

Tras el contacto inicial, y una vez que se desarrolla un sistema de traducción (los robots se comunican entre sí mediante ultrasonidos), se concierta una reunión con Kleippur, rey de Cartoghia, para transmitirle los deseos de los terrícolas (“lumianos” para los taloides, debido a su intenso brillo infrarrojo): colaboración para explotar las factorías alienígenas, a cambio de tecnología terrestre (por ejemplo, armamento). Kleippur rechaza sin embargo este trato: el desea que los terrestres les proporcionen conocimiento de sus artes de fabricar vida (es decir, que les enseñen a desarrollar tecnología). Un acuerdo de estas características está fuera de lugar tanto para los dirigentes políticos de la Tierra como para GSEC, que espera obtener billones de la explotación de Titán, por lo que la dirección de la misión decide comenzar una aproximación en los mismos términos con Eskenderom, rey de Kroaxia, mucho más receptivo a la idea puesto que ambiciona conquistar toda Robia (nombre que los taloides le dan a Titán). Sin embargo, la jerarquía religiosa es un contrapoder importante que puede comprometer la realización del plan, por lo que se decide neutralizarla buscando un sumo sacerdote más maleable, al que se aupará gracias a los “milagros” de la tecnología terrestre. Ante la perspectiva que se cierne sobre los taloides, Massey y Zambendorf unirán esfuerzos para conseguir que no acaben como meros esclavos de la Tierra.

Tal como comentaba al comienzo, el desarrollo argumental de la novela incide en la relevancia del individuo frente a la masa, y en la importancia del pensamiento crítico y la ciencia frente a la superstición. No es por ello sorprendente que el telón de fondo guarde bastantes similitudes con la Edad Media. A pesar de que esto supone una visión un tanto antropocéntrica de una civilización alienígena, cabe destacar que tanto el escenario físico (Titán) como la naturaleza de los taloides proporcionan constantemente la oportunidad de hacer volar la imaginación. Máxime cuando gran parte de la acción se nos muestra desde el punto de vista de los taloides, para quienes los humanos son extrañas criaturas que necesitan estar permanentemente bañadas en gases corrosivos a alta temperatura, y cuyo mundo es tan caliente que hay océanos de hielo fundido y el metano sólo existe como gas. Para los taloides las máquinas están vivas, los dispositivos electrónicos de los humanos son “vegetales”, y perciben que el anhelo de los humanos es “domesticar” los bosques salvajes.

La ambientación está muy bien conseguida (destaca el habla medievalizada de los personajes), hay intrigas tanto entre los humanos como entre los taloides, y un amplio abanico de personajes que tienen un papel importante en la trama. A pesar de haber sido publicada originalmente en 1983, y obviando un par de anacronismos sin importancia (e.g., todavía existe la Unión Soviética) la novela aguanta impertérrita el paso del tiempo sin perder frescura. En resumen, una muy recomendable novela para todos los amantes de la ciencia-ficción.

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Happy Birthday, Mr. Darwin!

Publicado por Carlos en febrero 12, 2009

Como hablábamos hace algunos días, este año 2009 es el “Año de Darwin”, y precisamente hoy es el día del 200º aniversario del nacimiento de Charles Darwin. En un gran ejemplo de sincronía cósmica, desde ayer día 11 hasta mañana día 13 se está desarrollando en Málaga el congreso español de metaheurísticas, algoritmos evolutivos y bioinspirados. No podíamos dejar de aprovechar esta coincidencia para celebrar el acontecimiento, como se aprecia en el vídeo inferior (con JJ de cameraman):

Las celebraciones de esta efemérides han sido múltiples, y sin ir más lejos, Google se ha vestido hoy de Darwin (de los pinzones de las Galápagos concretamente).

google darwin

Por cierto, y hablando de Darwin en particular y de libros en general, recomiendo una visita por La Biblioteca de Alejandría, blog de mi compañero Paco Fernández, que en su último apunte nos habla de “los autobuses de Darwin“.

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Jugando con Darwin a la Evolución – ¿Quién quiere vivir un millón de años?

Publicado por Carlos en enero 13, 2009

En este año 2009 se cumple el segundo centenario del nacimiento de Charles Darwin, y el 150º aniversario de la publicación de su obra “El Origen de las Especies“. Con motivo de esta efemérides, la Unión Internacional de Historia y Filosofía de la Ciencia ha declarado este año el “Año Mundial de la Biología”, y la Unión Internacional de Ciencias Biológicas lo ha declarado el “Año de Darwin”. Hay varias webs en las que se recopila información sobre (aquí, aquí y aquí, por ejemplo). 

Glosar la contribución de Darwin a la biología en particular y a la ciencia en general es a estas alturas innecesario, a pesar de que por motivos ideológicos haya aún quién intenta negar lo evidente. En cualquier caso, no está de más resaltar una vez más la belleza y elegancia del proceso evolutivo, ya tenga lugar a nivel biológico, cultural, o computacional. Precisamente en relación a esto último, puede ser divertido dedicar un rato a jugar con una pequeña aplicación flash que con motivo de la celebración del Año de Darwin ha publicado en su web Science Channel (¡gracias Pablo por el aviso!)

Darwin's Evolution Game (click para jugar)

Se trata de un juego a caballo entre los algoritmos genéticos y la vida artificial, en la línea (simplificada) de aquel famoso SimLife. El objetivo es contribuir a que un pequeño grupo de animales similares a aves perdure durante un millón de años, adaptándose a los cambios ambientales que se suceden. En la misma aplicación se puede acceder a información biográfica de Darwin, y a un juego tipo test sobre Darwin y la evolución. Que se diviertan Vds.

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La cresta de los lambeosaurios, vista por tomografía axial computarizada

Publicado por Carlos en octubre 17, 2008

Uno de los aspectos más fascinantes de la paleobiología como ciencia es el desafío que supone inferir pautas de comportamiento o características fisiológicas de criaturas extintas hace millones de años, y de las que se dispone de limitadísima evidencia fósil. Esto se suple de dos maneras: exprimiendo al máximo la información extraída de los restos disponibles, y extrapolando a partir de lo que se conoce sobre otras especies relacionadas, presentes o pasadas. Esto tiene su componente de bootstrapping, y es por supuesto sensible a interpretaciones erróneas, como sin ir más lejos puede apreciarse consultando tratados y láminas de comienzos del siglo pasado. En cualquier caso, esto se va mitigando gracias a que las técnicas de análisis biomolecular permiten tener una mejor compresión de la filogenia de las especies actuales, y a que los medios técnicos disponibles hoy en día facilitan acceder a facetas de los restos fósiles impensables hace tiempo.

Reconstrucción de un Corythosaurus. Cortesia de Michael Skrepnick.

Reconstrucción de un Corythosaurus. Cortesía de Michael Skrepnick.

Una buena muestra de esto lo tenemos en un reciente trabajo de David C. Evans y colaboradores -del Royal Ontario Museum, la Ohio University, y la Montana State University- en el que han analizado la estructura y función de la llamativa cresta que lucían los lambeosaurios (véase la imagen superior). El trabajo en cuestión lleva por título

y acaba de ser presentado ayer, 16 de octubre, en la reunión anual de la Society of Vertebrate Paleontology. Como puede apreciarse en la ilustración anterior, los lambeosaurios estaban dotados de una espectacular cresta, sobre cuya función se han vertido todo tipo de suposiciones. Indudablemente, al menos por lo que podemos saber de otras especies animales que exhiben aparatosos “adornos”, la cresta pudo cumplir una función visual, ya sea de identificación o de exhibición para el apareamiento. En cualquier caso, razonable como esto puede parecer, no excluye que hubiera otras funciones -incluso quizás más importantes- para las que la cresta fuera esencial. Hay que notar en este sentido que la cresta enraíza con la nariz, y que está atravesada por largos conductos nasales. Así, una de las propuestas lanzadas a la luz de esta observación era que dichos conductos permitían albergar grandes receptores olfativos, que dotarían al animal de un olfato de gran sensibilidad. Es en este contexto en el que se ha realizado el estudio de Evans et al. En el mismo se ha usado tomografía axial computarizada para analizar las cavidades craneales y los conductos nasales de diferentes especímenes de Lambeosaurus, Corythosaurus, y Hypacrosaurus.

Reconstrucción del cráneo de un coritosaurio joven. Cortesia de Witmer & Ridgely, Ohio University.

Reconstrucción del cráneo de un Corythosaurus joven. Cortesía de Witmer & Ridgely, Ohio University.

El análisis ha sido revelador en diferentes sentidos. Por un lado, la cavidad craneal es similar a la de otros hadrosáuridos, y los bulbos olfativos se revelan pequeños, lo que no apoya la hipótesis de que la cresta tuviera una función primordialmente olfativa. El cerebro ocupaba una proporción relativamente elevada de la cavidad (un 43%), lo que a su vez sugiere un desarrollo mayor de las funciones cognitivas, esto es, estos animales tendrían el potencial para sostener formas de comunicación más complejas que la olfativa, basadas en estímulos visuales y auditivos. De hecho, parece no haber correlacción entre la estructura externa de la cresta, que presenta gran variabilidad entre especies, y la estructura interna, mucho más homogénea, y con grandes cámaras resonantes. Unido a la delicada estructura del oído interno, todo sugiere que el rol fundamental de estas cavidades es la comunicación. No sólo es un resultado muy interesante, sino que demuestra la utilidad de este tipo de tecnología informática para el estudio peleobiológico.

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Aprendizaje evolutivo en bacterias

Publicado por Carlos en mayo 15, 2008

La capacidad de aprendizaje (esto es, de predicción del estado próximo del entorno) es patente en organismos dotados de sistemas nerviosos más o menos complejos. El campo de las redes neuronales artificiales se basa precisamente en la utilización de ideas basadas en el proceso de reajuste de las interconexiones entre neuronas durante la vida de un organismo. Más sorprendente es sin embargo observar capacidades predictivas en organismos mucho más simples como las bacterias. Dada la ausencia de sistema nervioso en las mismas, el comportamiento de este tipo de organismos se explica mediante mecanismos físico-químicos de homeostasis, presentes en la célula gracias a la acción de la selección natural. Siendo esto así, no hay que dejar de lado en cualquier caso que toda célula contiene un sistema enormemente complejo en su interior, en la forma de redes genómicas, proteómicas y metabólicas, y que un sistema de estas características es capaz de dar muchas sorpresas.

Una de estas sorpresas es la capacidad que ciertas bacterias tienen de asociar cambios ambientales inmediatos con cambios ambientales que ocurrirán con posterioridad. Un ejemplo de este comportamiento es el que exhibe la conspicua Escherichia coli. Esta bacteria es capaz de asociar incrementos rápidos de temperatura (como los que ocurrirían al pasar de un entorno abierto al interior de la boca de una persona) con posteriores decrementos del nivel de oxígeno (como los que ocurrirían posteriormente al llegar al tracto intestinal). Un estudio al respecto ha sido publicado por Ilias Tagkopoulos, Yir-Chung Liu, y Saeed Tavazoie, de la Universidad de Princeton, en un trabajo titulado

recién aparecido en Science. Tagkopoulos et al. han realizado en primer lugar un estudio computacional, empleando técnicas de computación evolutiva y de vida artificial. En sus simulaciones se mantiene una población de organismos, cada uno de los cuales contiene una red metabólica en su interior. Esta red metabólica evoluciona mediante la aplicación de ciertos operadores de mutación al llegar a la fase reproductiva. El entorno se simula mediante una serie de señales más o menos correlacionadas con la aparición de ciertos eventos. Concretamente, consideran un evento consistente en la aparición de un recurso del que es posible extraer energía siempre que la célula exprese una cierta proteína. La energía que se gana de esta forma se ve reducida por el propio coste de mantenimiento de la red metabólica, dando lugar a un saldo energético final. En un grupo de simulaciones este saldo energético se usaba para seleccionar los individuos que pasaban a la siguiente generación, mediante el clásico procedimiento de ruleta. En otro grupo de simulaciones el proceso de reproducción era asíncrono, y se producía individualmente en cada individuo cuando acumulaba suficiente energía.

Escherichia coli at 10000x

Este tipo de simulaciones (realizadas en supercomputadores) permitieron demostrar la viabilidad en principio de que a escala evolutiva pueda producirse aprendizaje a nivel de interacción bioquímica. El siguiente experimento se realizó con ejemplares de E. coli bajo condiciones controladas en las que se realizaban cambios de temperatura entre 25ºC y 37ºC y cambios en la concentración de oxígeno entre 0% y 18%. No sólo se observó el efecto mencionado anteriormente en relación a la predicción de las condiciones del tracto digestivo, sino otro más interesante. Concretamente se realizaron experimentos con las condiciones inversas a las naturales, es decir, se evolucionó una población de E. coli en un entorno en el que el incremento de temperatura iba seguido de un incremento de la concentración de oxígeno. Se obtuvo de esta manera una cepa que era capaz de anticipar este escenario ecológicamente incoherente, mostrando así un aprendizaje genuinamente asociativo.

Según afirman los autores del trabajo, este tipo de estudios puede conducir a una mejor comprensión de la dinámica adaptativa de las bacterias y la aparición de resistencia a los tratamientos, lo que puede resultar de gran utilidad.

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Modelos antrópicos de evolución y aparición de vida compleja

Publicado por Carlos en abril 30, 2008

Siempre que se considera la posibilidad de existencia de vida fuera de la Tierra y se intenta cuantificarla, es inevitable tener en cuenta el sesgo observacional que nuestra propia existencia como observadores introduce. Dada la diversidad y abundancia de formas de vida que nos encontramos en la Tierra, y dada la enorme escala del Universo, la idea de que no haya vida (simple, compleja o incluso inteligente) en ningún otro lugar suele repeler nuestra intuición. Con independencia de que nuestra intuición esté o no en lo cierto, es indudable que el hecho de que estemos aquí es la consecuencia de toda una serie de circunstancias de índole cosmológica, astronómica, geológica, y biológica. Centrándonos en este último aspecto, somos el resultado de un largo camino evolutivo a lo largo del cual han tenido lugar eventos de mayor o menor probabilidad. La hipótesis de la Tierra Rara, formulada como reacción a la aparente paradoja de Fermi, nos indica que algunos de estos eventos han de ser bastante improbables, y el análisis de las implicaciones que ello conlleva arroja consideraciones que pueden ser de gran interés.

Un estudio de este tipo ha sido realizado por Andrew J. Watson, de la Universidad de East Anglia, en un trabajo titulado

que acaba de ser publicado en Astrobiology. Este trabajo estudia la distribución de este tipo de eventos “improbables” y muestra como puede establecerse una correspondencia razonablemente sólida (en términos probabilisticos) con las principales transiciones evolutivas de las que tenemos constancia. El artículo de Watson comienza con una observación a la que no siempre se le presta la debida atención: ya hemos cubierto aproximadamente el 80% de la ventana temporal durante la cual la Tierra ha sido y será habitable (para formas de vida compleja). El mantenimiento de la biosfera depende entre otros factores de que la temperatura no supere un umbral de en torno a 50ºC, y de que la concentración de CO2 sea al menos de unas 10 ppm. Por lo que conocemos de la futura evolución de la luminosidad del Sol y de los ciclos del CO2 atmosférico, en un periodo de 1.0±0.5 Ga (1Ga=1000 millones de años) las condiciones dejarán de ser aceptables.

El hecho de que la vida inteligente haya surgido en una fase tardía del periodo de habitabilidad de la Tierra sugiere que no es un fenómeno sumamente probable a priori (o de manera más precisa, el hecho de que no haya surgido en una fase temprana no apoya que el surgimiento de vida inteligente sea un fenómeno muy probable). Watson elabora en este sentido un modelo de Brandon Carter en el que se asume la existencia de un número n de pasos críticos, cada uno con una probabilidad por unidad de tiempo λi. La criticidad de estos pasos se traduce en el hecho de han de darse de manera consecutiva, y de que si th es el tiempo de habitabilidad de la Tierra, entonces λith<<1. En estas circunstancias, puede demostrarse que la probabilidad de que se hayan producido los n pasos tras un tiempo t es

P_{n/n}(t) \approx L \prod_{i=1}^n \lambda_it^{n-1}

Si se ajusta la constante K  al hecho conocido a posteriori de que existimos sobre la Tierra, obtenemos

P_{n/n}(t) = nt^{n-1}t_h^{-n}

Calculando la esperanza matemática del momento t en el que se realizan los n pasos críticos se obtiene

E[t_{n/n}] = \frac{n}{n+1}t_h

Suponiendo que la Tierra empezó a ser habitable hace unos 4 Ga y que lo seguirá siendo 1 Ga más, lo anterior sugiere que ha habido 4 pasos críticos en nuestro caso, aunque esto depende mucho de la estimación futura (si la Tierra sólo fuera habitable 0.5 Ga más, n podría ser 8). En cualquier caso, el resultado más interesante puede ser que el tiempo esperado hasta que se dé el paso m-ésimo es

E[t_{m/n}] = \frac{m}{n+1}t_h

esto es, los eventos críticos suceden en promedio a intervalos regulares dentro de la ventana de habitabilidad (siempre con la condición a posteriori de que se satisfagan todos dentro de la misma). Bajo esta premisa, puede evaluarse la criticidad de eventos evolutivos históricos sobre la base de cuál es la probabilidad de que se dieran en el momento en el que lo hicieron (ya que se tiene una estimación de la distribución de probabilidad de los eventos críticos para un número cualquiera de los mismos). Así, un modelo basado en 7 pasos críticos indica que la aparición de código genético o de reproducción sexual habrían ocurrido de manera excepcionalmente temprana para lo que cabría esperar. Sin embargo, un modelo de 5 pasos críticos encaja bastante bien. Dichos pasos críticos serían:

  1. Aparición del código genético (establecimiento del flujo de información clásico determinado por el dogma central de la biología), ocurrido hace unos 3.5 Ga, lo que resulta en una probabilidad del 41%.
  2. Aparición de los eucariotas, ocurrido hace 2.5-1.5 Ga, lo que arroja una probabilidad del 66%.
  3. Reproducción sexual, ocurrida también hace 2.5-1.5 Ga, lo que indica una probabilidad del 32%.
  4. Diferenciación celular, ocurrida hace 1.0-0.6 Ga, lo que arroja una probabilidad del 41%.
  5. Transición de primates a humanos modernos hace 0.001 Ga, lo que resulta en una probabilidad del 33%.

Este análisis -además de apoyar la hipótesis de la tierra Rara- proporciona algunas indicaciones sobre lo que cabe esperar de la vida fuera de la Tierra. En primer lugar, la abiogénesis parece un evento probable, con un tiempo esperado de ocurrencia de 0.1 Ga. Sin embargo, el desarrollo de vida compleja es mucho más improbable. Por lo tanto, podría esperarse que el Universo estuviera lleno de formas simples de vida, similares a los procariotas, pero sólo podría esperarse la existencia de formas complejas de vida en los raros casos en los que la secuencia de pasos necesarios se hayan dado. Si además llegan a ser inteligentes, posiblemente llegarán también a esta misma conclusión.

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Nanobacterias, nanopartículas y proto-vida

Publicado por Carlos en abril 23, 2008

ALH84001 nanostructuresCuando en 1996 se hicieron públicos los estudios preliminares de las nanoestructuras encontradas en el meteorito marciano ALH84001 hubo un gran revuelo, controversia y expectación. Se sugería que estas nanoestructuras -con un tamaño de 20-100 nm- podrían ser restos fosilizados de formas de vida bacteriana o similar, lo que supondría la confirmación de la existencia de vida fuera de la Tierra. Entre los primeros argumentos contrarios a tal interpretación de estas estructuras estaba su pequeño tamaño, inferior a la de las más pequeñas bacterias terrestres conocidas (los micoplasmas, de unos 150-250 nm de tamaño). Actualmente sigue sin estar claro si dichas estructuras tienen origen biológico, o incluso si de tenerlo hay que buscarlo fuera de la Tierra o puede ser una contaminación posterior a la llegada del meteorito. En cualquier caso, es interesante retomar la cuestión del tamaño, precisamente en relación con otra hipotética familia de microorganismos (o mejor dicho, nanoorganismos) que está dando que hablar en los últimos tiempos: las nanobacterias.

Las primeras referencias específicas hacia las nanobacterias en un entorno biológico datan de 1998 (previamente -en 1981- había habido especulación a partir de hallazgos en rocas, similares a los mencionados en el caso del meteorito marciano). En un artículo publicado en PNAS, dos investigadores de la Universidad de Kuopio en Finlandia sugerían que este tipo de organismos -autorreplicantes y con ADN- eran los responsables de la deposición de fosfato de calcio en los cálculos renales. Este planteamiento fue muy controvertido, ya que se estaba hablando de tamaños inferiores a los de la mayoría de virus, que no pueden replicarse de manera autónoma. De hecho, se ha sugerido que unos 140 nm es el límite inferior para el tamaño de una célula: con menos de eso no hay espacio para el ADN y las proteínas necesarias para que ésta funcione. La interpretación alternativa era la de nanopartículas contaminadas con ADN de bacterias circundantes y que de alguna forma eran capaces de replicarse y producir apatita, extremo este último que no resultaba tampoco muy satisfactorio como planteamiento.

La controversia puede estar sin embargo cerca de su fin si se confirman los hallazgos de Jan Martel y John Ding-E Young en un reciente trabajo titulado

y que ha sido publicado en los Proceedings of the National Academy of Sciences. En este trabajo los autores han sido capaces de sintetizar nanopartículas cuya apariencia y comportamiento son idénticos a las supuestas nanobacterias identificadas en el suero sanguíneo. Estas nanopartículas se forman a partir de una reacción química entre calcio y CO2, sustancias que se encuentran de manera natural en la sangre, y asombrosamente son capaces de “reproducirse”, esto es, de producir nuevos cristales calizos. El fenómeno distintivo que hace que estos cristales no sean de gran tamaño es la presencia de moléculas orgánicas que envuelven a estas nanopartículas, impidiendo su crecimiento normal y forzándolas a adoptar la forma esférica o alargada típica de bacterias. No se ha localizado traza alguna de ADN, y las supuestas bacterias continuaron comportándose de la misma forma tras ser literalmente cocidas con una dosis de 30 kGy de rayos gamma (el doble de lo que tolera Deinococcus radiodurans, la bacteria más resistente a la radiación).

Aunque esto puede suponer el fin de la especulación acerca de si estas partículas eran realmente seres vivos o no, no deja de ser interesante especular con el papel que han podido jugar en el origen de la vida. Ya en 1985 el químico y biólogo molecular Graham Cairns-Smith propuso la teoría de que la vida tal como la conocemos surgió a partir de un proto-ecosistema basado en cristales de arcilla que por medios puramente químicos se “reproducían” y estaban sujetos a una suerte de selección natural. Las moléculas orgánicas eran inicialmente una “adaptación evolutiva” de estos cristales que encontraban en ellas una ventaja con vistas a su propagación. Eventualmente el proceso se cortocircuitó, y las moléculas orgánicas alcanzaron la capacidad de autorreplicación de manera independiente de los cristales arcillosos. ¿Pudiera ser que un proceso análogo hubiera podido producirse de alguna forma a través de cristales de carbonato cálcico? Quién sabe. La cuestión es en cualquier caso apasionante, y engarza con algunas discusiones que tuvimos hace tiempo sobre formas de vida fundamentalmente diferentes a la bioquímica terrestre. Merecerá la pena retomar este hilo próximamente.

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