¿Por qué y cómo la complejidad suele aumentar con el tiempo?

Esta es en realidad una pregunta muy interesante pero difícil de dar una respuesta única y precisa. Intentaré resumirte una "meta respuesta":

Ciencia de la complejidad Algunos consideran que la complejidad no es un tema biológico como tal, ya que es una propiedad que se acumula en sistemas no biológicos, por ejemplo, economía, tecnología, música, lenguaje; de ​​hecho, cualquier cosa que "evolucione" a lo largo del tiempo. Este nuevo campo de la ciencia se llama "Ciencia de la Complejidad" o "Sistemas Complejos" y es principalmente un campo de las matemáticas o teoría de la información: Sistemas complejos

Complejidad en Biología Lo que puedo decir es que este tipo de preguntas han iniciado un campo casi nuevo en Biología, llamado "evolución de la diversidad", aquí hay un artículo muy interesante: Evolución de la Diversidad .

Definición de la complejidad Tenía razón al mencionar que primero es necesario definir la complejidad, y como un campo temprano de la ciencia, aquí es donde se ha puesto mucha atención recientemente. Hay bastantes definiciones, pero tal vez sea demasiado controvertido enumerar algunos detalles... ¡ AQUÍ hay una conferencia completa de la UCL dedicada a definir la Complejidad!

Temas de Ciencias de la Complejidad He escrito lo suficiente, así que quizás este hermoso diagrama de los temas de Ciencias de la Complejidad sea de alguna ayuda:

Creo que hay una manera de abordar el problema, sin embargo, requiere mucho trabajo en los "bordes" de lo que consideramos ciencia y filosofía (y su interacción entre sí). Puedo proponerte una sugerencia, pero es mi propia investigación, por lo que puede ser bastante controvertida y, por favor, sé sincero conmigo.

Primero, la gran pregunta aquí: qué es la complejidad puede tener múltiples respuestas según la definición que use. Pero las definiciones no son objeto de la biología sino de la filosofía. Y en filosofía campos enteros de estudio pueden simplemente disolverse si sus definiciones resultan insatisfactorias. Entonces, uno puede argumentar que no hay nada como la complejidad en la Naturaleza y cada vez que se usa esta palabra podemos encontrar algún problema definido en los términos de alguna ciencia donde falta la palabra complejidad. Se puede argumentar que si podemos hacer esto para todos los casos en que se usa la palabra complejidad, entonces, realmente no existe tal cosa como la complejidad en la naturaleza, sino que es una construcción artificial del lenguaje humano y, como tal, no tiene una base objetiva en la realidad. . Me refiero a tales casos como "negación por definición".

Preste atención a que incluso la misma palabra "Vida" en sí misma puede ser objeto de "negación por definición" y si de hecho se niega, ¿qué pasa con el resto de la biología? Entonces, la "negación por definición" puede ser un problema serio para muchos problemas en biología, no solo de complejidad. Para evitarlo, la única forma de proceder sería encontrar una o más características universales detrás de lo que podemos llamar complejidad con orígenes comunes . Son los orígenes los que son importantes porque pueden proporcionarnos un mecanismo comúndetrás del proceso y así darnos una forma de poner "carne" a la palabra complejidad al denotar el mismo efecto bajo diferentes circunstancias. Si puede hacer una definición de complejidad de diccionario, entonces puede relacionarla directamente con el mecanismo que crea tales efectos y mostrar que su uso es más que una coincidencia semántica conveniente, pero hay algunas implicaciones científicas reales para su pregunta.

Ahora bien, tal efecto debería tener sus casos definitorios: estas circunstancias en las que lo que está tratando de mostrar existe como algo más que una simple palabra conveniente y emerge como una característica del sistema en el mundo real. Entonces el problema se transfiere de uno de filosofía a uno de ciencia y puedes tener tu definición de complejidad. Entonces, la complejidad se equipara a qué características emergen en el sistema con el advenimiento de nuevos procesos que tienen lugar en él. Creo que tal solución al problema de la definición de la complejidad proporciona el mejor uso para la ciencia porque convierte el problema de definir la complejidad en el problema de la aparición de propiedades cuando aparecen nuevos mecanismos en el sistema. Sé que puede ser que la filosofía sea demasiado para ti, pero ¿puedes entenderme?

Si seguimos estos supuestos, la complejidad surge en el sistema solo cuando podemos mostrar un vínculo directo entre la aparición de nuevas características de los sistemas (cosas que pueden describirlo) y nuevos procesos en él. Entonces podemos definir condicionalmente "simplicidad" como el estado cuando tanto las características del sistema como su organización no cambian, algunos "estados no relacionados" cuando el sistema puede acumular nuevas características u organización sin que una cambie a la otra y complejidad solo cuando cambia en el características se relaciona con el cambio en la organización y viceversa. Sé que esta definición puede sonar bastante "oscura" para la biología porque no prescribe específicamente genes, proteínas o vías metabólicas ni nada por el estilo, pero, por favor, considere algunos ejemplos. Si surge una nueva ruta metabólica, ¿el número de genes sigue siendo el mismo? ¿Qué pasa con su organización? ¿Qué pasa con la forma en que su organización está organizada? Sin embargo, si un animal se adapta a un nuevo entorno, ¿siempre implica algunos cambios "fundamentales" en su anatomía y fisiología o es suficiente el simple cambio de "pequeños detalles" para que se ajuste a su nuevo nicho? En el primer caso se puede decir que hay un notable aumento de la complejidad, mientras que en el segundo se puede afirmar que es simplemente "una simple adaptación". Para conectar el aumento en la variación adaptativa y la organización que lo genera, se necesita saber si un animal se adapta a un nuevo entorno, ¿siempre implica algunos cambios "fundamentales" en su anatomía y fisiología o es suficiente el simple cambio de "pequeños detalles" para que se ajuste a su nuevo nicho? En el primer caso se puede decir que hay un notable aumento de la complejidad, mientras que en el segundo se puede afirmar que es simplemente "una simple adaptación". Para conectar el aumento en la variación adaptativa y la organización que lo genera, se necesita saber si un animal se adapta a un nuevo entorno, ¿siempre implica algunos cambios "fundamentales" en su anatomía y fisiología o es suficiente el simple cambio de "pequeños detalles" para que se ajuste a su nuevo nicho? En el primer caso se puede decir que hay un notable aumento de la complejidad, mientras que en el segundo se puede afirmar que es simplemente "una simple adaptación". Para conectar el aumento en la variación adaptativa y la organización que lo genera, se necesita saberel mecanismo más allá de ambos, que como puede ver nos devuelve al punto ya discutido en el problema de la "negación por definición". Si hay un aumento en el número y/o la interconexión de tales mecanismos, se puede demostrar que los dos están bastante conectados entre sí y demostrar que tal definición puede tomarse como la definición de complejidad en biología. Entonces, el argumento de "negación por definición" se disuelve automáticamentepor sí mismo y tal definición de complejidad puede ser aceptada como funcional. Por otro lado, si no hay ninguna relación entre la generación de nuevos mecanismos en el mundo vivo y un aumento en la conexión entre variación y organización, deberíamos poder ver ejemplos de mayor variación sin nuevas características organizativas y viceversa. Sin embargo, creo que podemos probar fácilmente que en el mundo de los vivos para aumentar el potencialvariación que cualquier forma de vida puede tener, el número de sus características organizativas también debe aumentar y viceversa. ¿Te imaginas a las arañas evolucionando en diversas familias y especies sin su habilidad para tejer telarañas? ¿O la evolución de las plantas superiores sin la evolución de las hojas? ¿O la evolución de nuevas bacterias sin la evolución de nuevas rutas metabólicas? Y así sucesivamente. Creo que se puede ver fácilmente el punto de que cada vez que la variación adaptativa se vuelve capaz de ampliar su alcance , uno puede ver la aparición correspondiente de nuevas características organizacionales . Creo que también puede defender fácilmente el argumento opuesto: que las nuevas características organizacionales siempreaumentar la capacidad del organismo para variar y, por lo tanto, para ocupar nuevos nichos. No estaría dando ejemplos en aras de la brevedad aquí, pero creo que puede ver mi punto. Las nuevas organizaciones amplían la variación y la nueva variación permite una mejor adaptabilidad. Por supuesto, el organismo no siempre requiere una nueva organización para adaptarse a nuevos nichos, pero siempre surge una nueva organización y permanece en evolución para hacer que el organismo se ajuste a nuevos nichos. Mi argumento es que esta relación es el mecanismo que conecta la variación adaptativa y el aumento en el número de características organizacionales y por sí misma es la definición de complejidad que uno debería adoptar en biología. Por lo tanto, la complejidad se puede definir como el aumento en la organización que impulsa el aumento en el potencialt para considerar la capacidad general del antepasado para evolucionar en muchas rutas potenciales, pero la ganancia neta disponible para variar más características organizativas dan en las rutas de sus descendientes que tiene que ser mayor que el antepasado según esta definición) variación que se puede utilizar adaptarse a nuevos nichos. Si tengo que "traducirlo" en términos más "profanos" (por ejemplo, no filósofos), la complejidad es el aumento de posibles rutas que la evolución puede tomar cuando surgen nuevas características organizativas. Significa que el surgimiento de una nueva organización tiene que no filósofo) términos complejidad es el aumento de posibles rutas que la evolución puede tomar cuando surgen nuevas características organizativas. Significa que el surgimiento de una nueva organización tiene que no filósofo) términos complejidad es el aumento de posibles rutas que la evolución puede tomar cuando surgen nuevas características organizativas. Significa que el surgimiento de una nueva organización tiene queSiempre genera más variación que puede usarse para adaptarse a nuevos nichos y la capacidad del organismo para ampliar su adaptabilidad siempre debe venir con la aparición de nuevas características organizacionales. Si adoptamos esta definición, la organización y la adaptación quedan fundamentalmente vinculadas por definición y ya no tenemos que buscar la causa de ninguna de las dos. La importancia de esta definición es que esto ya no es un mero "juego de palabras" para definir la complejidad, ¡es una hipótesis científica viable ! Podemos probar la afirmación: "Cada vez que aparece una nueva característica organizacional también se genera una mayor variación que aumenta la capacidad de adaptación de un organismo y viceversa". por observaciónde nuestros datos. Si puede proporcionar incluso un solo ejemplo de una característica organizacional que aparece "solo por accidente" sin capacidad adicional para variar generada por ella, entonces, ¡tiene su prueba de que la afirmación anterior es incorrecta! Se puede argumentar que la filosofía es un mero "juego de palabras" en el que puedes elegir diferentes "opiniones" contradictorias sobre una determinada pregunta y argumentar que ambas pueden ser correctas según tu punto de vista, pero la ciencia no lo es. Significa que en el momento en que puedes hacer una declaración que puede ser puesta a prueba por las observaciones de la realidad, ¡esto ya no es filosofía, es ciencia! ¿Entiendes mi punto?

Si esta definición de complejidad nos permite hacer afirmaciones sobre el universo observable, entonces ya no se trata de una "definición filosófica", sino de hipótesis científicas verificables que pueden ser puestas a prueba. Significa que pudimos "exportar" una pregunta fuera de la filosofía e "importarla" a la ciencia . ¡Y esto es un logro!

Entonces, esta definición puede servir como base para una investigación científica viable. Ahora, la pregunta es "¿Por qué y cómo la complejidad generalmente tiende a aumentar con el tiempo?", ¿verdad? (Esta es la última revisión que estoy usando aquí; no recuerdo exactamente cuál fue la anterior, pero estoy seguro de que el tema sigue siendo la razón (por qué) y el mecanismo (cómo) la complejidad aumenta con el tiempo. Corríjame si me equivoco, por favor). Por lo tanto, nuestra investigación requiere que lo que consideramos como complejidad pueda aumentar con el tiempo por una razón (la parte del "por qué") y con algún mecanismo común (la parte del "cómo"). . ¿Estás de acuerdo? La definición que ya defendí conecta el aumento de la complejidad (como la aparición de nuevas características organizativas) con la variabilidad del organismo que, a su vez, sirve como fuente de adaptabilidad. Por lo tanto, losrazónLa razón por la que deben aparecer nuevas características organizacionales en el organismo (y por lo tanto, definir esto como un aumento en la complejidad) es su adaptabilidad. Si se mantiene la hipótesis anterior de que la aparición de nuevas características organizativas y la generación de nueva variabilidad para una nueva adaptabilidad (que es como definimos la complejidad), entonces, la razón de la aparición de más complejidad (por definición) es el entorno mismo del organismo. necesita adaptarse. La razón de la complejidad no es otra que la razón de la evolución misma, el impulso de aumentar siempre su número. Pero en el caso particular de la complejidad es el hecho de que los ambientes presentan a la organización del organismo nuevos desafíos a los que su forma actual no es capaz de adaptarse. Esta es la razón por la que el organismo desarrolla algunas características organizativas adicionales que puede utilizar para hacer frente a estos desafíos.es una respuesta viable de la pregunta que publicaste. El término "nueva característica organizacional" puede representar una amplia gama de posibilidades: puede ser un nuevo gen, puede ser una nueva vía metabólica, puede ser algún mecanismo nuevo para la regulación de la expresión génica, puede ser el desarrollo de algún órgano o glándula nueva en el organismo, puede ser el desarrollo de una nueva hormona y así sucesivamente. Como puede ver, la lista es interminable, pero esta es exactamente la respuesta a su pregunta. Los diferentes entornos obligan a los organismos a desarrollar diferentes características organizativas que consideramos como un aumento de la complejidad. Somos nosotros los que pensamos en la complejidad como un "movimiento global" de la Vida hacia más y más organización, pero ¿estás seguro de que la Vida misma piensa de la misma manera ?(suponemos que la evolución es inteligente)? Ponte en los zapatos del organismo en evolución. ¿Por qué necesitas evolucionar? ¿Porque "sientes que" tienes que volverte más "organizado" o porque simplemente debes hacerlo para sobrevivir en el nuevo entorno? ¿Qué crees que te respondería la evolución si pudiera hablar? ¡ Somos nosotros quienes pensamos que la complejidad es un "gran movimiento" de la Vida para volverse más y más organizada! Desde el punto de vista del propio organismo, la vida es simplemente la vida como "habitual". Simplemente quieren sobrevivir y reproducirse de cualquier manera posible. Algunas de esas formas implican "cambios menores" bien dentro de las características organizativas de los propios organismos bajo su nivel actual de organización, pero algunas requieren lo que nosotros(no los organismos mismos) pueden llamarse como "saltos gigantes" o "saltos cuánticos" en la evolución. ¿Crees que el primer pez que comenzó a evolucionar hacia un animal terrestre quería caminar? ¿O simplemente quería poder moverse por el suelo para poder escapar de los estanques secos? ¿Qué pasa con el primer reptil que pudo evolucionar a pájaro? ¿Crees que quería volar o escapar de los depredadores en el aire? ¿Qué tal el primer simio en convertirse en humano? ¿Qué quería , convertirse en un ser inteligente capaz de cambiar el mundo o poder reunirse en grupos más compactos y bien organizados para encontrar comida y defenderse mejor de los depredadores? Creo que los ejemplos son infinitos aquí también. El punto es que el entorno mismo a veces requiereorganismos obtengan nuevas características organizacionales para sobrevivir en él, no es que haya algún "gran mecanismo" o "tendencia" de la Vida para volverse más "organizada". Si tal "gran tendencia" ha de ser asignada entonces tiene que ser al medio ambiente mismo, ¡no a los organismos! Uno puede argumentar que cuantos más organismos tiene un ecosistema y cuantas más interacciones entre ellos, más nichos nuevos puede ofrecer este ecosistema a nuevos organismos que a su vez pueden desarrollar nuevas características organizativas que pueden producir nuevos organismos que pueden ofrecer otros nuevos organismos. más nichos nuevos y así sucesivamente en un proceso autosuficiente en constante expansión. Aquí hay una buena razónpor la complejidad, ¿no? El argumento puede ampliarse aún más para la propia organización. Si la nueva organización (que es requerida por el entorno diversificado) puede generar un entorno más diverso que a su vez puede provocar la aparición de nichos que requieren organismos aún más organizados y así sucesivamente de manera autosuficiente , entonces, en cierto modo, el mecanismo traer cada vez más complejidad al mundo. Pero, recuerda, esto no depende del organismo en sí , sino de su entorno . La pregunta de "¿Por qué la complejidad generalmente tiende a aumentar con el tiempo?" se transforma en la pregunta "¿El ecosistema mismorequieren un aumento en la complejidad para desarrollarse aún más?" que, como puede ver, son 2 preguntas muy diferentes. Luego, el enfoque no recae en la complejidad por definición, sino en el entorno como un todo . Y esta es una pregunta muy diferente. Y es una que nosotros puede tener la respuesta si podemos saber lo suficiente sobre el ecosistema en el que se encuentra este organismo. Una vez más, puede ver cómo las preguntas "superficialmente" "filosóficas" pueden transformarse en preguntas científicas claramente diferentes si podemos aclarar nuestras definiciones y seguir las consecuencias. de esos Este es un enfoque particular que yo mismo he desarrollado, pero no es algo aceptado por la comunidad, por lo que puede estar en desacuerdo con mi enfoque y respuesta.

En lo que respecta a la parte del mecanismo de su pregunta, ya la "toqué" cuando definí la complejidad. Por la misma definición que expuse, cada vez que hay un aumento en la complejidad (por ejemplo, la aparición de características organizativas novedosas) hay un aumento en adaptabilidad que aporta. Por lo tanto, cuanto más complejidad acumula un organismo, mejor puede adaptarse a condiciones particulares. El aumento en la adaptación significa características novedosas que tiene y las características novedosas que tiene definen la complejidad, por lo tanto, se puede argumentar que la adaptación impulsada por la acumulación de características organizacionales novedosas ES el mecanismo de aumento de la complejidad. ¡Este es un caso "clásico" del argumento de "negación por definición" que presenté anteriormente!es la adaptación por acumulación de características organizacionales, entonces toda la pregunta "¿Cuál es el mecanismo de aumento de la complejidad?" que a su vez se puede equiparar a su pregunta "¿Cómo suele aumentar la complejidad con el tiempo?" simplemente se disuelve o, para decirlo en términos sencillos , no tiene ningún sentido .

Sé que puede parecer "demasiada filosofía" para la biología, pero la cuestión es que los argumentos que presento en realidad tienen sentido si se toman en conjunto y si quieres llegar a una respuesta satisfactoria a tu pregunta (que en sí misma no se hace en un de manera clara según yo), entonces debe seguir los pasos que ya describí y "traducirlos" en preguntas que puedan responderse de una manera más rigurosa y, si se hacen (como sugiero aquí), puede estar de acuerdo tienes tu respuesta?

Para concluir esta respuesta demasiado larga, me gustaría reflexionar sobre la experiencia personal tanto con filósofos como con biólogos. Mi experiencia ha sido que tanto los filósofos no quieren reflexionar sobre la ciencia que los biólogos intentan presentar con sus preguntas como los biólogos no quieren reflexionar sobre los argumentos .los filósofos están tratando de ponerse al reflexionar sobre las cuestiones biológicas. En mi opinión, esto es de lo que forma parte "la tragedia" de la biología moderna porque la filosofía puede proporcionar respuestas que los biólogos pueden encontrar útiles, pero simplemente no los están escuchando. Por otro lado, si el biólogo puede "exportar" preguntas difíciles de abordar en el paradigma biológico moderno a la filosofía, entonces, puede ser que los filósofos puedan aportar comprensión y posibles explicaciones que los biólogos simplemente están perdiendo. ¡Puede ser una relación muy fructífera! Pero para hacerlo solo hay que escuchara lo que el otro tiene que decir y este "escuchar" no es algo que ninguno de los dos haga muy bien en mi mente. Muchas gracias si lograste aguantar lo suficiente para llegar hasta aquí, no tenía la intención de hacer esta respuesta tan larga, pero como puedes ver, el argumento tampoco es fácil de seguir.

Muchas gracias por su paciencia.

El fenómeno de la creciente complejidad es un rompecabezas natural para todos los que estudian biología, porque "nada en biología tiene sentido". Stuart Kauffman cambió el énfasis de la complejidad al orden , y esta es, en mi opinión, la observación correcta: los sistemas caóticos son más complejos en el sentido termodinámico, mientras que los sistemas biológicos ocupan un pequeño nicho en el borde del caos. Hay muchas ideas en este libro pero, a diferencia del famoso manuscrito cuyo título aparentemente siguió Stuart, todavía no hay una respuesta satisfactoria y convincente a esa pregunta.

La biología surge cuando algunas moléculas comienzan a copiarse a sí mismas con una cierta cantidad de error: no demasiado error, o no habría heredabilidad; pero ALGÚN error, o de lo contrario no habría evolución en absoluto. Copiando, copiando, unas pocas moléculas se convierten en una multitud, y la evolución se extiende en todas las direcciones, hacia las más y hacia las menos complejas. Pero cuando surge un nuevo nivel de complejidad, por lo general permite un nuevo tamaño, y un organismo más grande puede, por ejemplo, comer un organismo más pequeño. Una vez que se alcanza este nivel, tiende a mantenerse. De nuevo algunas copias darán lugar a linajes más pequeños, pero los grandes han fundado un nicho que no desaparecerá por sí solo (puede llevar un asteroide). Entonces, mirando de cerca, la evolución conduce a la diversidad, no solo a una mayor complejidad. Pero como la pequeña complejidad ya existía, y la mayor complejidad es algo nuevo,