teorías biológicas que se acoplan y adaptan en el desarrollo de la computación y tecnologíal

1. Reflexiones comparadas. Diversidad, Evolución,
complejidad y tecnología
Lic. Rocío Ramírez Paulino

2. ¿Que es la Biodiversidad?
Conjunto de las diversas manifestaciones de la vida
CONCEPTO:
.Moderno
.Frecuente en los medios y la literatura científica
.Ambiguo
(numero de especies, cantidad y distribución,
numero de especies raras, variedades...)

3. Concepto Ecológico*
Concepción más simple:
Biodiversidad =
riqueza de especies
Se necesita una definición precisa y escalar
*Del griego ecología ="oikos" hogar, casa.

4. Por qué es importante la biodiversidad?...
La respuesta mas fácil, con un ejemplo muy cercano...
diferente grado de vulnerabilidad humana frente a enfermedades
y la contraparte...
vulnerabilidad de los agentes infecciosos ante nuestras defensas
virus, bacterias...
LA BIODIVERSIDAD PRESERVA LA VIDA

5. Por qué es importante la biodiversidad?...
la biodiversidad preserva la vida
en sus diferentes formas y niveles de complejidad
a nivel biológico (fisiológico, bioquímico ..)
y a nivel cultural. . . (artístico, educativo, social,) ?
algunas relaciones diversidad = vida
son difíciles de imaginar...

6. Por qué es importante la biodiversidad?...
algunos estudios intentan respuestas...
Riqueza de spp. vs. Productividad. Relaciones:
. negativas
. positivas
> % para animales
. curvadas
> % para plantas

7. Por qué es importante la biodiversidad?...
Existe consenso en que
NÚMERO Y DIVERSIDAD DE SPP
SON NECESARIOS PARA MANTENER
EL FUNCIONAMIENTO DE UN ECOSISTEMA
“clave”: COMPOSICION DE SPP y SPP clave!
Las actividades humanas, generan cambios al azar en la riqueza de spp.

8. La biodiversidad tiene el potencial de amortiguar
las fluctuaciones ambientales
Necesidad de aumentar la comprensión del
funcionamiento “ecosistémico”. ..

9. Riqueza de SPP y factor TIEMPO
Favorece la aparición de spp. la diversidad, la estabilidad?
Evolución
Theodosius Dobzhansky (1900,1975)
„Nothing in biology makes sense, except in the
light of evolution‟.

10. Evolución
La teoria de la Evolución.. a 150 años ..
.. propuesta en 1859, continúa motivando escepticismo
.Cada generación deja descendencia con variaciones al azar
con diversa capacidad de adaptación al entorno.
Bajo la “selección natural”, sobrevive “el mejor adaptado”,
que a su vez, también deja descendencia..
.Cada generación afronta un nuevo desafío ante un medio
ambiente que cambia en forma constante...

11. Evolución
Richard Dawkins “El relojero ciego”:
. Sobrevivencia como motor de la evolución.
Metáfora: ciego que encuentra y junta las partes hasta que funciona.
No es planificado, pero los resultados sugieren un diseño.
El producto final de cada generación como punto de partida para la
próxima “generación de selección”
Para explicar el proceso acumulativo, Dawkins, también
programador, crea distintos programas de software que
simulan el desarrollo, reproducción y evolución de las especies.

13. “Se pueden ver en pantalla cambios y transmutaciones
experimentados por organismos digitales
. ..su muerte, reproducción con o sin sexo… el combate
o lucha entre individuos, comportamientos cooperativos
o egoístas,
el aprendizaje o la inteligencia colectiva, e incluso simular
un cambio climático o la extinción en masa de especies.”

14. Jaques Monod "El azar y la necesidad"
Conceptos clave que "diferencian" la los seres vivos.
Teleonomy -". ..objects endowed with a porpuse or project"..
"visible in their strcture and performance.."
Autonomous Morphogenesis -"Internal,determinism that
garantees the formation of extremely complex structures of
living beings"
Reproductive Invariance - "Invariance content is equal to the amount
of information which, trasnmitted from one generation to another, assures
the especific structure standar".
Inherentes a la evolución y aumento de la complejidad

15. COMPLEJIDAD BIOLÓGICA
Vida - Evolución----> aumento de niveles de complejidad
Fósiles desde 550 millones de años atrás del "árbol crustáceo"
Matthew Wills et al. University of Bath
Organismos / Estructuras orgánicas
Funcionamiento / Sistemas de control ----> Homeostasis
-------->
Cibernética (Wiener & Ashby 1970) Sistemas de comunicación y control.
Analogías Biología -Tecnología

16. Niveles de complejidad
Organismos más simples > resistencia a
condiciones extremas, catástrofes
climáticas, etc.
Base de las cadenas tróficas...

17. > Complejidad < Resistencia? Sin embargo .. .
la complejidad surge y/o aumenta frente a “crisis biológicas”.
Ejemplo “estrella”: Simbiosis.
Teoría endosimbiótica ---> Surgen las células eucariotas a partir de la “cooperación”
entre células más simples, procariotas.
Mecanismo: Fagocitosis?
Finalidad: Protección, intercambio de energía,. ..?
Otro ejemplo: Colonias eucariotas ---> Organismos pluricelulares
// Ops! Embriones. .. se inician con células idénticas.
Sociedades
En condiciones de abundancia surge la competencia,
en condiciones de escasez, lo contrario.. .

18. Debate Diversidad - Estabilidad
“Simple communities were more easily upset than that of richer ones; that is,
more subject to destructive oscillations in populations, and more vulnerable to
invasions”.
C. Elton
Odum
Hutchinson
Mac Arthur
Sistemas sencillos presentan fluctuaciones violentas en densidad e invasiones
Modelos “1depredador - 1presa” no tienen un equilibrio estable
La dinámica poblacional de un mismo organismo en los trópicos es más estable
Agroecosistemas presentan explosiones demográficas e invasiones

19. “Simulaciones ecológicas”
S Conexión (azar)
Robert May 1972
Intensidad (azar)
Comunidades conectadas al azar
con fuerzas de interacción asignadas al azar i · ( C ·S )^0.5 = cte
Diversidad Estabilidad
La relación entre diversidad - estabilidad no es “lineal”.
Más componentes (spp) o más interacciones en el sistema no es
más estable...
AL CONTRARIO!!!
Debate Diversidad - Estabilidad

20. Diversidad
Complejidad
Conectividad Fuerzas de Interacción
Debate: DIVERSIDAD - ESTABILIDAD
COMPLEJIDAD - ESTABILIDAD

21. Las interacciones débiles simplifican y estabilizan
la dinámica de las poblaciones.
McCann et al. 1998
Debate -Diversidad- Estabilidad

22. Conectividad versus estabilidad
Conclusiones de Ashby, experimentos con su
homeóstato, 1950.
"La estabilidad del todo no es deducible a partir de la estabilidad de
las partes
Si una parte se vuelve intrínsecamente muy estable, tiende volverse
constante y a perder su efecto en el comportamiento del todo.
Si todas la partes se vuelven intrínsecamente muy estables, el todo
se vuelve una colección de partes aisladas.
Al incrementar la riqueza de las conexiones entre las partes,
usualmente se reduce la probabilidad de estabilidad."

23. Debate Diversidad- Complejidad
Stephen Gay Gould
… La idea de que a lo largo de la evolución existe una tendencia al
aumento en complejidad está bastante arraigada
numerosas filogenias que muestran una evolución claramente direccional.
Esta tendencia sugiere un aumento de complejidad como progreso evolutivo
Hoy también se considera un aumento de complejidad como
resultado de los procesos evolutivos no como motor de éstos.
Queda el dilema de si esta tendencia es pasiva o dirigida.

24. COMPLEJIDAD
Teorías en torno a la complejidad
general de Sistemas -1969 Ludwig Von Bertalanffy. Biólogo
de la información -Entropía de Shannon
del Caos – 1980 Ilya Prigogine
"de la complejidad computacional"
Teorías de la complejidad y pensamiento complejo
Edgar Morin
http://www.pensamientocomplejo.com.ar/index.asp

25. CAS - Sistemas Adaptativos Complejos
Capacidad de cambiar y “aprender de la experiencia”. Homeostasis?!
John H. Holland, Murray Gell-Mann y otros (Santa Fe Institute).
Ejs. Sociedades y colonias de seres vivos / Cerebro / Desarrollo embrionario
Bolsa de valores / Partidos políticos? Comunidades??
Teoría de la información - probabilística de datos
En física, química, biología, info. en bits = cantidad de energía (Jouls.).
Complejidad computacional
Recursos requeridos por un algoritmo para resolver un problema,
principalmente tiempo y espacio. Problemas P y NP . ..

26. COMPARACIONES SORPRESIVAS
Prof. Eduardo Mizraji,
Mejor artículo en 2008 International Journal of General Systems.
Neural Memories and Search Engines ,published in 37(6), pp. 715 732."
Desconcertante similitud formal entre los métodos utilizados
por los motores de búsqueda en la World Wide Web,
y las estrategias de búsqueda de información
de nuestros sistemas neurocognitivos,
en los modelos de memorias asociativas distribuidas.

27. Non-linear scaling of regulatory information in integrated systems
J. S. Mattick. Journal of Experimental Biology. .210, 1526-1547
"The requirement for endogenous communication and
regulatory information in integrated complex systems, whether
cells or computers, scales faster than linearly with function and
thus must hit a limit"
This limit can only be relaxed and raised by changing the
physical basis and efficiency of the control architecture.
In other domains, this limit has been raised by superimposition
of digital communication and control systems, using symbolic
or sequence-specific strings to store and transmit information
within the system".

28. BIOLOGÍA Y EVOLUCIÓN TECNOLÓGICA.
BIOCHIPS
Dispositivos similares a los microchips de computadoras, con una amplia
variedad de aplicaciones.
Biocomputación,
Empleo de material biológico para desarrollar nuevo hardware para procesos
computacionales, por ej. memorias basadas en conformaciones proteicas y
computación con ADN. (Fernando Martín-Sánchez y Guillermo López-Campos, 1998).
Biodispositivos
Aplicaciones de dispositivos electrónicos en los seres vivos como los implantes
de chips.
Biología molecular Dispositivos pequeños que contienen material
biológico, empleados para la obtención de información biológica.

29. COMPUTADORES BIOLÓGICOS
Una bacteria que puede resolver problemas matemáticos complejos,
mucho más rápido que su contraparte de silicio. E. coli
Journal of Biological Engineering Problema del Camino Hamiltoniano
La computación bacteriana es una nueva forma de resolver
problemas NP-completos utilizando las ventajas inherentes de los
sistemas genéticos.
Millones de bacterias
puede evaluar todas las rutas posibles
en forma simultánea.
Biólogos han trabajado en conjunto para crear un "registro de partes biológicas"
(más de 60 nuevos componentes a la lista)
http://www.jbioleng.org/content/3/1/11/abstract

30. Computadoras "de ADN"
La entrada de las puertas lógicas (?) pasarían a ser de códigos de ADN.
VENTAJAS:
Velocidad
Miniaturización
Alto Potencial de almacenamiento de datos
oferta de materias-primas / bajos costos /
Menos productos y sub.-productos tóxicos?
Tamaño y relación tamaño -velocidad de procesamiento

31. Eduardo Mizraji
Históricamente ciencia y tecnología han competido por el protagonismo
hasta en los presupuestos estatales.
"el énfasis en el desarrollo de las ciencias básicas promueve
innovaciones tecnológicas inesperadas.
Y recíprocamente, estas últimas repercuten sobre las ciencias básicas,
suministrándoles técnicas con las que antes no contaban
y las empujan hacia adelante.
En lugar de haber competencia lo que hay es simbiosis,
como dirían los biólogos".

32. Muchas Gracias!

34. Evolución, complejidad y tecnología
VII Seminarios de Estudios Avanzados sobre Diseño Molecular y
Bioinformática:
FECHA: 24 al 28 de Agosto de 2009
LUGAR: La Habana Cuba
Teoría, la experimentación y modelación de las interacciones moleculares.
Simulación social computacional
Foro de Ciencias Sociales, Mayo 2009. Bergen Noruega.
Las formas tradicionales de estudiar la realidad desde las Cs. Soc. tiene
fragmentaciones epistemológicas, y sobre todo metodológicas.
José Manuel Magallanes - Peruano, Matemático, Mag. Ciencias Políticas, Dr. en Psicología
Utilizar la computadora para crear comunidades virtuales donde los
investigadores pongan a prueba sus hipótesis.

35. Evolución
CRÍTICAS – Creacionismo y Diseño inteligente
Fundamentos:
Falta de evidencias paleontológicas de spp. intermedias..
Improbabilidad” de que vida evolucionó de la “no-vida”
Harun Yahya. .. 6 millones de Euros… bloquea web de
6Eduardo de euros
millones Mizraji
Richard Dawkings
Hoy: Compatibilidad entre fe y razón (se incluye la discusión del
diseño inteligente en la conmemoración del 150 aniversario de
teoría de la evolución)