El crecimiento de la complejidad

Inspiraciones desde la biología

La vida acumula complejidad, y por tanto, información. No en todas las ramas evolutivas, pero sí en muchas de ellas. Entre otras, la que nos ha traído hasta aquí. Y esto sucede porque en muchas ocasiones la formación de estructuras complejas puede enfrentarse mejor al persistente barrido del desgaste y la descomposición de la entropía. La forma en que estas estructuras fuera del equilibrio termodinámico pueden perpetuarse es transmitiendo esa información. Y del crecimiento y transmisión de esta complejidad biológica pueden extraerse ideas inspiradoras para muchos ámbitos de la vida humana.

Ciertamente, un principio recomendable de cualquier diseño es mantenerlo simple, para minimizar su probabilidad de error y facilitar la adopción y la comprensión humana. Pero hasta los mejores productos más simples requieren de complejas organizaciones y conocimientos que los produzcan. Por otro lado, la invitación a primar las explicaciones más simples, de acuerdo al principio de parsimonia más conocido como la navaja de Ockham, suele cumplirse por mera estadística del mismo segundo principio termodinámico de la entropía: las realidades más simples abundan más que las más complejas. Pero no hay que perder de vista, como al parecer exhortaba Einstein, que las explicaciones deben hacerse lo más simples que se puedan, pero no más. Existe esa complejidad y en ella hay una enorme capacidad de éxito, de valor, que emerge de la interacción de elementos. Veamos brevemente cómo la vida ofrece algunos hitos de enorme interés para la reflexión.

Complejidad y fragilidad en la evolución

Ciertamente, las estructuras más complejas suelen ser más frágiles y menos duraderas en muchos contextos - una estrella gigante resulta ser mucho más simple que el más simple de los insectos; pero puede “vivir” miles de millones de años, mientras que los seres vivos en el mejor de los casos apenas subsisten unos miles, y habitualmente unos pocos años, e incluso días, en los que deben apresurarse a reproducirse. Sin embargo, al manejar más flujos energéticos y hacerlo de forma más eficiente, la complejidad puede resultar adaptativamente mucho más ventajosa. Así, su aumento se advierte en múltiples ramas del árbol evolutivo a lo largo del dilatado tiempo geológico.

Autores de la talla de Stephen Jay Gould han argumentado que la historia de la vida en la Tierra no puede limitarse a ser la de entidades que se vuelven cada vez más complejas, porque algunas de las estructuras más simples siguen funcionando muy bien y no encuentran en el aumento de la complejidad virtud alguna, como las bacterias. De hecho, algunos organismos han evolucionado hacia una mayor simplicidad: las serpientes han perdido las patas, los topos han perdido los ojos y los virus han perdido incluso la capacidad de reproducirse de forma independiente. La simpleza en períodos de catástrofes severas es una clara ventaja, como bien saben las cucarachas que sobrevivieron a los dinosaurios. La teoría de la evolución, sostienen estos autores, no predice que los organismos se volverán más complejos, sino simplemente que, por pura exuberancia del cambio genético, algunos linajes de hecho se han vuelto más complejos.

Sin embargo, aunque prácticamente la mitad de la biomasa todavía se corresponde con simples bacterias, es un hecho que la presencia de organismos más complejos ha crecido con respecto a la que existía en los orígenes de la vida en la Tierra. De hecho, a pesar de su aparente simplicidad, la persistencia de tantas bacterias está fuertemente relacionada precisamente con su capacidad para compartir información genética con una flexibilidad que no está disponible en organismos más grandes. Introducir esos flujos de información en la medida de la complejidad - cuestión controvertida - nos haría cuestionarnos la supuesta simpleza de las bacterias. La complejidad crece porque muchos linajes crecen en tamaño - nunca existió un ser vivo tan grande como la ballena azul - y aumentan con él su funcionalidad y su interacción social, exteriorizando esa complejidad al comportamiento y diversificando en general las formas de vida que le han permitido cubrir la práctica totalidad del planeta.

Si la complejidad crece en ciertos linajes enormemente significativos en la historia biológica del planeta es porque la selección natural los ha favorecido a la larga en determinadas circunstancias: bajo ellas, la versatilidad que proporcionan las estructuras más complejas les otorga estadísticamente más probabilidades de supervivencia. Aunque requieran más energía para sostenerse, son más ocurrentes a la hora de aportar posibles soluciones. La selección natural actúa como un filtro que posibilita la acumulación de información útil y no su pérdida. Llevándolo al terreno de las empresas, aunque las startups ofrecen una flexibilidad y una agilidad que sonrojan las inercias parálisis de las grandes corporaciones, estas cuentan con muchas más opciones para reinventarse y sobrevivir.

Volviendo a la biología, por tanto, es difícil creer que a lo largo de cuatro mil millones de años esa tendencia hacia el crecimiento de la complejidad sea simple exuberancia evolutiva y que seres pluricelulares, con capacidades cerebrales enormemente complejas y organizados en intrincadas sociedades, como por ejemplo nosotros, sean simplemente una excepción estadística. Por todo ello, el crecimiento de la complejidad es para otros autores la primera ley de la biología, desde la aparición misma de la vida, el surgimiento de las células eucariotas, el desarrollo de la reproducción sexual, la construcción de organismos pluricelulares, e incluso la emergencia de organismos capaces de interactuar socialmente en grupos. Es posible construir una historia sobre el crecimiento de la complejidad a través de la selección natural y la acumulación de información. Veamos algunos de sus primeros hitos más inspiradores.

Primeros hitos: la aparición de la vida y las eucariotas

La aparición de la vida como tal, la abiogénesis, es probablemente el primer ejemplo de acumulación de información y complejidad estructural sobre los componentes prebióticos. Aunque aún las teorías son diversas, parece que hace alrededor de unos 4.000 millones de años la vida pudo surgir en la Tierra en forma de organismos unicelulares simples a partir de los océanos primigenios y un subsuelo rico depositado con material extraterrestre dotado de los compuestos elementales que hacen posible la vida. Tal seria el caso del “caldo primigenio” de Haldane. Así, el sulfuro de hierro y el sulfuro de níquel podrían haber catalizado espontáneamente los primeros procesos de síntesis de proteínas. Los ácidos lipídicos surgidos en estas condiciones habrían generado espontáneamente vesículas, pequeñas bolsas permeables a los monómeros que, expuestas a fuentes hidrotermales, habrían favorecido la interacción entre ellos en su interior hasta formar polímeros, que a su vez habrían quedado atrapados, ya que las paredes vesiculares ya no resultaban permeables a ellos. Es decir, que aquellas primeras bolsas grasas comenzaron espontáneamente a acumular estructuras más complejas.

Primer corolario
La interacción genera complejidad valiosa,
interconectando elementos en el efecto red.

Con el calor, las membranas se habrían expandido y por presión osmótica las vesículas habrían absorbido más y más monómeros, iniciándose así una suerte de “competición”, preludio de la lucha por la supervivencia darwiniana: aquellas proto-células que más polímeros absorbían acababan extendiéndose y primando en las iniciales poblaciones. Cuando alcanzaban un tamaño insostenible para las condiciones del entorno se dividían como gotas, en una suerte de reproducción. Entre aquellos polímeros acabaron proliferando polímeros lineales de ribonucleótidos, conocidos como ácidos ribonucleicos o ARN. Comenzaba la vida como transmisión de información, que fue capaz de codificar capacidades para que los primeros organismos vivos, semejantes a las bacterias actuales, fueran capaces de realizar las funciones básicas necesarias para la supervivencia, como la reproducción y el metabolismo.

Un segundo hito podríamos hallarlo en la eucariogénesis, el proceso que permitió la aparición de células que diferenciaron un núcleo en su interior, en el que concentrar la información genética, y articularon a través de distintos orgánulos un comportamiento cada vez más especializado. Según las teorías más aceptadas, este surgimiento de las células eucariotas tuvo probablemente un origen endosimbiótico, es decir, la asimilación de un organismo en el interior de otro tras un proceso de simbiogénesis. La integración de bacterias en el interior de una célula habrían dado lugar a orgánulos como los cloroplastos o la mitocondria, capaces de proporcionar funcionalidades vitales como la fotosíntesis o el aprovechamiento del creciente oxígeno atmosférico mucho más energético, proporcionando una evidente ventaja evolutiva. Al albergar orgánulos especializados, las eucariotas fueron capaces de realizar funciones más complejas, lo que les brindaba una ventaja evolutiva significativa. De hecho, recientemente se han descubierto indicios de que la aparición del núcleo pudo ser mucho más temprana de lo que hasta ahora creíamos.

Segundo corolario
La agregación de especialistas distintos
pero capaces de interaccionar produce valor.

La especialización celular por acumulación de complejidad. Fuente

Las eucariotas lograron reproducirse de forma más compleja que las procariotas, que mayoritariamente crean copias de sí mismas, fusionando material genético de distintos progenitores, dando como resultado una mayor variabilidad en los individuos. Este aumento de la información genética facilitó la aparición de una innovación fundamental hacia la reproducción sexual. Este proceso permitió la mezcla y recombinación de material genético durante la reproducción, lo que generó una variedad de combinaciones genéticas en la descendencia y facilitó la evolución de características más complejas.

Tercer corolario
La diversidad favorece la aparición de complejidad,
siempre y cuando se mantenga dentro de un cierto equilibrio.

Además, la eucariogénesis permitió aumentar la capacidad celular para interrelacionarse con el medio y con sus semejantes hasta formar colonias que comenzaron a experimentar fenómenos de cooperación como la simbiosis, que hizo emerger capacidades adaptativas de las que los individuos por separado carecían. Con el tiempo, este tipo de formas de cooperación acabó desencadenando una especialización celular en las colonias. Y así fue cómo se produjo la emergencia de los primeros organismos pluricelulares.

Cuarto corolario
La interacción del todo genera capacidades emergentes
de las que las partes carecen.

La complejidad crece en la adaptación a los grandes retos

Como hemos dicho, los organismos más complejos presentan mayores vulnerabilidades. Y así, las tasas de las extinciones masivas fueron también aumentando en el Fanerozoico, la era de los “animales visibles”. Algunos de estos eventos de extinción masiva diezmaron la vida en el planeta y, de hecho, en diversas ocasiones, la vida estuvo a punto de desaparecer. Nuestra propia estirpe, hace casi un millón de años, estuvo muy cerca de la extinción.

Sin embargo, esta misma complejidad ha demostrado una notable resiliencia y capacidad para adaptarse a condiciones cambiantes. Las especies que lograron sobrevivir a estos grandes retos desarrollaron una variedad de estrategias adaptativas que les permitieron prosperar en nuevos entornos y contribuir al aumento de la complejidad biológica. Paradójicamente, haciendo de la necesidad virtud, estos retos supusieron un acelerador para este crecimiento.

El primero de los grandes retos para la vida fue muy anterior a las grandes cinco extinciones masivas. Hablamos de la Gran Oxidación, que se produjo hace unos 2.400 millones de años. Durante casi mil millones de años, la producción de oxígeno resultado de la fotosíntesis realizada por cianobacterias y otras formas de vida fotosintéticas había ido alterando la composición atmosférica hasta que se volvió contaminante. Ello impactó en el desarrollo evolutivo, facilitando la aparición de organismos aeróbicos que podían utilizar el oxígeno para obtener energía de manera más eficiente. La Gran Oxidación que estuvo a punto de hacer desaparecer la vida, paradójicamente, hizo no sólo que esta hallase un nuevo camino para proseguir sino que además este camino llevase a un mayor aumento de la complejidad, porque con su exigencia aparecieron organismos más complejos, energéticamente más eficientes y capaces.

Quinto corolario
“Lo que no te mata te hace más fuerte”
como decía Nietzsche exhortando al amor fati,
semejante a la entrega estoica de Séneca o Marco Aurelio al destino,
tratando de extraer valor y transformar la contrariedad.

Entonces, hace unos 540 millones de años se produjo la llamada explosión cámbrica que supuso una revolución. Durante un período relativamente corto en términos geológicos (40 millones de años), se produjo una rápida diversificación de formas de vida multicelulares, incluidos los ancestros de la mayoría de los grupos animales modernos. Al principio, esta explosión fue interpretada, incluso por el propio Darwin, como una posible objeción a la teoría de la evolución por selección natural, dada su vertiginosa velocidad de desarrollo. Sin embargo, el aumento de las modificaciones anatómicas presentó una fuerte correlación con las variaciones genéticas, del orden de cuatro o cinco veces más rápidas que lo que hasta entonces había acontecido. Las circunstancias ambientales favorecieron coyunturalmente que en esa época el “grifo de la vida” pudiera abrirse, aumentando vertiginosamente su biodiversidad, expandiéndola por toda suerte de nichos biológicos, y aunque sufriese severos retrocesos en las extinciones masivas posteriores, ya nunca volvería a cerrarse. Hasta ahora, al menos.

Fuente

Este aumento de la biodiversidad tuvo un especial punto de inflexión en la revolución terrestre de las angiospermas, las plantas con flores, que, hace unos 60 millones de años, desarrollaron una variedad de adaptaciones que les permitieron colonizar una amplia gama de hábitats terrestres. La coevolución con polinizadores y la capacidad de producir frutos contribuyeron a su éxito evolutivo y a su influencia en los ecosistemas terrestres expandiendo la vida animal asociada prácticamente por todo el planeta.

Sexto corolario
Las conexiones, que a veces pueden lastrarnos,
a la larga nos permiten más aprovechar el rebufo del éxito.

Partiendo del último antepasado común universal (LUCA, por sus siglas en inglés), del cual descienden la totalidad de especies vivas, a día de hoy se han catalogado 2 millones de ellas, y se estima que en realidad el total podría rondar entre los 10 y los 14 millones, aunque algunas estimaciones elevan esta cifra hasta los miles de millones. La diversificación del propio árbol biológico nos habla de este crecimiento de la complejidad de la vida en nuestro planeta.

No resulta tan extraño, por tanto, que una especie particularmente compleja, como la de los Sapiens, haya sido capaz, en el último parpadeo evolutivo, de colonizar todo el globo, disparar su población y escalar en la cadena trófica hasta volverse un peligro para la naturaleza misma. Precisamente porque fue capaz de extender su complejidad intensificando el papel de la información en sus relaciones sociales y su producción tecnológica en el seno de la cultura. Aunque discutida, la idea del Antropoceno refiere a que una posible nueva extinción masiva provocada por nuestra presencia pueda estar poniendo a prueba la vida. Quizá sólo un nuevo aumento de la complejidad - probablemente a través de la tecnología - podría hacerla, de nuevo, salir adelante. No perdamos de vista para ello las lecciones inspiradoras que la vida trae consigo.