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¿Es útil la teoría de la evolución para explicar la navegación animal?

 
 
El mundo de lo viviente está repleto de búsquedas. Las polillas encuentran sus parejas. Las bacterias encuentran fuentes de nutrición. Las raíces de las plantas encuentran nutrientes en el suelo. El documental de Illustra Living Waters incorpora unos increíbles ejemplos de búsquedas: delfines que encuentran presas mediante ecolocación, la navegación de los salmones hacia sus lugares de reproducción con su excepcional sentido del olfato, y las tortugas marinas se orientan durante miles de millas con destino a distantes fuentes de alimentos y de vuelta al hogar usando el campo magnético de la tierra.

El asunto de las búsquedas es importante en los libros de William Dembski sobre Diseño Inteligente No Free Lunch y Being as Communion. Cuando uno piensa por un momento acerca de la cuestión de las búsquedas, hay diversos factores que implican un diseño inteligente. La entidad (sea viviente o programada) ha de tener un objetivo. Debe recibir indicaciones del medio ambiente e interpretarlas. Y tiene que poder moverse hacia su diana de manera precisa. Dembski demuestra matemáticamente que ningún algoritmo evolutivo es superior a una búsqueda ciega a no ser que se añada información suplementaria desde el exterior del sistema.

En Proceedings of the National Academy of Sciences de este mes, cinco científicos de Princeton y del MIT dan aliento a un esfuerzo multidisciplinar para comprender los algoritmos de búsqueda naturales empleados por seres vivientes.

La capacidad de navegar es un distintivo de los sistemas vivientes, desde las células simples a los animales superiores. La búsqueda de objetivos, como alimentación o pareja en particular, es una de las tareas fundamentales de navegación que muchos organismos deben realizar para sobrevivir y reproducirse. Aquí exponemos que una reciente oleada de estudios sobre el mecanismo inmediato que subyace a la conducta de la búsqueda ofrece una nueva oportunidad para integrar la biofísica y la neurociencia de los sistemas sensoriales con procesos ecológicos y evolutivos, que cierre un bucle de realimentación que promete unas fascinantes nuevas perspectivas de exploración científica en la frontera de la biología de sistemas. [Énfasis añadido.]

La biología de sistemas, una tendencia muy actual en ciencia, como ha explicado Steve Laufmann en un reciente artículo, contempla los organismos al modo en que lo haría un ingeniero de sistemas. Esos científicos (dos biólogos evolutivos y tres ingenieros) se refieren varias veces a la ingeniería humana como análoga a los algoritmos de búsqueda que encontramos en la naturaleza. De manera específica, para un ingeniero, «la investigación sobre la búsqueda» (encontrar un objetivo en un conjunto de datos ruidosos), revela muchas semejanzas con las búsquedas que realizan los animales. Al estudiar los algoritmos de búsqueda de los animales podemos realmente incluso aprender a mejorar nuestras búsquedas.

El hecho de que entidades biológicas de muchas clases tienen que vencer lo que parece ser, al menos superficialmente, unos retos semejantes en sus procesos de búsqueda, suscita una cuestión: ¿Ha llevado la evolución a que estas entidades resuelvan sus respectivos problemas de búsqueda de formas parecidas? Está claro que los mecanismos moleculares y biomecánicos que usa una bacteria para ascender por un gradiente químico son diferentes de los procesos neurales que usa una polilla para buscar una pareja potencial. Pero, a un nivel más abstracto, es tentador especular que los dos organismos han evolucionado estrategias que comparten un conjunto de propiedades que aseguran una búsqueda efectiva. Esto lleva a nuestra primera cuestión: Estas estrategias de búsqueda que diferentes clases de organismos han evolucionado, ¿comparten un conjunto común de características? Si la respuesta a esa pregunta es afirmativa, siguen muchas otras preguntas. Por ejemplo: ¿cuáles son las presiones selectivas que llevan a tal evolución convergente? ¿Acaso unas características comunes de las estrategias de búsqueda reflejan características comunes de los ambientes de búsqueda? ¿Pueden unas características compartidas de estrategias de búsqueda informar el diseño de buscadores diseñados, por ejemplo de micronadadores sintéticos para su uso en aplicaciones medicinales, o en robots buscadores?

Este artículo es realmente interesante. Los autores describen diversos ejemplos de unas asombrosas capacidades de búsqueda en el mundo de lo viviente. Los seres vivos alcanzan diariamente sus objetivos con una alta precisión a pesar de numerosos desafíos. Los datos detectados son a menudo ruidosos y dinámicos, cambiantes con cada soplo de viento o corriente lateral. Los gradientes de las señales son a menudo fragmentarios, no uniformes. Pero, de alguna manera, las bacterias pueden remontar un gradiente químico, los insectos pueden seguir unas feronomas muy diluidas, y los ratones pueden localizar grano en la oscuridad. En nuestros mismos cuerpos, las células inmunitarias siguen unos invisibles gradientes de señalización hacia sus dianas. En todas partes, desde moléculas señalizadoras en el interior de células hasta poblaciones globales de organismos superiores, hay constantemente búsquedas en marcha en la biosfera.

El diseño de ingeniería necesario para una búsqueda con éxito, sea natural o artificial, es un ejemplo de optimización – una ciencia del diseño inteligente. Por ejemplo, no hay suficiente con la presencia de unos detectores sensibles. Si es demasiado sensible, un detector puede quedar saturado por una señal fuerte. Muchos sentidos de los animales están dotados de mecanismos de adaptación que pueden atenuar señales fuertes cuando es necesario, lo que permite la detección a través de muchos órdenes de magnitud. Esto sucede con el oído humano: un control automático de ganancia en las células ciliares de la cóclea proporciona a los humanos una gama dinámica de un billón a uno. ¡Un reciente artículo exponía que los ojos humanos son capaces de detectar un solo fotón! Y, sin embargo, podemos ajustarnos frente al resplandor del sol con los mismos detectores, gracias al automatismo del iris y a otros mecanismos de adaptación en las neuronas de las retinas.

En el artículo de PNAS, los autores describen los desafíos adicionales de compensación para los algoritmos naturales de búsqueda. Por ejemplo, ¿debería el organismo dirigirse a la fuente más rica de alimentos, si esto lo expone a depredadores? ¿Deberían poblaciones con necesidades semejantes competir por los recursos, o distribuirlos? Cada beneficio incurre en un coste. Un algoritmo bien diseñado de búsqueda maneja las compensaciones a la vez que maximiza la recompensa, incluso si la recompensa es menos que lo ideal. Los ingenieros tienen que resolver problemas semejantes de optimización. Tienen una palabra para ello: «satisfacer» la necesidad llegando al menos al requisito mínimo. Es obvio que llegar a la mejor solución para múltiples objetivos contrapuestos en medio de un ambiente dinámico y ruidoso es un gran desafío tanto para los ingenieros como para los animales.

Este artículo, por otra parte sumamente perspicaz, entra en terreno problemático cuando intenta introducir la evolución en la cuestión de las búsquedas. Dicen: «Esperamos que la selección natural impulse la evolución de algoritmos que conduzcan a una búsqueda de alto rendimiento, a la vez que equilibre los costes de la aptitud, como la exposición al riesgo de los depredadores». ¡Grandes expectativas!, pero, ¿pueden resistir un examen crítico?

  1. Los autores dan la evolución como un hecho, en lugar de justificarla. Dicen que los organismos «han evolucionado» estrategias para las búsquedas. Debido a la complejidad irreducible de cualquier sistema que exija detectores, intérpretes y respondedores para llegar a una búsqueda con éxito, esto significaría un milagro.
  2. Los autores apelan a una «evolución convergente» para explicar la presencia de algoritmos de búsqueda similares en organismos no relacionados. Esto multiplica los milagros que se necesitan.
  3. Hablan del medio ambiente como aquello que proporciona «presión selectiva» para que los organismos evolucionen sus algoritmos. Si el medio pudiera presionar la formación de algoritmos de búsqueda, entonces las rocas y los vientos también los tendrían. El medio puede influir sobre la formación de un remolino de polvo, pero el remolino no está buscando nada. El medio puede hacer que las rocas caigan y que los ríos fluyan en ciertas direcciones, pero estos objetos no tienen cuidado alguno acerca de adónde van. Se precisa de una programación para encontrar una diana especificada por adelantado.
Lo más serio de todo, la pretensión de que la selección natural puede impulsar la evolución de algoritmos de búsqueda, se socava a sí misma. En un sentido real, los científicos mismos están realizando una búsqueda —una búsqueda de una búsqueda. Han emprendido la búsqueda de un modelo universal para explicar los algoritmos de búsqueda de los animales. Pero si ellos mismos son producto de la selección natural, entonces no hay forma alguna en que puedan llegar a su propio objetivo, que es el de «comprender» el mundo natural y explicar cómo emergió.

Para ver por qué su búsqueda está condenada al fracaso, véase el artículo (en inglés) de Nancy Pearcey, «Why Evolutionary Theory Cannot Survive Itself». Los autores en PNAS tienen que aplicarse su propia explicación a ellos mismos. Pero luego esto llega a ser un absurdo autorreferencial, porque tendrían que decir que el medio ambiente les ha presionado a decir lo que han dicho. Su explicación, además, no tendría ninguna relación necesaria con la verdad —sólo con la supervivencia. Recordamos a Donald Hoffman's desacreditando la epistemología evolucionista? «Según la evolución por selección natural, un organismo que contempla la realidad como es nunca será más apto que un organismo de igual complejidad que no ve nada de la realidad, sino que está sólo ajustado para aptitud», decía él: «Nunca». Por consiguiente, los autores del artículo no pueden tener ninguna seguridad de nada, incluyendo su afirmación de que la selección natural impulsa la evolución de algoritmos de búsqueda.

Lo que podemos decir es que cada vez que observamos un algoritmo de búsqueda en existencia, tanto si se trata del motor de búsqueda de Google como de una clase acerca de orientación, sabemos que hay inteligencia involucrada. Lo que nunca vemos es el surgimiento de un nuevo algoritmo de búsqueda por causas naturales sin intencionalidad. Por tanto conocemos una vera causa —una causa verdadera— que puede explicar los algoritmos de búsquedas de gran éxito en la naturaleza. Y es que el origen de la naturaleza … no es natural.

Crédito de la fotografía: Illustra Media.
19:23

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