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TECNOLOGÍA Y SISTEMAS BIOLÓGICOS
Conferencia pronunciada
por el Académico Titular Dr. Josué Antonio Núñez
en oportunidad de su incorporación
a la Academia Nacional de Ciencias de Buenos Aires
en la sesión pública del 6 de agosto de 2007
Presentación
por el Académico Titular Dr. Marcelo A. Dankert
Es para mí un gran honor y un placer presentar al Dr. Josué
Núñez como nuevo Miembro Titular de esta Academia.
El Dr. Núñez nació en Tapalqué, Provincia de Buenos Aires, estudió en el Colegio Nacional de Buenos Aires, con lo que ya creó conmigo una relación de especial afinidad en esa insoportable ‘‘Logia de
ex alumnos del Buenos Aires’’, a la cual pertenezco.
Se Doctoró en Ciencias Naturales en la Universidad de Buenos
Aires, en 1953.
El tema de su tesis fue: ‘‘Las glándulas pygidiales de Anisotarsus
cupripennis Germ.’’, un pequeño cascarudo, común en los pastos y en
las cocinas de campo. Las glándulas pygidiales son las encargadas de
secretar sustancias repelentes de depredadores y ceras que protegen
el exterior del animalito de ataques bacterianos y fúngicos.
Hizo un curso de post grado en enzimología en el Instituto de Investigaciones Bioquímicas Fundación Campomar, en 1953, dictado
por los profesores: Cabib, Paladini, Caputto y Leloir. Y en el Laboratorio de Química Analítica de la Facultad de Bioquímica y Farmacia
de la Universidad de Buenos Aires, con el Dr. Alberto Núñez, su hermano químico, puso a punto las microtécnicas necesarias para llevar
adelante sus estudios.
Ya vamos a ver después algunas circunstancias en las que hizo
su carrera, que prácticamente lo convierten en un casi autodidacta.
El currículum vitae del Dr. Núñez es por demás extenso, así que
haré un pequeño resumen:
Obtuvo una serie de becas en varias oportunidades:
En 1953, de la Fundacion Sauberan, que como ustedes seguramente saben, fue creada por el Dr. Lafitzondo y varios amigos, para
apoyar y financiar las investigaciones del Dr. Houssay, que en 1943
había sido dejado cesante por un Decreto del entonces presidente de
facto Pedro Pablo Ramírez.
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En 1955-57, de la Fundación Alejandro von Humboldt, para trabajar en el Instituto Max Planck de Biología, en Tübingen, Alemania
Federal, con el Profesor de Biología Dr. Alfred Kühn, uno de los más
destacados zoólogos del momento, y uno de los puntales de la genética
del desarrollo.
Allí estudió la polilla de la harina Ephestia kühniella Zeller, desde un punto de vista de genética del desarrollo, y trazó las bases iniciales para lo que más tarde sería la relación: un gen - una enzima
(George Beadle and Edgard Tatum, ambos Premios Nobel, junto con
J. Lederberg, en 1958).
Correns, por su parte, fue uno de los descubridores del trabajo de
Gregorio Mendel sobre herencia, junto con Schermatt y Hugo de Vries.
En 1957, de la Deutsche Forschungsgemeinschaft, Bad Godesberg,
para continuar con sus trabajos en Tübingen.
Vuelve a Buenos Aires, y después de unos años, en 1964-1966, obtiene otra vez una beca de la Fundación Humboldt para trabajar en
la Universidad de Freiburg, Alemania, con el Profesor Hassenstein,
en la fisiología del comportamiento, originalmente de la vinchuca. Ya
veremos que pasó.
El Dr. Núñez ha ocupado además toda una serie de cargos de investigación, tanto en el país como en el extranjero.
En Alemania Federal, en el Instituto Max Planck de Tübingen y
en la Universidad de Freiburg, Baden-Würtenberg,
En Estados Unidos, en la Universidad de California.
En Brasil, en el Campus de Ribeirao Preto de la Universidad de
San Pablo.
En Venezuela, en el Instituto Venezolano de Investigaciones
Científicas (IVIC), en Caracas.
Y posteriormente ha sido invitado como Profesor en la Universidad Libre de Berlín (1985, 1995 y 1998).
En la Universidad de Tübingen (1990).
Y, en 1991, en el Biozentrum de la Universidad de Würzburg,
Baviera, en el nuevo Campus de Hubland, Alemania Federal. En realidad ha hecho una serie de otros cortos viajes visitando colegas y
colaboradores.
Y además ha actuado en sociedades científicas de todos estos países.
Ha recibido toda una serie de premios por su labor científica. Por
ejemplo:
En 1974, Premio ‘‘Eduardo Holmberg’’, de la Sociedad Científica
Argentina, y el ‘‘Daniel Goytía’’, de la Asociación Argentina para el
Progreso de las Ciencias.
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En 1986, se lo distinguió con la Conferencia Anual ‘‘Miguel Lillo’’,
en la Sociedad de Biología de Tucumán.
En 1993, Premio Konex.
De 1992 a 1995, varios premios de la Universidad de Buenos Aires a la producción Científica y Tecnológica.
Por su laboratorio han pasado más de 26 becarios, tanto de la
UBA como del CONICET.
Y dirigió una docena de doctorados.
Participa como consultor (referee) de varias revistas internacionales: Behavioral Ecology and Sociobiology, Insects Sociaux, Journal
of Apicultural Research, Journal of Comparative Physiology B, Journal
of Insects Physiology, Physis
Tiene casi un centenar de trabajos publicados, la mayoría en revistas extranjeras de primer nivel.
Y numerosas comunicaciones a congresos.
Muchos de estos trabajos abrieron nuevos rumbos en el estudio
de la fisiología de los insectos.
Como ejemplo podríamos mencionar sus estudios sobre la regulación del agua en el Anisotarsus cupripennis, el cascarudito ya mencionado: estos estudios desencadenaron un interés mundial por el
tema ‘‘regulación’’, que no se estudiaba en ese entonces, y siempre se
cita ese trabajo como fundacional.
En el mismo animalito demostró, también por primera vez, la
presencia de glándulas protorácicas productoras de ecdisona, la hormona de la muda.
Asimismo demostró, por primera vez, la participación del sistema nervioso central en el cambio de las propiedades mecánicas de la
cutícula, la cubierta, del insecto hematófago Rhodnius prolixus, llamado ‘‘chinche’’, la contrapartida de nuestra vinchuca (Triatoma
infestans) en el norte de Sudamérica y en Centroamérica como agente
vector de la enfermedad de Chagas-Mazza, causada por su endoparásito, el Trypanosoma cruzi.
Pero el comportamiento de las vinchucas (Triatoma infestans)
y de las abejas (Apis mellifera) y un poco también el de ciertas hormigas (Camponotus mus) donde colaboró con su exalumno Flavio
Roces, fue de su máximo interés y de hallazgos más que trascendentes.
Personalmente nunca voy a olvidar, en las conferencias que nos
dio tantas veces en Campomar, la pasión y el entusiasmo que ponía
en sus observaciones y comentarios: ya lo veíamos al Dr. Núñez transformado en una abeja y volando de flor en flor.
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Pero aparte de todos estos éxitos en su trabajo de investigación,
creo que es interesante destacar las condiciones en que el Dr. Núñez
inició su carrera científica.
Se anotó en la carrera de Biología en la Facultad de Ciencias
Exactas, Físicas y Naturales de la UBA, que entonces se conocía como
‘‘de Ingeniería’’, aunque en realidad recién en 1952 esta Facultad se
dividió en dos: Facultad de Ingeniería y Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.
Desde el primer momento le llamó la atención que no debía dar
examen de ingreso, como ocurría en todas las otras carreras.
Eran tres alumnos: dos niñas y él, las que a fin de año desaparecieron, quedando como único alumno de esa carrera que era un refrito
de materias de geología, arquitectura, química e ingeniería. De este
modo adquirió una buena base matemática, física y química, pero
sorprendentemente no había profesor de Biología. Por ejemplo, la
asignatura ‘‘Evolución’’ la dictó el destacado geólogo Harrington como
‘‘Geología Histórica’’.
A partir de segundo año se leían temas de Biología, pero el mejor profesor fue, sin duda, el de botánica, el Dr. Castellanos, quien,
posiblemente compadecido por este huérfano intelectual, le presentó
al Dr. Oglobin, un emigrado ruso doctorado en Praga con quien aprendió entomología e histología. El detalle es que Ogloblin trabajaba en
la Direccion de Acridiología del Ministerio de Agricultura, en José C.
Paz, a donde el joven Núñez se iba estoicamente dos veces por semana, después de la clase de Botánica en la Manzana de las Luces.
En esa época el Servicio Militar duraba un año de modo que después de cumplirlo, retomó, en 1947, el ritmo de estudio, y logró ingresar en el Museo Argentino de Ciencias Naturales, donde, con las bases
teóricas que Ogloblin le impartía, comenzó sus estudios como autodidacta sobre Entomología Experimental. Afortunadamente tenía un
laboratorio para él solo.
En esa época era todavía el alemán el idioma de la ciencia, y sin
vacilar, y sin un peso, se inició en el idioma de Goethe en cursos gratuitos en el Ministerio de Salud Pública y en otras instituciones oficiales. El motor de este entusiasmo admirable fue el consejo de
Ogloblin para que comprara un libro de Histología de Insectos, que él
tenía.
A través de Londres, estamos en 1948, se puso en contacto con la
editorial G. Fischer de Jena, entonces en la DDR (Deutsche Demokratische Republik, Alemania Oriental), editora de ese libro. Le confirmaron que ‘‘el depósito en que se hallaba, por casualidad no se había
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incendiado durante los bombardeos’’. Averiguó su precio y la respuesta fue desconcertante: ‘‘no tenemos moneda, mande comida’’. Claro,
en aquellos momentos, en una Alemania arrasada por la guerra, la
moneda eran cigarrillos. Pero el joven Núñez no se amilanó. A través
de amigos de origen alemán, que enviaban encomiendas a sus parientes en Europa, se puso en contacto con un señor que se encargaba de
enviar las encomiendas, de distintos precios según su contenido, ya
preparadas convenientemente. Nunca supo bien que había en ellas.
Posiblemente: grasa de cerdo, panceta , café, azúcar… Pero el hecho
es que el librero, o la librera, se quedó muy conforme y le envió el libro, en alemán, por supuesto.
Núñez era también un personaje especial. En su laboratorio tenía un retrato de Adolf Butenandt, el investigador alemán que juntamente con Leopold Ruzicka, suizo, recibió el Premio Nobel de
Química en 1939 por aclarar las estructuras de varias hormonas
sexuales. Y posteriormente, en colaboración con Peter Karlson, cristalizó la hormona de la muda en insectos: a partir de cuatro toneladas de pupas de gusano de seda (Bombix mori) recibidos de Japon,
obtuvieron 10 miligramos de cristales, años después identificados
como constituidos por un esteroide bautizado con el nombre de
ecdisona.
Debajo del retrato de Butenandt se leía: ‘‘Vor der Erfolg haben
die Götter den Schweiss gesetz’’, que traducido libremente quiere decir algo como que: ‘‘El éxito se logra sudando la gota gorda’’. Y nuestro presentado se lo tomó a pecho, y lo adoptó como leit motiv, para
ponernos a tono con tanto germanismo.
Núñez obtuvo también una gran ayuda de Lothar Szidat, un
parasitólogo alemán formado en Rossiten, Prusia Oriental (hoy Polonia), vecino del laboratorio, en el Museo.
Szidat le sugirió que se presentara a las becas de la Fundación
Humboldt, a través de una oficina del Ministerio, en el Museo. Así
obtuvo un cuadernillo en el que debía relatar su actuación en la Unidad Básica Peronista, en la CGU y por supuesto su número de afiliación al Partido Peronista. Sólo la última página presentaba las
exigencias de la Fundación Alejandro von Humboldt. Como si esto
fuera poco necesitaba además el Certificado de Buena Conducta expedido por la Policía Federal. Como Núñez había estado preso en 1943
por los desórdenes universitarios causados por la cesantía del Dr.
Houssay, obtener eso era imposible.
Pero nuestro biólogo entusiasta sabía que estaba en el ‘‘infierno
argentino’’ y sabía cómo obrar. Obtuvo los formularios de la Humboldt
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directamente en la embajada alemana y, a través de un conocido, el
bendito certificado de Buena Conducta.
A bordo del Yapeyú, el barco que lo llevó a Hamburgo, se enteró,
con alivio, del triunfo de la Revolución Libertadora de 1955.
Cuando llego a Hamburgo la sorpresa fue grande: el 75% de la
ciudad estaba en ruinas. De allí tomó el tren a Tübingen, pequeña ciudad que milagrosamente se había salvado de los bombardeos, y allí se
habían reunido los mejores investigadores de la especialidad, en particular los de Berlin-Dahlem. Allí estaba Alfred Kühn, que ya mencioné como puntal de la genética del desarrollo, al frente del Instituto
Max Planck de Biología.
Lo albergaron en una mansarda, sin calefacción al levantarse por
la mañana, y ya apagada cuando volvía por la noche. Al poco tiempo
ya estaba todo permanentemente nevado, y para darse un baño ‘‘argentino’’, una ducha, debía descender al pueblo donde, cerca de la estación de ferrocarril se hallaba el ‘‘Uhlandbad’’, el baño público, pago,
por supuesto. Y después, ya limpito, debía volver a trepar a la montaña y a su bohardilla.
A pesar de todos estos inconvenientes Núñez estaba fascinado por
el ambiente que lo rodeaba.
En el laboratorio pudo ver, mostrados por el propio Karlson, los
famosos cristales de ecdisona, que tanto sudor les habían provocado
a Butenandt y a él.
Y también asistió a varios cursos dictados por profesores de primera línea. Por ejemplo: sobre ‘‘Cibernética Biológica’’ con Bernhard
Hassenstein, asistente entonces, quien en colaboración con Werner
Reichart, alumno de Max Delbrück (Premio Nobel en 1967), había
desarrollado un modelo para explicar ‘‘la visión del movimiento en
insectos’’. Este modelo y sus conclusiones aún siguen vigentes.
Precisamente Hassenstein y Reichart lo llevaron en auto al Primer Congreso Internacional de Cibernética, en Namur, Bélgica. Trabó
gran amistad con Hassenstein, y años después lo invitó a dictar un
curso de Biocibernética en Buenos Aires, que fue todo un éxito.
Por otra parte, los estudiantes allí reunidos solían hacer visitas,
durante las vacaciones de invierno, a institutos prestigiosos. Por ejemplo, en Suiza, visitaron el Instituto de Walter Rudolf Hess, Premio
Nobel por sus estudios de estimulación en el Sistema Nervioso Central, en gatos.
La importancia que esos países le otorgan al estudio y a la investigación quedó clara con la invitación que a todos los becarios Humboldt
les hiciera el literato Teodoro Heuss, entonces Presidente de la Repú182
blica Federal, a la quinta Hammerschmidt, la residencia presidencial.
A los becarios los guiaba nada menos que el Presidente de la Fundación Humboldt, Werner Heisenberg, el autor del ‘‘Principio de Incertidumbre’’, y Premio Nobel en 1932.
¿Cuándo el presidente de nuestra querida República ha recibido
a los becarios del extranjero en la quinta presidencial?
Por razones de trabajo también tuvo el privilegio de utilizar, en
Göttingen, el primer microscopio electrónico del mundo, producido
por Siemens, en 1939, y diseñado por Ernst Ruska, Premio Nobel de
1986, juntamente con Gerd Binning y Heinrich Rohrer, inventores de
otro microscopio, el de fuerza atómica, otra maravilla técnica, que
permite ‘‘ver’’ moléculas.
En su segunda estadía en Alemania pensaba estudiar la fisiología del comportamiento de las vinchucas (Triatoma infestans) transmisora del mal de Chagas-Mazza, a través de su endoparásito, el
Trypanosoma cruzi. En su equipaje llevaba una buena cantidad de
ellas, criadas con amor por él. El barco que lo llevaba amarra en el
Havre, donde desciende nuestro becario con su cargamento de vinchucas, y de ahí se va a París, donde hace mucho frío, varios grados bajo
cero, y de ahí vuelve a partir para Estrasburgo donde lo espera
Hassenstein , y juntos parten para Freiburg, al Instituto de Zoología
de Insectos de la Universidad. Pero, ya en su destino, confirma con
horror que las vinchucas se le han muerto de frío en París. Solo sobreviven unas pocas que llevaba en el bolsillo (sin comentarios) pero ya
no tiene tiempo de criar más; sólo eso le tomaría unos seis meses.
¿Qué hacer? Utilizar lo único que tiene a mano en abundancia:
abejas. Y así surge su interés y su amor por ellas.
Como se habrán dado cuenta su campo de acción ha sido principalmente el germánico, ya desde el comienzo aquí en Buenos Aires.
Y lo notable es que continúa siéndolo, porque actualmente dirige, desde aquí, dos discípulos en Alemania.
Pero creo que ya es mejor escuchar directamente al Dr. Núñez,
que con toda seguridad va a ser mucho más interesante que todo lo
que yo pueda agregar. Solo me queda felicitarlo por su brillante carrera.
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TECNOLOGÍA Y SISTEMAS BIOLÓGICOS
JOSUÉ A. NÚÑEZ
Las Ciencias Biológicas, como rama desprendida de las Ciencias
Naturales siguió, en su desarrollo histórico, el mismo camino que las
demás Ciencias Naturales, la Física y la Química.
La etapa inicial histórica de las Ciencias Naturales fue de observación, recolección y ordenamiento de los diversos organismos según un
sistema de clasificación, como por ejemplo el sistema de Linneo. Más
adelante, la teoría de la ‘selección natural’ de Darwin-Wallace apoyó
estos estudios con un marco teórico, explicando cómo podría haberse
originado la diversidad de los organismos observada en el presente.
Sin embargo, mientras la Física y la Química, que utilizaron la
manera de pensar analítica como método científico, hicieron enormes
avances y caracterizaron la forma de ver el mundo del siglo XIX, no
ocurrió lo mismo con las Ciencias Biológicas. Buscando explicar el
misterio de los ‘seres vivos’ se avanzó progresivamente estudiando
partes componentes cada vez más reducidas, hasta llegar al límite
molecular.
Así lo expresó von Holst (1956): ‘‘El método científico aplicado al
estudio de los seres vivos conduce a que el análisis avance hacia una
diversidad ilimitada de procesos químicos y físicos elementales. Esta
avalancha de nuevos hechos ha sepultado ya a una gran parte de los
investigadores que, compulsados a renunciar a una síntesis ordenadora, rechazan de plano todo intento de búsqueda de relaciones internas como ‘simple especulación’. Otros se contentan con conceptos
‘gestálticos o vitalistas’; y solo un mínimo resto intenta hallar principios constructivos concretos, basados en leyes del propio sistema vivo.
El dogma de ‘los hechos puros’ puede llevar a serias consecuencias,
cuando se trata de sistemas funcionales cuya tarea principal es justamente la coordinación de diferentes procesos elementales’’.
La técnica finalmente parece haber recorrido el camino que la
mayoría de los biólogos ha abandonado. Para construir máquinas más
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automáticas y con autorregulación, la técnica aprendió a ‘‘pensar
biológicamente’’ (von Holst, 1956), mostrando que así es posible descubrir principios constructivos que permitan simular propiedades,
que se consideraban de exclusividad de los seres vivos.
Durante los últimos cien años no quedó terreno biológico que no
pasara a ser tema de estudio de la física o la química siguiendo la idea
enunciada en más de un texto clásico de Fisiología, que a medida que esta
ciencia avanza deberá tender a explicar los fenómenos observados por
procesos físicos o químicos. En otras palabras, el panorama actual es tal,
que la Biología se ve obligada a abandonar el terreno de lo biológico para
estudiar cada vez más mecanismos fisico-químicos moleculares.
Con el surgimiento de la Teoría de la Información de Shannon
and Weaver (1949) y de los Sistemas dinámicos de la Cibernética
desarrollada por Wiener (1955) se abrió una puerta para reformas
muy significativas en la biología. Se explicaron así por el método de
‘análisis científico reduccionista’ manifestaciones emergentes que se
consideraban privativas de los seres vivos como son ‘la búsqueda de
objetivos y la regulación’. Lo más asombroso fue comprobar que la
teoría para tales propiedades había sido previamente desarrollada en
los sistemas técnicos (Küpfmüller, 1953). La clásica polémica entre
vitalistas vs. mecanicistas se dio así por terminada. Fue ésta una revolución ‘epistemológica’ que hizo pensar que todo se explicaba en
la biología por la metodología de los sistemas dinámicos desarrollada
por los ingenieros.
La noción de información permitió reconocer que una hormona es
un mensajero en un canal químico de comunicación y que en el axón
de una neurona la modulación de frecuencia de potenciales de acción
utiliza otro canal diferente para conducir señales que tiene ventajas
técnicas. El huso muscular, que se conocía detalladamente en su
morfología, pudo identificarse como servo-mecanismo, que permite
controlar de manera autónoma la tensión muscular del sistema esquelético y su accionar voluntario bajo control del Sistema Nervioso
Central (SNC).
La metodología científica de análisis prosiguió su avance reduccionista estimulada por los exitosos resultados alcanzados en muchos
campos, como por ejemplo la genética, sin prestar atención a que esta
metodología analítica, necesaria para un estudio científico de los problemas planteados, destruye lo que pretende estudiar: ‘el sistema viviente’.
Lo esencial del enfoque revolucionario cibernético-técnico fue
introducir la idea que ‘los subsistemas elementales’, que forman parte
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de la totalidad considerada, no necesariamente son topográficamente
identificables, sino más bien son entidades topológicas identificables
por su función en el sistema total. De tal manera, éstas bien pueden
haber sido las Unidades de Selección (US) durante el proceso evolutivo de la Selección Natural, pues el mecanismo empleado durante el
proceso evolutivo, que tiene ya una duración de 3.109 años, trabajó
siguiendo parámetros funcionales y no parámetros geométricos. En
otros términos: la selección natural actuó evaluando eficiencia y no
forma, aun cuando esta última acompañó estrechamente a la primera, debido a la estrecha correlación entre ambas.
Como derivada de la Cibernética surgió la simulación Biónica,
cuya tarea fue copiar con fines técnicos las soluciones que el sistema
vivo había alcanzado en el proceso evolutivo para problemas análogos.
El primer congreso sobre el tema Biónica tuvo lugar en Dayton, Ohio,
USA, en 1960.
En 1973 se publica el artículo de I. Rechenberg sobre ‘‘Evolutionsstrategie’’ (Estrategia Evolutiva, ES), que por primera vez utiliza la
metodología biónica para simular la solución constructiva alcanzada
por el organismo vivo. Siguiendo las observaciones de los biólogos,
Rechenberg desarrolló algoritmos para simular la estrategia que la
evolución biológica habría utilizado durante los 3 × 109 años de la
historia evolutiva, para alcanzar estas soluciones técnicas. Según las
palabras de Rechenberg, ‘‘los seres vivos representan en realidad soluciones técnicas para la supervivencia’’ en un ambiente cambiante
como es el planeta Tierra, y las soluciones técnicas logradas por los
sistemas biológicos son un desafío para todo ingeniero que diseña
aparatos con funciones semejantes. Un ejemplo es la sensibilidad de
algunos receptores biológicos: visuales, químicos de olfación, y otros.
Por primera vez fueron establecidas las reglas de la ES. Fue entonces posible comprender cuáles serían las limitaciones metodológicas que explicarían por qué la Evolución Biológica tuvo que utilizar
esta metodología probabilística aparentemente ‘tan burda’ de ensayo
y selección durante su larga histora, en lugar de la tan exitosa metodología predictiva de la ciencia en general y en particular de la Física y la Química.
El razonamiento de Rechenberg se halla resumido en uno de sus
primeros trabajos (1973): ‘‘¿Qué ideas me llevaron a proponer la técnica de la ES como programa de investigación? ¿Un ingeniero no podría ser más exitoso en sus experimentos si utilizara todo el capital
que significa su formación intelectual, antes que la ES?’’. Para contestar esta pregunta hay que considerar si el experimentador posee ya
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información sustancial sobre el objeto en cuestión. Si esto es así, su
propio capital intelectual puede muy bien ser superior a las reglas de
la evolución. Pero esto sólo puede ser posible si el problema –sistema–
tiene un número de variables de un solo dígito (sistemas simples) y
puede ser formulado en términos matemáticos abstractos; sólo así
puede darse preferencia a un método de optimización clásica. Por el
contrario, cuando los problemas son difíciles de abarcar debido a su
elevado número de variables (sistemas complejos), que no pueden
formularse matemáticamente de manera precisa, hallan una mejor
solución por la ES. Como además es frecuente que la optimización
biológica ocurra en un entorno con altos niveles de perturbación o
ruido, la ES es la predestinada y única elección.
‘‘Asombrosamente, la metodología experimental que ha generado tales éxitos dignos de ser copiados, no ha sido considerada como
digna de ser copiada por el ingeniero. Se argumenta que la Evolución
ha sido capaz de tales éxitos principalmente gracias a los largos períodos de tiempo disponibles y no por ser la única posible en sistemas
complejos que constan de una gigantesca cantidad de elementos componentes.’’
‘‘¿Cómo actuar para optimizar un sistema técnico por simulación
del principio biológico de mutación-selección? Pues una descripción
verbal de un factor evolutivo por los biólogos no promete nada sobre su
posible simulación técnico-matemática. La traducción de los factores
biológicos en un diseño de trabajo técnico debe ser resuelta progresivamente. Por esta causa comenzamos con los dos mecanismos primigenios de la evolución, la Mutación y la Selección’’ (Rechenberg, 1994).
Sin embargo no solamente resulta importante para su supervivencia la eficiencia vital momentánea de un ser vivo. Luego de varias
generaciones se seleccionará la mejor estrategia hereditaria que
permita una adaptación más rápida de la especie a su ambiente.
Considerada la mutación y selección como los mecanismos primigenios de la evolución, se han incorporado en el curso de la historia
sobre la Tierra:
• el control genético de la mutabilidad,
• la reproducción sexual,
• el Crossing-over de los cromosomas,
• la herencia dominante y recesiva,
• el vigor híbrido.
y muchos otros más.
‘‘Queremos suponer que estos mecanismos consiguen acelerar el
proceso adaptativo de los seres vivos a su ambiente’’. Sobre esta hipó188
tesis de trabajo se apoya Rechenberg (1989) para postular que una
simulación exacta de la metodología evolutiva dará como resultado
una extraordinaria estrategia de optimización de sistemas técnicos.
Rechenberg realizó un experimento crucial en agosto de 1964 en
el Hermann-Föttinger-Institut für Strömmungstechnik der TU Berlin
(Instituto Hermann Föttinger para Tecnología de fluidos de la Universidad Tecnológica de Berlin). El experimento –que Rechenberg titula ‘Darwin en el tunel de viento’– consistió en obtener en el Túnel de
Viento una lámina ondulada cuya forma ofrezca la menor resistencia
frente a la corriente de aire. La lámina con 5 articulaciones y 51 ángulos posibles por articulación podía tomar entonces 515 = 345 025 251
de posibles iteraciones. La solución obvia era conocida: la mínima
resistencia la ofrecía la lámina plana. Sorpresivamente y a pesar del
elevado número de posibles combinaciones, la solución final se alcanzó
en solo 320 ensayos (número de generaciones).
Este rápido resultado fue casual, ya que aún era desconocida la
importancia que juega en la ES la magnitud del cambio mutacional.
Además de la lámina en el tunel de viento, Rechenberg realizó un
experimento similar, para determinar que forma debía darse a la
curvatura de 90° de un tubo, que debe conducir fluidos que ofrezca la
menor resistencia, y cuya eficiencia energética sería entonces mayor.
Experimentó igualmente con la forma de una tobera, para que,
como reactor, rindiera la máxima eficiencia en la síntesis de gases o,
como propulsor, la máxima eficiencia energética de transformación
del combustible utilizado en potencia de avance. También en este caso
se alcanzó la solución deseada en el curso de poco menos de 400 generaciones.
¿De qué depende la tasa de progreso evolutivo? El equilibrio entre tasa de éxitos y magnitud del progreso puede ser formulado en
términos matemáticos exactos. La teoría muestra que la velocidad del
progreso puede ser representada como función del tamaño del cambio mutacional, en parámetros funcionales. Es significativo que el
progreso evolutivo ocurre solo dentro de una estrecha banda de tamaños mutacionales. Esta estrecha banda de tamaños mutacionales se
denominó ‘‘Ventana Evolutiva’’ (VE).
¿Por qué el ‘progreso evolutivo’ ocurre solamente dentro de esta
estrecha banda de tamaños mutacionales? Porque la regla central del
progreso subyacente a la ES, que presupone la validez de la causalidad rígida de los físicos, según la cual sólo pequeños cambios dan lugar a pequeños efectos predecibles. La causalidad clásica –a iguales
causas, iguales efectos– no tiene validez de aplicación técnica.
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Extrapolando estos resultados al nivel social, sugieren que todo
cambio revolucionario ubicado a la derecha, y todo estancamiento
archiconservador ubicado a la izquierda de la VE, sólo puede generar
regresión en el primer caso y estancamiento en el segundo. Hallar el
ancho adecuado es el arte de importancia para políticos, administradores e ingenieros.
¿Cómo se las ingenia la evolución para dirigir siempre el tamaño de su cambio mutacional hacia la VE? Rechenberg (1989) sugiere
que ello no ocurre por características fenotípicas sino por parámetros
estratégicos, lo que él denomina ‘‘evolución de 2ª clase’’. Para ello pone
como ejemplo a un grupo de alpinistas, donde cada uno tiene su ‘estilo’ personal. Un lego que observa a un alpinista lo aplaude cuando
éste hace cima, pero carece de comparación para opinar si su técnica
puede ser mejorada. La situación es totalmente diferente durante una
competencia: siempre habrá uno que llega primero, ‘que es mejor’. En
otros términos, la población es la invención biológica para una escalada simultánea y esto permite una evolución de segunda clase
(Rechenberg, 1989).
En resumen, ¿cuáles son las contribuciones más importantes del
trabajo de Rechenberg?
a) Demostrar que existe un límite de incertidumbre resultante de
la complejidad del sistema. De tal manera se torna imposible predecir luego de una mutación cuál será el cambio en eficiencia del nuevo
sistema. Como este límite de incertidumbre es intrínseco y resultante
de la multiplicidad de las interacciones entre elementos componentes
del sistema complejo, la Evolución biológica a pesar de haber tenido
a su disposición 3. 109 años de historia evolutiva se ha visto obligada
a utilizar una metodología experimental aparentemente tan tosca
como la de ‘‘generar diversidad y luego seleccionar el sistema más
apto para continuar con este proceso’’.
b) Postular una ‘‘Ventana Evolutiva’’ (VE) que limita la amplitud
mutacional eficiente (parámetros funcionales). Las mutaciones deben
ser pequeñas pues sólo dentro de esta banda mutacional estrecha rige
la causalidad rígida de los físicos. Al aumentar su magnitud fuera de
los límites determinados por la VE no solamente no habría progreso evolutivo en el sentido de una mejora de eficiencia buscada, sino
que por el contrario podría haber retroceso. El resultado sería fluctuante.
La cooperación interdisciplinaria es hoy considerada una estrategia ideal tanto para la ciencia como para la tecnología. Los expertos
trabajan en problemas especilizados y los éxitos se comparten. No es
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diferente en la naturaleza. La transferencia de tecnología genética es
un antiguo invento de la evolución biológica, y el método se conoce como
reproducción sexual. En efecto, los individuos de una población llevan
consigo muchas mutaciones diversas vitalmente favorables. Durante la
reproducción sexual las mutaciones positivas pueden combinarse con
mejores probabilidades de éxito. En otras palabras, en una sucesión de
generaciones no es necesario esperar la ocurrencia de una mutación
que ya está presente en la población (Rechenberg, 1994).
Al introducir la recombinación sexual en el algoritmo de la ES se
observó que es ventajoso una recombinación de todos los progenitores
de una población, pues la tasa de progreso resulta notablemente superior que en el caso de una sola recombinación. Pero esto que resulta
simple en una simulación de computación es un problema formidable
e insuperable para los seres vivos. Lo que es imposible en la biología
puede entonces ser ventajoso para la ES.
¿Cuáles son los resultados prácticos inmediatos del trabajo de
Rechenberg? Permite elegir la metodología adecuada para el análisis
de un problema concreto: si se trata de un sistema simple (sistemas
dinámicos o cibernéticos), la metodología adecuada es la predictiva de
la Física o Química; si se trata de sistemas de alto nivel de complejidad, debido al número de factores participantes, no es adecuada la
metodología predictiva de la Física o Química. En estos casos, la metodología adecuada es la de la ES.
Tengamos presente que al enumerar los sistemas que más interesan al hombre vemos que todos ellos son complejos: el suelo, la agricultura, las plantas cultivadas y los animales domésticos como base
para la producción de alimentos, la etnobotánica como base de la
farmacología y la medicina, la economía y la sociedad, el urbanismo,
la meteorología, la psicología y el comportamiento, las enfermedades
psicosomáticas, la sociología y en general aquellos que se engloban en
las denominadas ‘ciencias del espíritu’ o ‘ciencias blandas’.
La publicación de Warnecke (1993), ‘Die fraktale Fabrik’ (La fábrica fractal), que analiza el caso del Bionic Manufacturing System
(BMS), implementado por expertos japoneses en la industria automotriz, llama la atención sobre el posible papel funcional de la estructura fractal de los sistemas complejos (Mandelbrodt, 1977).
La ‘fábrica fractal’ es un diseño ‘biónico’ (BMS) japonés tomando como modelo los sistemas naturales. Los conceptos discutidos por
Warnecke en este trabajo sobre la importancia de una estructura
fractal en la empresa automotriz, son válidos también para los sistemas biológicos.
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¿Por qué aumenta la eficiencia económica de una fábrica cuando
su estructura es fractal? La estructura fractal aumenta la eficiencia
del sistema pues mejora la vinculación informacional entre el hombre
y el objeto en el que trabaja. Aumentan con ello no solamente la vinculación informacional del hombre con el objeto de su trabajo, sino que
permite que se manifiesten todas las potencialidades de cada uno de
los obreros de una fábrica, entre otras la velocidad de procesamiento
de la información y la toma de decisiones. Esto resulta en parte del
hecho que el ‘sub-sistema fractal’ posee autonomía de regulación.
Por último, si la estrategia evolutiva seleccionó eficiencia funcional, cabe preguntarse si no debe considerarse que las unidades de
selección (Units of selection, US) son sub-sistemas funcionales (Weiss,
1971) y no la unidad morfológica (sea el individuo o la molécula) que,
por motivos prácticos, utiliza el biólogo al estudiar los organismos
vivientes. Visto así, es de esperar que una pluralidad de entidades,
desde moléculas a sub-sistemas dinámicos cibernéticos pueden ser
adecuados, según sea el caso, para cumplir las funciones de US en la
Teoría de la Selección Natural de Darwin-Wallace, lo que es coherente
con una hipótesis de trabajo como la ‘‘Simbiogenesis’’ (Mereschkovsky,
1920).
Este aporte conceptual permite sugerir que los límites ‘reduccionistas’ metodológicos planteados por Lorenz (1973) para los sistemas
vivos no son los mismos que valen para sistemas simples físicos o
químicos. Las US utilizadas durante el proceso evolutivo tienen una
‘magnitud fractal’ y no molecular. Esas US podrían identificarse con
los sub-sistemas que postula la teoría de ‘Simbiogénesis’, actualizada
recientemente por Margulis (1993). Así entonces, sub-sistemas fractales originariamente libres, con tareas específicas como la locomoción
(flagelos) o la respiración (mitocondrias) podrían haberse integrado
como US al sistema como organellas celulares.
Con este artículo no se pretende decir nada nuevo; debe considerarse sólo como un intento de situar las tendencias en una totalidad.
Este enfoque incorpora la estructura ‘fractal’ y su funcionalidad según
Warnecke a la ya clásica teoría de la regulación y la comunicación.
¿Cómo es posible integrar a diversos niveles programas de comportamiento que corresponderían a sub-sistemas dentro de un sistema fractal con objetivo o tareas concretas?
La actividad recolectora en la abeja doméstica es un típico sistema fractal, que consta a su vez de dos sub-sistemas autoregulados
(según Weiss, 1971), el que regula la carga del buche, y el de ‘información’ que le permite disponer de la información aportada por otras
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abejas de la colonia. A su vez la actividad recolectora de diversas abejas es una totalidad con autoregulación unitaria, y parámetros de la
colmena como disponibilidad de alimento o necesidades de la cría,
formarían parte de un sistema motivacional de nivel superior. Habría
que pensar si funciona como ‘‘fractal’’ o solo es un sistema dinámico.
La actividad de defensa es otro sistema fractal con dos subsistemas, el de ‘activar el aguijón’ y el de ‘reclutar por feromonas’.
Todos los sistemas y subsistemas como unidades fractales poseen
autoregulación en el sentido de Wiener (1955), pero son a su vez ‘servomecanismos’ de otros sistemas de nivel superior.
La selección natural debe haber trabajado con ‘‘unidades fractales’’, que como tales, tienen tareas específicas que cumplir para el sistema superior al que pertenecen, y están asimismo incorporados
dentro de los objetivos del sistema considerado como una totalidad.
Esta es la manera que Warnecke trata el tema de la ‘fábrica fractal’. Lo interesante es que la ‘organización fractal’ en una fábrica tiene
importancia porque aumenta su eficiencia en tiempo y calidad de lo
producido, como quedó demostrado en la fábrica automotriz. Los japoneses fueron muy cuidadosos en copiar esta organización de los seres
vivos. Por este motivo la llamaron ‘Bionic Manufacturing System’.
La gran revolución que incorporó Rechenberg a la teoría de sistemas fue preguntarse la causa por la cual la evolución biológica habría utilizado una metodología tan ‘primitiva’, para con ella alcanzar
las maravillas tecnológicas que actualmente trata de copiar, como
biónico, el ingeniero.
Ver además:
JOSUÉ A. NÚÑEZ & RODRIGO J. DE MARCO. Technology and the
Foundations of Biology. Biological Theory. Historical Essay. Vol. 2, 2.
Bibliografía
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