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Ventajas y limitaciones de los enfoques
reduccionista y sistémico en el aprendizaje
de biologia
FELDMAN, Susana R. y WEITZ, Darío A.
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FELDMAN, Susana R
Ingeniera Agrónoma, Profesora Adjunta a cargo
de la cátedra de Biología General, Facultad de Ciencias Agrarias, Investigadora del Consejo de Investigaciones de la UNR, Universidad Nacional de Rosario, Parque Villarino, CC14 S2125ZAA Zavalla.Tel/
Fax: 0341 4970080/0085/0199.
[email protected]
WEITZ, Darío A.
Ingeniero Químico. Profesor Asociado a cargo de
la cátedra de Teoría de Control, Dpto. de Ingeniería
en Sistemas de Información, Facultad Regional Rosario, Universidad Tecnológica Nacional; Zeballos 1357,
2000 Rosario.
[email protected]
Introducción
Al planificar la enseñanza de una disciplina, se
deben considerar dos aspectos: los conceptos propios
de la misma y los métodos mediante los cuales ese
campo del conocimiento científico se genera. Caso
contrario, los alumnos reciben conceptos que ellos
consideran «teóricos», estáticos, casi «verdades reveladas». De esta manera, no alcanzan a vislumbrar que
es la ciencia en toda su magnitud: la búsqueda de conocimiento que constantemente se pone a prueba, se
contrasta, se acepta o se rechaza. Conocer, en una primera etapa aunque sólo a muy grandes rasgos, como
se trabaja en ciencia y algunas de las posturas existentes, les permite entender el conocimiento científico como algo dinámico y que permanentemente intenta explicar la realidad circundante.
Nuestra experiencia docente indica que, dentro de
los distintos conceptos epistemológicos existentes, los
más accesibles para los alumnos de los primeros años
de una carrera universitaria no humanística, son el
enfoque reduccionista y el sistémico (o de la complejidad). Trabajar con los mismos tiene como principal
ventaja requerir sólo un mínimo de conceptos
epistemológicos y poder utilizar los elementos propios de la disciplina que se está enseñando.
Biología General es una asignatura de primer año
de la carrera de ingeniería agronómica. Permite que
el alumno tenga un enfoque global del mundo viviente, que se profundiza en materias que son sus correlativas: botánica, zoología general, química biológica,
fisiología vegetal, genética, microbiología y ecología.
Este enfoque implica: a) relacionar estructura con función, especialmente en los niveles organular y celular;
b) identificar organismos según el criterio de cinco
reinos; c) interpretar la diversidad del mundo viviente
a la luz de los procesos de evolución; d) incorporar el
proceder científico: observación de fenóminos biológicos, formulación de hipótesis, experimentación, recolección y procesamiento de datos y obtención de
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conclusiones. Consta de cuatro unidades temáticas: I)
Biología: origen y organización de la vida; II) Biología
celular; III) Modelos generales de la fisiología de los
organismos y IV) Clasificación de los organismos (incluye temas de ecología y evolución).
Toda la asignatura está estructurada alrededor de
dos conceptos: la célula y su naturaleza físico-química como unidad de la vida (enfoque reduccionista) y
los niveles de organización de la materia viva con sus
propiedades emergentes (enfoque sistémico). A pesar
de explicitar uno y otro enfoque, por ejemplo al analizar instrumental de laboratorio (un órgano se observa
con un estereomicroscopio, un tejido y sus células con
un microscopio óptico), algunos alumnos no logran
discriminar entre ellos, de manera tal de poder ubicarse conceptualmetne frente a fenómenos biológicos
y agronómicos.
Esto determina que, si bien la mayoría de los alumnos se muestran interesados en Biología General, a
muchos les cuesta relacionarla con el campo profesional, con la «actividad del ingeniero agrónomo propiamente dicha» y no alcanzan a comprender desde el
inicio el «valor práctico» de los contenidos que se desarrollan. Uno de los errores conceptuales que suelen
traer es pensar: «esto es teoría, pero en la práctica no
se cumple». Generalmente se debe a que pretenden,
inconscientemente, extrapolar desde un enfoque
reduccionista a un nivel de organización más complejo, sin tener en cuenta las limitaciones del primer enfoque.
Una apropiada actitud docente para subsanar este
defecto conceptual, es hacer explícitas a estas posturas mediante ejemplos concretos y accesibles al alumno y desde el principio del curso.
Definiciones de trabajo
La ciencia clásica poseía un paradigma básico: la
explicación de los fenómenos complejos en términos
de elementos aislables. Descartes (de Asúa, 1996), en
El Discurso del Método, resume de la siguiente manera lo que se conoce como enfoque reduccionista: «fragmentar todo problema en tantos elementos simples y
separados como sea posible».
El reduccionismo es una estrategia metodológica
que se caracteriza por ser eminentemente analítica. En
Biología, postula que las propiedades de un ente dado
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se deben exclusivamente a la naturaleza físico-química del mismo, es decir, se puede «reducir» el conocimiento del todo al estudio de sus componentes. Este
enfoque ha sido muy exitoso en el campo biológico
por haber permitido dilucidar, por ejemplo, las bases
moleculares del funcionamiento celular, con el «dogma central de la biología molecular» como concepto
paradigmático.
Según Klimovsky, 1994, el reduccionismo es una
especie de postura metodológica consistente en decir:
«intentemos reducir las disciplinas más complicadas
o más misteriosas en sus fundamentos a aquellas en
las cuales la ciencia ha tenido éxito, porque, tal vez al
hacerlo, podamos aspirar a aumentar una comprensión del universo que, de otra manera, no alcanzaríamos». Al reducir una disciplina X a otra disciplina Y
(disciplina básica), se afirma que «todo aquello que
trata X es sólo un complejo cuyas propiedades pueden entenderse en términos de Y».
La concepción sistémica (Bunge, 1997) parte de
definir un sistema como «un objeto complejo cuyas
partes o componentes están relacionados de modo tal
que el objeto se comporta en ciertos aspectos como
una unidad y no como un mero conjunto de elementos». Cada sistema es el resultado de cada uno de sus
componentes y de las interacciones que se establecen
entre los mismos y su entorno.
Bunge señaló que el mundo implica la existencia
de una serie de sistemas jerárquicos que se pueden
representar mediante una pirámide de niveles de organización (Fig. 1). Un sistema puede reconocerse
como tal si: i) tiene leyes propias ó ii) su comportamiento se ve afectado por la sustitución o eliminación
de algún componente. El primer aspecto considerado
es el de las propiedades emergentes que caracterizan a
cada uno de los niveles de organización que se pueden encontrar en los biosistemas.
Ciertas ideas relacionadas al enfoque sistémico se
utilizan en las denominadas «ciencias de la complejidad», en particular los conceptos de autoorganización,
redes heterogéneas de componentes interactuantes y
dinámica de sistemas.
Ejemplos sugeridos
Los ejemplos que figuran a continuación están tomados a partir de problemas agronómicos y/o biológicos concretos, al alcance de los conocimientos que
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posee un alumno de primer año de la carrera. Nuestra
propuesta consiste en plantear interrogantes a los alumnos y coordinar la discusión. Se presentan el enfoque
reduccionista y el sistémico para cada ejemplo, con el
objeto que sean una guía para el trabajo en las clases o
un modelo para situaciones similares en otras asignaturas y/o carreras.
I) En función del rendimiento obtenido en un ex
perimento de fertilización controlada, condu
cido en un invernadero, ¿se puede predecir con
exactitud el rendimiento en un lote?.
El rendimiento (expresado en peso seco de la
biomasa) de los cultivos es función de la cantidad de
nitrógeno en el suelo, debido a que este elemento forma parte de distintas biomoléculas, tales como proteínas, nucleótidos, vitaminas, hormonas, etc. Analizar
el problema en forma reduccionista, consiste en conducir un experimento mediante el cual se hacen crecer
plantas en macetas bajo condiciones controladas de
invernadero (riego, temperatura, luz) y con un sustrato
que contiene cantidades conocidas de fertilizante
nitrogenado. El alumno observa que el crecimiento
(aumento de biomasa) de un organismo pluricelular
con órganos, depende de la cantidad disponible de un
elemento químico. Este tipo de enfoque permite encontrar relaciones entre biomasa acumulada y concentración de nitrógeno disponible en el suelo, para distintas especies y distintas condiciones operativas.
Sin embargo, el rendimiento de un lote de determinada superficie, plantado con la misma especie,
aunque se conozca la fertilidad del suelo, podría no
ajustarse a lo obtenido en el experimento controlado.
Ello se debe a que el lote es un nivel de mayor complejidad que cada una de las plantas que crecieron individualmente durante el experimento. En el lote se
puede establecer competencia intraespecífica (de las
plantas de la misma especie entre sí) y competencia
interespecífica (de la planta con las de otra especie, es
decir malezas). Además, el lote está sometido al régimen hídrico que depende de la lluvia y del tipo de
suelo; hay una dinámica propia que no existía en la
maceta. El alumno comprenderá que el lote es una red
heterogénea de actores interactuantes, cuyo comportamiento no puede predecirse totalmente a partir de
los resultados analíticos.
Los resultados, obtenidos en experimentos donde
se aísla el efecto de una o pocas variables independientes sobre la que es objeto de estudio, permiten plan-
tear hipótesis acerca de cómo va a funcionar el sistema
complejo. A partir de las hipótesis, se diseñan nuevos
experimentos donde la unidad ya no es la planta, sino
el lote o parcela experimental.
Pero tampoco el resultado del lote se puede extrapolar al del sistema de producción que incluye las variables socioeconómicas: régimen de tenencia de la
tierra, superficie sembrada, nivel educativo del productor, disponibilidad financiera del mismo, costo de
los insumos, política económica vigente, precios internacionales del producto y su tendencia a futuro.
Todos estos aspectos condicionan la incorporación de
tecnología y por ende el rendimiento que obtendrá este
productor. El objeto de trabajo que se considera ahora
es el agro-ecosistema, con sus variables biológicas,
abióticas y socioeconómicas.
II) ¿Se puede ajustar la dosis de aplicación de un
insecticida sólo a partir de resultados de toxi
cidad del producto en cámaras de cría ?.
Para obtener la recomendación de dosis de aplicación de un insecticida, se requieren distintos tipos de
estudios. En primer lugar, se debe determinar su efecto insecticida y a qué dosis. Para ello se crían los insectos a controlar en cámaras de cría y se somete a los
mismos a efectos de distintas dosis, obteniéndose la
mejor relación dosis-mortandad. Esta primera etapa
es ineludible porque permite i) descartar aquellos productos que no poseen propiedades insecticidas o aquellos que la poseen pero sólo a dosis muy altas y ii) se
determina el rango de dosis efectiva. Estudios posteriores permiten hallar, sobre qué sistema de órganos,
órgano, célula y compuestos químicos actúa ese insecticida, para encontrar las bases moleculares del proceso, las cuales permiten desarrollar nuevos productos de síntesis.
No obstante, toda esta información no es suficiente para hacer una recomendación de aplicación del
producto. En primer lugar, en el lote el producto deberá actuar sobre poblaciones de insectos que están formadas por individuos de distintas edades que pueden
variar en susceptibilidad al mismo. Además, está el
efecto de los factores abióticos (luz solar, temperatura, humedad, vientos, etc.), que pueden alterar y/o bloquear la acción del insecticida. Los insectos pueden
estar en distintos lugares de la planta, con lo cual pueden escapar al insecticida. Es necesario, entonces, probar el producto a campo, no porque «la práctica no se
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ajusta a la teoría», «en la práctica no se cumple», sino
porque en el lote estamos trabajando a nivel de
ecosistema, se pretende controlar a una población y
están actuando simultáneamente una gran cantidad de
variables y que obligan a analizar al problema bajo un
enfoque de complejidad.
En este caso, también se debe discutir con los alumnos la incidencia de las variables socioeconómicas
sobre el manejo de plagas, resaltando el impacto de la
contaminación ambiental producida por el insecticida.
III)Evolución: ¿gradualismo o saltacionismo?
Entre las 2º y 4º década de este siglo, se gestó lo
que se conoce como «teoría sintética de la evolución»
(gradualismo), por confluencia de la genética de poblaciones, la sistemática y la paleontología (Huxley ,
1942; Dobzhansky et al., 1983).
La teoría sintética postula que la evolución de las
especies puede ser explicada mediante la aparición de
pequeños cambios genéticos aleatorios (mutaciones)
y del efecto que sobre los mismos ejerce la selección
natural. Los cambios en el seno de las poblaciones son
graduales y continuos en el tiempo y consisten mayormente en sustituciones alélicas dirigidas por la selección natural, mutaciones, deriva genética y otros
procesos microevolutivos que operan a nivel de organismos individuales. Originalmente, se intentó explicar, mediante este enfoque reduccionista, no sólo la
aparición de variabilidad intraespecífica, sino también
a la macroevolución: especiación y origen de grupos
taxonómicos de mayor jerarquía (ej : familias, clases,
órdenes). El problema comenzó a plantearse al intentar comprender la razón por la cual el registro fósil no
reflejaba ese gradualismo.
Surge entonces la «teoría de los equilibrios intermitentes» (punctuated equilibria), conocida también
como saltacionismo, que sostiene que cada nueva especie aparece brúscamente y persiste sin cambios durante largos períodos, lo cual se refleja en las series
fósiles (Eldredge & Gould, 1972). La evolución en
gran escala es «discontinua» en vez de «gradual». El
modelo de los equilibrios intermitentes propone que
la evolución morfológica se produce a saltos, y que la
mayoría de los cambios fenotípicos tiene lugar durante los eventos de especiación, de tal manera que las
nuevas especies son bien distintas morfológicamente
de sus ancestros, pero que a partir de entonces no
modifican sustancialmente su fenotipo durante un lar-
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go período que puede abarcar millones de años.
Un razonamiento natural en un alumno sería tratar
de derivar la macroevolución a partir de la gran cantidad de información existente acerca de los procesos
microevolutivos. La genética de poblaciones, sustento de la microevolución, es compatible tanto con el
gradualismo como con el saltacionismo y por lo tanto
no permite lógicamente decidir por ninguno. Deberá
comprender que los patrones macroevolutivos no son
reducibles (al menos en el presente estado del conocimiento) a la microevolución. La macroevolución es
un campo autónomo de estudio que debe desarrollar y
poner a prueba sus propias teorías, utilizando numerosos conceptos subyacentes en las ciencias de la complejidad.
Conclusiones
La propuesta presentada permite que los alumnos
puedan «ir y venir» a lo largo de los distintos niveles
de complejidad (desde una planta o un insecto al
agroecosistema), a partir de ejemplos concretos del
campo profesional (ejemplos I y II), visualizando las
variables que inciden en cada uno y las propiedades
emergentes de cada nivel. El ejemplo III amplía el
marco de referencia al campo biológico en general. El
cabal conocimiento de las ventajas y limitaciones de
los enfoques reduccionista y sistémico, evitaría que el
futuro profesional arribe a conclusiones erróneas debido a una extrapolación incorrecta entre niveles de
complejidad o no pueda aislar las variables que están
afectando a un sistema en particular.
Figura 1. Diagrama de los sistemas jerárquicos
(Niveles de Organización)
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Referencias Bibliográficas
BUNGE, Mario (1997). Epistemología. Siglo Veintiuno Editores. Buenos
Aires.
DE ASUA, Miguel (1996) . El árbol de las ciencias. Asociación Ciencia
Hoy . Buenos Aires.
DOBZHANSKY, Theodosuis ; AYALA, Fernando J. ; STEBBINS, George
L. y VALENTINE, John W. (1983). Evolución. Ed. Omega. Barcelona.
ELDREDGE, Niles y GOULD, Stephen J. (1972). Punctuated equlibria: an
alternative to phyletic gradualism. En: Models in Paleontology. T. J. M.
Schopf (ed.), Freem Cooper. pp 82-115. San Francisco.
HUXLEY, (1942).
KLIMOVSKY, Gregorio (1994). Las desventuras del conocimiento científico, una introducción a la epistemología. A-Z Editora. Buenos Aires.
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