La biología trasciende los límites de la Computación

Por Claudio Salazar Pigeon

Facultad de Psicología, UNAM

Diciembre 2022

Este texto revisa y explica los argumentos del artículo de Marshall, P. (2021) Biology Transcends the Limits of Computation. Progress in Biophysics and Molecular Biology. Este artículo resulta de particular relevancia para lo que se propone dentro de la reciente línea de investigación llamada cognición basal, también conocida como cognición mínima.

iNTRODUCCIÓN

Comúnmente, desde la Biología, se ha planteado la idea de que la aparición azarosa de mutaciones (y su consecuente herencia) así como la selección natural dieron pie a la creación del código genético.

Esto implica que el orden de desarrollo fue primero con químicos, (entendidos estos como la capa física de cualquier sistema de información), los cuales conformaron el código genético y finalmente esto dio lugar a la cognición.

Sin embargo, Marshall (2021) propone un modelo para estudiar y entender la cognición al cual llama “cognición primero” (cognition first) el cual propone el orden contrario. Marshall (2021) menciona que fue gracias a la cognición de agentes biológicos que se creó el código genético, ya que hubo una asignación “arbitraria” de referentes y los referentes de este código son los químicos. Esta idea es la que se explica a lo largo de este texto.

El artículo publicado por Lyon y colaboradores (2021) describe ampliamente el panorama de esta nueva línea de investigación; la cual propone que se debería estudiar la cognición en distintos seres de la escala filogenética.

Marshall (2021), congruente con esta línea de investigación, menciona que un químico únicamente adquiere un significado relevante para un organismo dentro del contexto del organismo. Es decir, que el valor y significado del químico es relativo y dependiente al organismo. Esto presupone que previo a la presencia del químico hubo una decisión sobre qué representaría dicho químico (o molécula).

Consecuentemente, en cualquier organismo (entidad biológica) hubo un proceso de elección, de asignación de valor previo, pues hasta las células más sencillas cuentan con un código genético. Dado que este es el caso para cualquier organismo, se puede argumentar que hay cognición en cualquier organismo. Como lo mencionan Lyon y colaboradores (2021), el estudio de la cognición basal rechaza la idea de que tener un sistema nervioso es un prerrequisito para que haya cognición. Asimismo, estos autores han propuesto definir cognición basal como cualquier mecanismo de procesamiento de información que ayude a un organismo a valorar, interactuar o familiarizarse con su entorno para así poder cubrir necesidades existenciales.

Adicionalmente, Lyon y colaboradores (2021) propusieron definir información como cualquier eventualidad que genere un cambio fisiológico o conductual en un organismo. Por su parte, Marshall (2021) menciona que la cognición se refiere a todos los mecanismos a través de los cuales se adquiere, se almacena, se procesa y se utiliza información.

Como consecuencia de la manipulación de información, es que se genera una decisión, como lo fue en su momento la asignación de referentes químicos en el código genético. Por lo tanto, se puede concluir que la información que es manipulada a través de la cognición implica una elección, así como también genera un cambio fisiológico o conductual en el organismo.

El presente artículo de Marshall (2021) reinterpreta el proceso evolutivo con base en decisiones realizadas por agentes biológicos, no por azar y cambios paulatinos. En consecuencia, el modelo de cognición primero surge del estudio de la cognición basal al suponer que cualquier agente biológico, sin importar su complejidad filogenética, es capaz de decidir y manipular información con base en herramientas cognitivas.

Marshall (2021) argumenta que en la actualidad no existe una inteligencia artificial capaz de emular el proceso adaptativo de un agente biológico. La distinción entre decidir y simplemente seguir un algoritmo cobra particular importancia al describir por qué la cognición supera los límites de las capacidades de procesamiento de información de una computadora.

Información y Biología

El tema principal que aborda Marshall (2021) es sobre el papel tan importante que tiene la cognición en la historia filogenética de los agentes biológicos, así como también describe las limitantes que tienen las computadoras para poder replicar acertadamente la cognición y en consecuencia, la evolución. Marshall (2021) se basa en la teoría de Shannon (1948) de la comunicación para describir la forma en la que la cognición crea información, así como también para recalcar que las células y distintos agentes organismos se comunican.

Marshall (2021) desmiente la síntesis moderna. De acuerdo con Betty (2018), la síntesis moderna es la teoría que conjunta el concepto de selección natural de Darwin junto con los mecanismos de herencia de Mendel.

Adicionalmente, Marshall (2021) lo resume como que la combinación del azar con la genética de la población creará una paulatina especiación. Es decir que, el conjunto de mutaciones azarosas las cuales provocaron una determinada adaptabilidad al medio, y la herencia y expresión de dichas mutaciones con el paso del tiempo irán diferenciándose en distintas especies.

Sin embargo, el problema principal que Marshall (2021) describe con la síntesis moderna es la relación causal que implica esta teoría, entre la mezcla azarosa de ciertas moléculas y cómo ésta pudiera dar lugar a la creación del código y en consecuencia a la cognición.

Marshall (2021) con base en la teoría matemática de la comunicación argumenta que el orden que implica la síntesis moderna es imposible ya que se requiere de orden.

Se requiere ir en contra de la tendencia natural a la entropía y el azar, en lugar de crear orden, genera ruido. Marshall (2021) define el ruido como cualquier cosa que interfiera con la trasmisión del mensaje, como por ejemplo las mutaciones genéticas.

Consecuentemente, el azar produce pérdida de información, es decir, entropía. De acuerdo con Drake (2022), la entropía es la cantidad de desorden o azar de moléculas que existe dentro de un sistema.

La entropía también sirve para describir procesos cuyo resultado es irreversible. Marshall (2021) menciona que la pérdida de información a nivel genético es algo irreversible y es por ello por lo que la “aparición” del código genético no es compatible con el azar ya que operan bajo principios contrarios de orden y desorden.

Todas las células vivientes son cognitivas

Marshall (2021) aborda este segundo encabezado declarando que la agencia es una cualidad exclusiva de la biología y que la cognición expresa agencia. En consecuencia, la cognición es algo exclusivo de un agente biológico. La razón por la que la cognición expresa agencia es porque siempre hay una intención detrás de la manipulación de información.

Por ejemplo, Reber y Balûuska (2020) mencionan que una célula procarionte es capaz de un proceso cognitivo tan básico como sentir y percibir la presencia de una molécula determinada para así poder actuar en consecuencia. Recordando que la cognición se refiere a todos los mecanismos a través de los cuales se adquiere, se procesa, se almacena y se utiliza información, la intención detrás de los mecanismos que manipulan información suele ser conseguir una mayor adaptación al entorno. La adaptación puede ser a través de la reproducción, del crecimiento o la sobrevivencia.

Sin embargo, un algoritmo de una computadora se distingue del producto de la cognición en cuanto a que el primero requiere parámetros preestablecidos, mientras que el segundo, ajusta su capacidad de adaptación de acuerdo con situaciones novedosas y desconocidas. Es por esto que Marshall (2021) argumenta que el procesamiento de información de una computadora es deductivo y determinista, mientras que el procesamiento cognitivo es inductivo.

Marshall (2021) cita el trabajo de Barbara McClintock ganadora del premio Nobel en 1986, en su experimento se dañaron intencionalmente los cromosomas de una planta de maíz. Cuando se dañó el cromosoma, las células de las plantas respondieron con transposones que arreglaron el segmento del cromosoma dañado y lo reemplazaron con una secuencia más funcional para el momento. Este resultado no fue azaroso, y fue una adaptación en tiempo real.

Se argumenta que este resultado no fue producto de un algoritmo preestablecido ya que la situación fue novedosa y rebasó los límites de los parámetros necesarios para el funcionamiento de un algoritmo. Para más ejemplos de adaptaciones en tiempo real que pueden ser heredables, así como evidencia de que las células tienen cognición, Marshall (2021) propone una tabla en la que menciona diversas situaciones, desde la capacidad adaptativa que tienen las células cancerígenas hasta formaciones callosas que generan las plantas cuando son molestadas por insectos en una zona en particular.

Seis preguntas abiertas

En este apartado del artículo, Marshall (2021) realiza una fuerte crítica al modelo reduccionista de la biología (aquel que pone en primer lugar a los químicos). Propone seis cuestiones que el modelo reduccionista de la Biología no ha podido responder. La intención de las preguntas, además de realizar una crítica, es marcar una pauta para que se pueda investigar el modelo de cognición primero pues, al final se concluye, que conocer el origen de la cognición es esencial para poder dar respuesta a estas preguntas:

1. El origen de la vida

Si bien, Marshall (2021) menciona que aunque no se conoce aún el proceso mediante el cual se originó la vida, es importante entender de qué forma se organizó la estructura jerárquica en los seres vivos. No basta con entender cómo funcionan las moléculas.

2. ¿Cómo se crea la información?

La conclusión de esta pregunta es que el código genético es aquello que divide a los seres vivos de los inanimados, debido a la forma en la que crean información, con base en la decisión de qué molécula representa qué proteína en el código genético.

La asignación de un referente a un número determinado de bases nitrogenadas fue una decisión, producto de la cognición que crea información. Para llegar a esta conclusión, Marshall (2021) se basó en la teoría de la comunicación que argumenta que una unidad de información es una decisión.

3. ¿Cómo un organismo genera un cambio evolutivo en tiempo real?

En esta pregunta para Marshall (2021) argumenta en contra de la Síntesis Moderna. El cambio evolutivo real es gracias a la cognición que ajusta la capacidad adaptativa de una célula.

4. El rol de la agencia en la evolucion

En esta pregunta resulta importante destacar que la consciencia es un tipo particular de cognición. Sin embargo, como ya se habló anteriormente, la cognición tiene una intención detrás, lo cual demuestra agencia.

5. ¿cognición en la inteligencia artificial?

La conclusión de dicho cuestionamiento es que no, debido a que aunque la inteligencia artificial muestra un algoritmo muy sofisticado, al ser un algoritmo y tener una función matemática detrás es determinista y deductiva. Por el contrario, la cognición, es inductiva.

6. evidencia del modelo de cognición primero

Marshall (2021) se cuestiona la capacidad del cáncer de evolucionar y evadir los tratamientos. El cáncer se origina con una célula que deja de seguir el algoritmo biológico, de tal forma que comienza a actuar y tomar decisiones (como la frecuencia de reproducción) de forma independiente al organismo al que pertenece.

c0nclusiones

Marshall (2021) propone que la biología está lejos de poder ser modelada por la computación acertadamente. Las computadoras tienen un pensamiento que asigna un único valor de acuerdo con una función. La cognición es una herramienta que ayuda a los organismos a adaptarse a su medio. La cognición utiliza un razonamiento inductivo ya que toma decisiones con base en experiencias pasadas, con la intención de adaptarse. En cambio, una computadora utiliza un razonamiento deductivo al asignar valores con base en parámetros preestablecidos.

El azar tanto en una computadora como en el código genético genera ruido, por lo que añadir el azar a una computadora no resulta fructífero para poder imitar a la biología, sino que resulta en la pérdida de información. Hasta el momento, también hay un límite en las capacidades de las computadoras de simular la combinatoria necesaria para crear de forma autónoma un código genético. Aunque se sigue intentando todavía no se ha logrado crearlo de manera artificial, lo que de alguna manera señala que todavía no se comprende el proceso subyacente.

Marshall (2021) menciona que un elemento clave de la vida es contar con un código, pero ¿es suficiente solo el código? El caso de los virus, por ejemplo, que tienen mRNA en lugar de DNA son considerados como organismos no vivos. ¿Dónde entran los virus en esta perspectiva? El estudio de la cognición basal y el modelo de cognición primero están en vías de desarrollo. Marshall (2021) menciona que quizá hay leyes de la física y la química que todavía no conocemos que pudieron dar pie al origen de la cognición. Se requiere todavía conocer cómo y cuándo surgió la cognición.

A su vez, esto provee evidencia de lo poco probable que fue que solamente el azar originara el código genético. En cambio, proponer a la cognición como el motor que pone en marcha la evolución y la adaptación resulta tanto más lógico como integrativo en la Biología.

Para poder aprovechar al máximo este artículo fue muy útil haber leído con anterioridad a Lyon y colaboradores (2021), Reber y Balûuska (2020) y Balûuska y Levin (2016). También fue necesario recordar conceptos como herencia poblacional de Mendel, entropía, lamarckismo y máquina de Turing.

REFERENCIAS

Baluska, F. &, Levin, M., (2016). On having No Head: cognition throughout biological systems. Frontiers in Psychology, 7. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2016.00902.
Betty, V. (2018). The Modern Synthesis. Oxford Bibliographies. Recuperado el 12 de diciembre 2022. https://www.oxfordbibliographies.com/display/document/obo-9780199941728/obo-9780199941728-0115.xml#:~:text=The%20%E2%80%9Cmodern%20synthesis%E2%80%9D%20generally%20refers,the%20origin%20of%20biological%20diversity.
Lyon P., Keijzer F., Arendt D., & Levin M. (2021). Reframing cognition: getting down to biological basics. Philosophical Transactions Royal Society B, 376: 20190750. https://doi.org/10.1098/rstb.2019.0750
Drake, W. F. (2022). entropy. Encyclopedia Britannica. Recuperado el 12 de diciembre 2022. https://www.britannica.com/science/entropy-physics
Marshall, P. (2021). Biology Transcends the Limits of Computation. Progress in Biophysics and Molecular Biology. https://doi.org/10.1016/j.pbiomolbio.2021.04.006.
Reber, A., & Baluska, F. (2020). Cognition in some surprising places. Biochemical and Biophysical Research Communications. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2020.08.115
Shannon, C.E. (1948). A mathematical theory of communication. The Bell System Technical Journal, 27. 379e423. https://doi.org/10.1002/j.1538-7305.1948.tb01338.x.

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