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Entrevista con Stuart Kauffman: «Nuestro aparato sensorial no es la única colección posible de modalidades sensoriales útiles»
[Interview with Stuart Kauffman: «The sensory apparatus that we have is not the only possible set of useful sensory modalities»]
Emili González-Pérez
Rubes Editorial
biomed@rubes.es

Stuart Kauffman es un científico con una trayectoria intelectual heterodoxa. Su carrera le ha convertido en uno de los investigadores más creativos revisando, a partir de las teorías de la complejidad y la autoorganización biológica, ciertos supuestos acerca de la evolución de las especies. Este investigador de la Universidad de Calgary y director del Instituto de Biocomplejidad e Informática, nos presentó, en unas jornadas sobre Química Prebiótica celebradas en Barcelona, una vertiente complementaria a sus motivaciones clásicas, una visión filosófica sobre la evolución y la percepción del mundo que nos rodea

¿Nos podría explicar algún detalle sobre los propósitos de su nuevo libro «Beyond reductionism: reinventing the sacred»?1

Bien, básicamente me estoy dando cuenta de que existe una visión de la ciencia a la que, hasta el momento, no hemos prestado demasiada antención. Esto es consecuencia de la emergencia de la sociedad laica, de la gente no creyente, durante los últimos siglos de historia humana. A partir de ese momento el mundo se diferenció claramente entre los que pertenecen a la sociedad laica y los devotos de un Dios trascendental. Creo que estamos iniciando —aunque aún no entiendo muy bien de qué manera— una nueva visión científica del mundo, que es mucho más importante que cualquier detalle científico. El reduccionismo, con sus científicos y humanistas, y la religión, llevan mucho tiempo ignorándose mutuamente, y creo que ha llegado el momento de indagar una tercera vía de pensamiento.

Centrándonos en sus investigaciones sobre el origen de la complejidad y en los intereses directos de nuestros lectores, ¿cuál es la capacidad real de nuestros sentidos de abarcar toda la complejidad inherente al mundo biológico?

Kant escribió en una ocasión sobre cómo conocemos el mundo que nos rodea y dejó muy claro que el mundo, tal y como lo observa la ciencia, no podría extrapolarse de la mera y fortuita acumulación de percepciones sensoriales. Otro conocido filósofo ponía el ejemplo de cómo sería sentirse un murciélago. Evidentemente, el murciélago conoce el mundo de manera muy diferente a la nuestra, ya que su medio básico de exploración y de percepción de información es la ecolocalización.

Junto a estas evidencias, resulta obvio que nuestro aparato sensorial no es la única colección posible de modalidades sensoriales útiles. Nosotros disponemos de una serie de canales de aproximación al mundo y el murciélago dispone de otros y, en consecuencia, cada uno tiene una visión del mundo y ambas son válidas. A todo esto, debemos añadir que somos capaces de explorar nuevos canales de percepción mediante la tecnología. Por tanto, estamos perfeccionando nuevos sistemas para mantenernos en contacto y para confeccionar una visión completa del mundo.

También hay una cuestión profunda sobre si realmente el mundo que hay ahí enfrente es o no algo parecido a lo que percibimos. Este es un problema filosófico muy antiguo y de difícil resolución. Aún así, y si pensamos en términos de la evolución animal durante los últimos 600 millones de años, si nuestros sentidos no fuesen suficientemente precisos en esta representación del ambiente exterior, probablemente ya no estaríamos aquí. Así, nuestro sistema visual es especialmente sensible a conexiones y movimientos, una estrategia muy útil para evitar caer presa de un depredador en la sabana, por ejemplo. Por tanto, es innegable que ha habido una selección terriblemente activa en escoger las señales y estrategias relevantes para esta adaptación, y por esa razón seguimos con vida. En consecuencia, y a pesar de que sólo disponemos de una humilde posible visión del mundo, esta representación es suficientemente precisa para asegurar la supervivencia como organismos vivos. Es importante darse cuenta de que esta percepción no existe simplemente para sentir y percibir, sino que su función es básicamente la acción próxima. La gacela y el tigre saben exactamente qué está pasando cuando se encuentran y con qué objetivo actúan.

¿Cómo explica el mecanismo que ha llevado a las formas vivientes a perfeccionar una red neuronal compleja, como el cerebro, para asegurar una percepción del ambiente?

Recientemente se ha postulado una nueva teoría que dice que nuestros sentidos son aquello que los investigadores denominan un sistema dinámicamente crítico.2 Esto se explica por una antigua ley sobre el modo en cómo funcionan los sentidos y explica que detectamos diferencias en intensidades que son proporcionales. De esta forma, los sentidos nos permiten detectar diferencias entre un muy amplio rango de valores. Existen otras observaciones que sugieren que el sistema visual es muy bueno ignorando caracteres que son esencialmente muy similares para poder perfeccionar así la capacidad de detectar lo diferente... (como el tigre moviéndose). Estos fenómenos habrían tenido un papel clave en el desarrollo de las redes neuronales complejas.

¿Qué similitudes encuentra entre el concepto de complejidad ligado a un órgano como el cerebro de los mamíferos superiores y el proceso de incremento de complejidad que se ha producido desde la aparición de la vida?

Tanto si estamos pensando en un organismo unicelular, como una ameba o una levadura, o en el ser humano y su complejo sistema sensorial, en ambos casos el ser vivo debe ser capaz de coordinar información que le llega del mundo, a través de unos ojos o de unos receptores de membrana, y procesarla para organizar un modo de actuación. Esto me lleva a pensar que hace 20 años utilizábamos modelos de regulación de redes genéticas que imitaban válvulas eléctricas. Y los mismos modelos se han utilizado para ejemplificar el funcionamiento de conexiones neuronales. El resultado de estos modelos acaba determinando un comportamiento en régimen ordenado o caótico y, por definición, existe una fase de transición entre ellos que denominamos crítica. Las redes que están al límite del caos parecen tener propiedades emergentes que sugieren que serían útiles en el procesado de información de manera compleja. Y empiezan a existir evidencias en el sentido de que ellas mismas pueden ser críticas. La idea es que el estado de una red es el valor actual de sus válvulas. Es decir, cuando una red se sitúa en un estado, cada gen, o válvula, o neurona, recibe inputs de otras válvulas. Es lo que se denomina constante lógica.

Ahora, imaginemos que tenemos dos estados posibles, llamémoslos 111111 y 111110, que son muy similares. Nos podemos preguntar cuántas veces ocurre que los dos estados posibles convergen por similitud. Pues bien, el hecho es que si tenemos estados cada vez más similares, nos olvidamos del pasado porque los dos estados convergen en uno sólo, y no sabemos desde qué momento hemos dejado de pensar en él como dos estados diferentes. Así pues, no podemos recordar una discriminación pasada. Si por el contrario, dos estados divergen, no podremos actuar de manera apropiada en presencia de un «ruido de fondo»; por ejemplo, el tigre ve la gacela y ésta se supone que va a ser comida, pero ésta también puede correr y escapar.

Por tanto, siempre acostumbramos a estar en la interfase del orden y el caos. Se están acumulando evidencias de que este principio también es cierto para las conexiones celulares, las redes neuronales y las cadenas reguladoras de genes. Existen por lo menos seis o siete líneas de evidencia que sugieren que, por sí mismos, estos sistemas se comportan de manera crítica. Algunas de estas evidencias indican que el propio cerebro trabaja de manera crítica en este mismo sentido. Si se confirma, se tratará de un gran acontecimiento y de una bonita historia, pero debemos esperar a nuevas pruebas.

Tradicionalmente se ha presentado la evolución como un proceso progresivo desde el origen de la vida, pasando del mundo del RNA al del DNA, etc. Actualmente, ¿cree que un código genético de este tipo es necesario para iniciar el proceso biológico?

No, no lo creo necesario. La primera cuestión es qué es lo que consideramos imperscindible para la reproducción molecular. Hace bastantes años escribí un artículo diciendo que todo lo necesario es la autocatálisis colectiva.3 Yo catalizo tu formación, tú catalizas mi formación y muchos otros catalizan la formación de otros tantos, y por tanto son colectivamente capaces de autocatalizarse. Se puede tratar de péptidos, RNA o pequeñas moléculas capaces de completar este proceso. Por tanto, no necesitas ni DNA ni código para llevar a cabo la reproducción molecular.

Mi teoría dice que, en un conjunto suficientemente diverso de moléculas, puedes esperar encontrar procesos colectivamente autocatalíticos entre moléculas. No sabemos si esto es totalmente cierto. Pero sí que es absolutamente cierto que dos proteínas pueden reproducirse la una a la otra. Más o menos, yo te construyo a partir de piezas tuyas, y tú a mí, a partir de piezas sueltas mías. En consecuencia, nadie se construye o reproduce a sí mismo mediante sí mismo, sino que entre nosotros somos colectivamente autocatalíticos. Las células son colectivamente autocatalíticas, puesto que sus moléculas no se reproducen por sí mismas, pero el conjunto de moléculas de la célula es capaz de hacerla reproducirse.

Creo sinceramente que la vida debió empezar con un proceso de autocatálisis colectiva y, probablemente, cercana a una frontera como un liposoma. A partir de esto, es fácil producir polipéptidos en un ambiente anaeróbico y posteriormente generar RNA. Posteriormente, de alguna manera que aún no conocemos bien, ocurre el tránsito entre RNA y DNA y aparece la transcripción y la traducción, y toda la complejidad que podemos observar en el funcionamiento actual de los seres vivos.

Al hilo de lo que comenta, ¿cuál sería el papel de los lípidos en este proceso?

Diferentes investigadores han conseguido producir liposomas capaces de autorreproducirse. Otros especialistas muestran que el metabolismo puede ser propiamente autocatalítico. En algunos suelos, pequeños péptidos se unen a iones metálicos, llamados catalitos organometálicos, y a partir de ellos es realmente fácil iniciar procesos catalíticos. Ahora bien, existe un problema ya que lo que queremos es construirnos a nosotros mismos, no catalizar otras reacciones que conducen a algo similar a un molde. Y no está claro de qué manera se puede conseguir esto. Una posibilidad es que evolucionen enzimas más específicos para delimitar exactamente las reacciones. Pero tan sólo es una teoría.

¿De qué manera las teorías de la complejidad y la emergencia pueden esclarecer el origen de la vida?

Creo que la teoría de la emergencia de conjuntos de moléculas autocatalíticas es básicamente correcta. Probablemente, ahora incluiría más sobre metabolismo en la teoría que postulé hace 20 años. Por ejemplo, quiero incorporar el proceso de síntesis de lípidos ligada a membranas de unión.

Pero olvidamos algo respecto a esta vieja historia. Se trata de que las células, de hecho, realizan un trabajo termodinámico. Además, resulta que el trabajo es el limitador de la liberación de energía. Por tanto, me interesa establecer, dentro de la teoría, el papel específico de las constantes limitantes o restrictivas. Y con ello intentar cerrar un interesante círculo. El trabajo genera limitaciones en la liberación de energía disponible pero, a la vez, las limitaciones constriñen la liberación de energía cuando se realiza un trabajo.

De todo ello deduzco que estamos perdiéndonos algunos detalles que resumo con el nombre de organización propagadora del proceso. No se trata simplemente de considerar la información, también debemos incluir el trabajo y la generación de factores limitantes. Ahora mismo estoy intentando escribir y pensar sobre estos temas. Hasta el momento no creo ser capaz de comprenderlos con profundidad.

Usted ha comentado que la evolución no es estrictamente dependiente de la suerte o de las oportunidades fortuitas. ¿Cómo funciona realmente?

En un sentido al que Darwin no pudo tener acceso, podemos decir que hay que considerar también la autoorganización. Por ejemplo, esas redes de que hablábamos son a la vez ordenadas, caóticas y críticas. El estado crítico es raro en el conjunto de todas las redes posibles. Las células deberían ser críticas, o al menos, eso suponemos. Así, la autoorganización permite que las redes puedan basarse en el orden, el caos o ser críticas, y aquí la selección actúa escogiendo como útiles aquellas en estado crítico.

Por tanto, podemos hablar de una relación entre autoorganización y selección. Lo que pretendo evidenciar es que, además de la idea de que la selección es la única fuente de orden en biología, también existe la autoorganización. Los copos de nieve, por ejemplo, son una clara expresión de orden y en su formación no interviene la selección. En consecuencia, parte del orden que detectamos en biología debe ser causa de la autoorganización y debemos empezar a pensar en cómo ésta trabaja junto a la selección.

¿Y este planteamiento es válido en casos recientes de evolución en organismos superiores, como el cerebro o las redes neuronales complejas?

John Beggs4 ha trabajado con cerebros de rata y ha observado que el cerebro parece comportarse de manera crítica en el mismo sentido que comentábamos antes. Quiero decir, que parece priorizar flujos paralelos que maximizan la capacidad de transmitir información y actuar en consecuencia y de manera adecuada. Por tanto, parece posible aplicar la misma base teórica al cerebro.

¿Es en este mismo marco conceptual donde tiene cabida la teoría del «adyacente posible»?

Exacto. Creo que es algo tremendamente importante. Por ejemplo, en una mezcla química que se inicie con 1000 moléculas diferentes todas las reacciones que puedan generarse a partir de ellas se producirán generando nuevas moléculas. Así, podemos hablar químicamente de un adyacente posible, que serán las nuevas 1000 moléculas generadas por reacciones diversas a partir de las 1000 originales. Si se permite que interactúen entre ellas provocaremos la aparición de nuevas reacciones posibles y probablemente aparecerán más moléculas. Así es cómo funciona la biosfera, a través del adyacente posible.

Parece algo demasiado evidente y obvio, pero ello no impide que sea cierto. La evolución biológica, la tecnológica o la molecular siempre están funcionando en el adyacente posible. Y el secreto de estos procesos radica en que únicamente son viables porque el conjunto de posibles sucesos es enormemente mayor del que nunca podamos explorar.

Esto significa que el universo es un proyector único de estos niveles de complejidad, como la biosfera. Y, además de único, es no replicable. Quiero decir que la evolución de la biosfera se diversifica en el posible adyacente. Por tanto, existen muchas maneras de explorar ese posible adyacente. El caso más evidente es el crecimiento económico, que lo basamos en nuevas tecnologías que siempre surgen de un adyacente posible. De este modo se construye una red de bienes y servicios que cuanto más bienes y servicios presenta, creo, más nos facilita la creación de nuevos bienes y servicios que, a su vez, serán nuevamente complementados. Se trata de la misma idea básica.

¿Cree que las ideas evolutivas pueden ser consideradas estrictamente reduccionistas?

Ni mucho menos. El reduccionismo es la idea de que todo puede ser explicado mediante la física. Y en ese sentido el reduccionismo es hermoso, fijémonos, por ejemplo, en las teorías de Einstein o Schrödinger. No creo que las ideas de Darwin puedan ser explicadas únicamente por la física. De hecho, todo lo que nos dice Darwin es: denme un organismo, variación heredable y descendencia, y en consecuentemente se producirá la selección natural. Darwin no se preocupaba de cómo el organismo se las arreglaba para reproducirse o para generar variación heredable. Por tanto, no existen unas restricciones específicas sobre cómo los organismos deben ser para que se les apliquen las leyes de Darwin. Y en consecuencia, las leyes de Darwin pueden reducir la física; son preferibles a la física.

Justo aquí es donde aparece el concepto de emergencia. Una nueva visión científica, más allá del reduccionismo, está empezando a hacerse visible y a emerger. La física puede explicarte qué está pasando, trata de explicar cuáles son tus actos, pero un acto es tan sólo una pequeña parte de lo que pasa. La idea de Darwin es que la función del corazón es bombear sangre y para ello ha sido seleccionado, pero el corazón también emite sonidos y, sin embargo, esa no es su función.

Las preadaptaciones postuladas por Darwin son un buen ejemplo de esa emergencia que comentaba. Las preadaptaciones son partes de los organismos sin uso en su actual ambiente, pero que en un ambiente adecuado pueden resultar útiles y, por tanto, seleccionadas para una nueva funcionalidad. El ejemplo clásico sería la vejiga natatoria de los peces, sacos de aire que permiten la movilidad en toda la columna de agua. Presumiblemente así es cómo aparecieron los pulmones de los vertebrados. Vemos, pues, que, de este modo, surge una nueva funcionalidad.

Según estos precedentes nos podemos preguntar: ¿Es posible especular de antemano cómo se utilizarán todas las preadaptaciones en los organismos futuros? Yo no puedo hacerlo. Y la razón es que no podemos conjeturar de antemano cuáles serán las presiones selectivas y sus ambientes futuros.

Entonces, ¿qué significado esconde esta emergencia sobre nuestra visión del mundo?

Significa básicamente que la biosfera es radicalmente creativa de una manera que no podemos predecir. Y de la misma forma funciona la tecnología y su evolución. Nadie podía imaginarse qué llegaría a ser la red hace tan sólo 20 años y tampoco podemos imaginarnos en qué se convertirá en los próximos 20.

En esta comprensión más general, debe enmarcarse esa nueva visión científica, más allá del reduccionismo. Se trata de las propiedades emergentes de la materia y de un universo creativo, una biosfera creativa, una cultura humana creativa que no puede ser predicha. No es suficiente recopilar variables, establecer leyes y hacer cálculos. Hay propiedades que no se hacen evidentes hasta que nos acercamos al estado crítico. Esta nueva visión científica de la realidad nos permite formar parte de un universo creativo y sorprendente.

¿Y es está la visión que trata de promover junto a otros científicos y pensadores en la corriente denominada «tercera cultura»5…?

Se trata de una tercera vía, entre los humanistas laicos como hemos sido hasta hace poco y los fundamentalistas religiosos que creen en un Dios todopoderoso. Todas estas cosas sorprendentes que pasan, incluyendo esta charla, suceden sin un cargo extra, simplemente se producen constantemente a nuestro alrededor.

La verdad es que la realidad es infinitamente más sorprendente, hermosa y apasionante que cualquier creencia creacionista o simplificadora. Por ejemplo, yo soy judío y mis ancestros se remontan a 4900 años atrás, creo que es algo fantástico y me enorgullezco de ello. A las personas religiosas les preguntaría qué es lo que realmente le piden a su Dios. ¿Es más sorprendente una creación única del todo en seis días o aquéllo a lo que el universo ha dado origen en 15 000 millones de años y que resulta absolutamente sobrecogedor? A la vez, le diría a un ateo o a un humanista, que es perfectamente válido el tener una actitud espiritual. Todo esto está sucediendo a la vez y es real.

Existen muchos modos de ser racional y buscar la manera en que el mundo funciona, además del sistema científico tradicional. Por tanto, creo realmente en un encuentro entre estas dos culturas, la humanista y la religiosa. Y creo en la capacidad del ser humano para sobrecogerse, reverenciar, respetar y pensar en una ética global en la que nos sintamos a nosotros mismos como un todo junto al resto del mundo.

Un puente entre lo espiritual y la ciencia y un punto de encuentro cultural, biológico...

Esa es la idea. Si realmente nos resituamos en la naturaleza, encontraremos muchas cosas que los humanistas habían perdido de vista. Significado, valor y creatividad están ahí, en el mundo real, pero no nos hemos dado cuenta de ello. En consecuencia, deberíamos reconvertirnos, de alguna manera, responsabilizándonos y comprometiéndonos con el planeta, conociendo aquello que no podemos predecir y que se nos escapa del futuro. Creo que debemos darnos una nueva oportunidad de plantearnos en qué consiste ser seres humanos en este mundo.

No tengo idea alguna de hacia dónde nos conducirá esta conversación, pero quizás dentro de 50 años seremos capaces de vernos de una manera completamente distinta y renovada. Esto es mucho más importante que los detalles que pueda aportarnos la ciencia. Se trata de una visión vital como seres humanos en un universo en evolución y nuestro lugar en él debe reconstruirse. Personalmente, creo que esta es la parte más interesante de nuestra charla, la parte sobre la legitimidad de un mundo espiritual unido a la ciencia desde un nuevo punto de encuentro.

Notas

1 http://www.edge.org/3rd_culture/kauffman06/kauffman06_index.html

2 Chialvo, D.R.: «Are our senses critical?», Nature Physics; Vol. 2, Mayo 2006

3 Kauffman, S.A.: «Autocatalytic sets of proteins», J. Theor. Biol. 1986; 119 (1): 1-24

4 Haldeman, C.; Beggs, J.M.: «Critical branching captures activity in living neural networks and maximizes the number of metastable States», Phys Rev Lett. 2005; 94 (5).

5 http://www.edge.org/3rd_culture/



 

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