5.2 El altruismo genético

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1. Introducción
2. Páginas en blanco
3. Neuronas formateadas y sin formatear
4. Estrategias congénitas y adquiridas
5. Altruismo congénito
6. Estructuras cooperativas evolutivamente estables
   El dilema del prisionero
   Universalidad de la estrategia cooperativa
   
7. Altruismo de parentesco
8. Conclusión

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1.   Introducción

En la entrada anterior mostramos con toda generalidad que podemos esperar que se construyan ciertas estructuras complejas capaces de dar lugar a un fenómeno altruista. Hemos visto que el universo disipa energía en todas partes y que la disipación se auto organiza formando estructuras. A nivel molecular, las estructuras disipativas que logran hacer réplicas de sí mismas se hacen mayoría. Conforme pasa el tiempo y como resultado de una selección natural, los replicadores construyen un entorno químico y una membrana alrededor, formando las primeras células. Luego, las células evolucionan, mejoran su arquitectura interna, se agregan, se diferencian, aparecen grandes agregados pluricelulares y ciertas células se modifican hasta construir neuronas, células capaces de transformar información química en eléctrica. “Inmediatamente” después aparecen las redes neuronales y la inteligencia. 

Para que un individuo sea altruista, es necesario que su comportamiento  aumente las chances de replicación de otros individuos aún en desmedro de la suya. El altruismo puede rastrearse desde el momento en que la inteligencia ya es suficiente para adaptarse al entorno de manera compleja. No es posible el altruismo si los organismos no pueden registrar la existencia del otro. 

En todas partes donde evolucionan sistemas biológicos la selección natural presiona hasta construir redes neuronales cada vez más veloces, tanto en la acción como en el aprendizaje. La ventaja que otorga la velocidad presiona hasta edificar el sistema límbico y solo después comienzan a montarse neuronas para un aprendizaje más lento y más inteligente. Sobre el sistema límbico se forma una nueva corteza neuronal y junto a su revolucionaria capacidad de procesamiento, comienzan a mostrarse las primeras notas de comportamiento altruista.

 

2.   Paginas en blanco

Si usted y yo tuviéramos el mismo libro, estaríamos obligados a leer la misma historia. Pero supongamos que la editorial lanza unos libros nuevos que al final del texto dejan cinco hojas en blanco. Mi libro seguiría siendo igual al suyo, con sus cinco hojas en blanco al final; pero ahora, luego de leerlo, yo podría realizar algunas anotaciones al respecto, o bien podría escribir cosas que no tengan que ver con el libro, como una receta de cocina o una lista de las compras. Usted podría hacer lo mismo escribiendo en esas páginas lo que se le ocurra. Si bien los dos continuaremos leyendo la misma historia, habríamos escrito distintas cosas en las hojas en blanco y los libros ya escritos dejarían de ser idénticos

Las diferencias entre usted y yo se harían más evidentes si tuviéramos cincuenta hojas en blanco en lugar de cinco. Y conforme el libro aumente sus páginas en blanco, las diferencias entre las personas se harían más notorias. La máquina que fabrica el libro sería la misma y los libros vírgenes serían idénticos, pero las diferencias entre usted y yo quedarían cada vez más documentadas.

Mucho antes que usted y yo, la naturaleza descubrió lo mismo. Si un replicador puede hacer dos copias idénticas de sí mismo con unas cuantas neuronas de más; los individuos resultantes serán idénticos solo al principio de la carrera; luego se diferenciarán en el modo cómo han conectado esas neuronas. Para que estas neuronas en blanco puedan existir, es necesario que sus replicadores dejen más descendencia que sus alelos. Pero esto es exactamente lo que ocurre,  porque las neuronas libres son como un anotador donde escribir información que de ningún modo podrá heredar la siguiente generación y que sin embargo es vital para el individuo. A igualdad de los demás factores, dejará más descendencia quien cuente con neuronas sin conectar.

Pensemos en un ave que anida en los intersticios de un acantilado. También otras aves anidan allí. En realidad, hay miles de aves y todos los intersticios son muy parecidos. Pese a ello, nuestra heroína siempre se dirige al mismo nido y nunca se equivoca. Puede volar horas sobre el mar buscando alimentos para sus pichones, pero siempre regresa al intersticio correcto y nunca se equivoca de nido. Es evidente que de algún modo ha memorizado la ubicación del sitio. Es una información que no estaba presente en su ADN y que no estará presente en la herencia de los pichones, pero es vital para su supervivencia. Para que el ave pueda guardar esta información es necesario que ciertas neuronas se comprometan a esta tarea; neuronas en blanco que el replicador edificó para guardar información. 

Los replicadores capaces de producir y mantener neuronas sin conectar pueden construir una capacidad nueva: memorizar información demasiado efímera para que una selección natural la acumule en los replicadores de su especie pero demasiado importante para que un individuo pueda desarrollar su vida, como la ubicación del nido para el ave de la historia.

Generar neuronas libres no es una capacidad biológica gratuita; primero es necesario que un sistema límbico atienda las urgencias y luego, que el organismo sea capaz de satisfacer el exceso de energía que consumen. Las neuronas libres son costosas y sólo evolucionan si son capaces de dar algo a cambio. En nuestro mundo la gesta fue exitosa. El sistema evolutivo comenzó a acumular neuronas libres formando una corteza sobre el sistema límbico. Esta corteza o córtex apareció en los primeros mamíferos pero se extendió y se reforzó en lo sucesivo.

Las neuronas libres no solo sirven para guardar información, también pueden conectarse entre sí para para permitir comportamientos complejos, construyendo redes más inteligentes que el sistema límbico; individuos que puedan hacer algo más sabio y menos tosco que simplemente huir ante el más ligero ademán. Esta es la principal razón de su éxito. Con el córtex, el sistema evolutivo comenzó a construir inteligencia.

Si bien la capacidad de almacenar información y presentar redes inteligentes más aptas que  las congénitas constituye una ventaja selectiva universal, que será preferida en todo mundo donde pueda evolucionar, no está claro que la lucha por los nutrientes necesarios para atender a su alto consumo sea igualmente generalizable. En un mundo lejano, el alimento podría ser lo suficientemente escaso como para transformarse en un drástico limitante de la evolución. Pero si la fábrica de nutrientes lo permite, el córtex será universalmente preferido por los sistemas genéticos perdurables. Y en nuestro pródigo universo, siempre habrán sistemas biológicos que cuenten con los nutrientes necesarios.

 

3.   Neuronas formateadas y sin formatear

Según nuestra analogía, el córtex es como un conjunto de páginas en blanco al final de un libro. Pero la comparación exige que miremos un matiz más. Supongamos que las hojas en blanco tienen encabezados que dicen lo siguiente: “Nombre”, “Dirección”, “Teléfono”, “Email”.  Las páginas están en blanco en el sentido de no incluir ningún nombre concreto, el usuario las puede completar a voluntad, sin embargo, su voluntad está dirigida en cierta forma, porque solo se pueden anotar los datos de un contacto. Tener una agenda en blanco no es lo mismo que tener un anotador; mientras en el anotador podemos escribir cualquier cosa, en la agenda solo anotamos los contactos. Esta es la diferencia entre una hoja formateada y otra sin formatear.

La naturaleza establece una diferencia parecida. Para poder caminar debemos adquirir la capacidad de mover este músculo, luego aquél, luego los dos; debemos ser capaces de mover muchos músculos coordinadamente y poder hacerlo de diferentes maneras para que el mismo complejo muscular haga distintas cosas. Evidentemente el ensayo es crucial y logramos caminar luego de caernos y levantarnos muchas veces. Nuestro ADN no incluye la información  que adquirimos en los ensayos; en cambio nos proporciona neuronas libres para que almacenemos la información necesaria y para que las conectemos de la manera correcta hasta lograr caminar. El detalle importante es que nadie parece usar esas neuronas para otra cosa. Las neuronas de la caminata nacen blancas y puras, libres de toda conexión, pero solo podemos usarlas para aprender a caminar. De algún modo la naturaleza nos dota de neuronas libres pero formateadas.

Muchos animales nacen con neuronas en blanco para aprender solo ciertas cosas. Nos damos cuenta porque todos los individuos de la misma especie logran las mismas cosas no escritas en el replicador. La información respecto a la ubicación del nido se asienta en neuronas que estaban en blanco al momento de nacer; la información respecto cómo hacer el nido se asienta sobre neuronas en blanco, no hay genes que le indiquen al hornero donde está el barro, donde está la paja y donde el sitio; el ADN no puede contener esta información, pero todos los horneros fabrican los mismos nidos. La información sobre los ensayos de la caminata se asientan en neuronas libres, pero todos los humanos caminan más o menos igual.

La naturaleza prodiga muchas neuronas formateadas; están en blanco pero solo se pueden conectar de ciertas formas. La información precisa no se encuentra en el replicador porque muchas veces aparece después. Pero los replicadores dirigen la construcción de estas capacidades formateando las neuronas en blanco. Las neuronas realmente libres, como las páginas del anotador, donde podemos anotar cualquier cosa, hasta una receta de cocina; son posteriores a las neuronas dirigidas.

 

4.   Estrategias congénitas y adquiridas

Entre las construcciones dirigidas, previstas por el replicador, están las estrategias. Un organismo puede cuidar a sus hijos, ignorarlos o comerlos. En nuestro mundo, las tres estrategias han germinado y las tres dejan descendencia. Algunas requieren de un aprendizaje posterior para que las capacidades se ajusten con la información proveniente del entorno y otras ya vienen configuradas de nacimiento. Pero todas estas capacidades están prefiguradas en el replicador y se presentan en todos los individuos que nacen de ellos. Son características congénitas. 

Si un buitre utiliza una piedra para romper un huevo y devorarlo, aun sin haber visto a sus congéneres hacerlo, es evidente que la estrategia está grabada en sus genes. Aún si el sujeto hubiera aprendido a realizarlo conectado neuronas en blanco, la estrategia es congénita; todos los organismos que provengan de ese tipo de replicador, presentarán la misma estrategia, independientemente de que la refinen luego o que la traigan ya formada al momento de nacer. La selección presiona en favor de esa estrategia porque los organismos que la presentan dejan más descendencia. Se trata de una estrategia congénita. 

La inteligencia, en cambio, es la capacidad de resolver problemas nuevos que se presentan ocasionalmente y para los cuales no tiene sentido que la selección escriba una solución en el replicador. Si un individuo se encuentra con un predador, es posible que deba elegir entre correr velozmente en línea recta, esconderse entre la maleza o trepar a un árbol. Ahora bien, si siempre fuera negocio trepar a un árbol, entonces nuestro protagonista no perdería tiempo evaluando alternativas, siempre treparía. Pero el individuo no resuelve en automático; evalúa las alternativas y ensaya una respuesta. Con el tiempo, la vida lo pondrá frente a situaciones similares e irá forjando una estrategia. Resolver un problema puntual no es lo mismo que adquirir un patrón de comportamiento. Una estrategia adquirida aparece cuando el individuo es capaz de resolver una clase de problemas recurriendo a una clase de soluciones. Cuando los individuos logran asociar campos de soluciones a campos de problemas, decimos que adquieren estrategias nuevas. Las estrategias adquiridas automatizan el proceso decisorio y liberan el intelecto del individuo.

En general, las estrategias adquiridas tienen valor de supervivencia y se asientan en neuronas libres. Aunque algunas estrategias particulares empeoren las probabilidades de dejar descendencia; si la presencia de neuronas libres aumenta las chances en promedio, entonces los replicadores construirán redes con neuronas libres, independientemente de lo que ocurra en cada caso. Cuando una estrategia es adquirida, sus características no están escritas en el replicador. Los replicadores construyen redes con neuronas libres y el individuo las conecta a medida que aprende la estrategia sobre una base de ensayos que proveen la información. Es como en inteligencia artificial, la estrategia no está programada de antemano; la red aprende de los datos. En en nuestro caso, los datos provienen de la realidad. El replicador solo construye la red.

Las estrategias adquiridas son muy posteriores a las congénitas; los replicadores edificarán muchas habilidades con valor de supervivencia utilizando neuronas formateadas antes de producir una corteza de neuronas sin formatear, que les permita edificar comportamientos inteligentes personalizados. 

 

5.   Altruismo congénito

La evolución genética tiene problemas para crear ciertos tipos de altruismo. La selección natural no actúa allí en favor de individuos sino de características de individuos. Las características seleccionadas nunca pueden ser altruistas porque en tal caso dejarían menos descendencia que sus alelos y se extinguirían. Las características están codificadas en trozos del replicador llamados genes, y los genes son egoístas, solo pueden aumentar la fecundidad del replicador. Pero cuando muchos genes se reúnen, el individuo resultante puede ser en cierto sentido altruista, aunque sus genes individuales sean egoístas. También es posible que algunas características sean cooperativas aunque los genes que las potencian estén maximizando su fecundidad.

En lo que respecta a nuestra búsqueda, el altruismo que puede construirse por esta vía no permite civilizaciones tecnológicas que superen inestabilidades típicas ni mucho menos. Para esto será necesaria la cultura. Pero es importante saber que la evolución genética ya estaba construyendo estructuras en cierto sentido altruistas y cooperativas; y que esos mecanismos de construcción son universales porque no dependen de características evolutivas eventuales sino de una matemática subyacente.

Hay dos mecanismos congénitos que nos interesa mencionar.

• Estructuras cooperativas evolutivamente estables
• Altruismo de parentesco

 6.   Estructuras cooperativas evolutivamente estables

Cuando dos individuos se encuentran, puede existir un conflicto de intereses si ambos pretenden una cuota del mismo recurso. Naturalmente, el conflicto depende de los actores del encuentro. Un ratón y un gusano difícilmente peleen por un recurso escaso porque los recursos del gusano no son los del ratón. Los ratones y las aves tal vez tengan un conflicto por el agua; pero no es un gran conflicto; por ello nunca vemos una lucha entre un ave y un ratón (salvo que el ave coma ratones). Para un pájaro determinado, el mayor conflicto de intereses se daría contra otro pájaro de la misma especie y el mismo sexo, porque ambos beben la misma agua, comen la misma comida, anidan en los mismos sitios y buscan aparearse con el mismo sexo opuesto. El mejor negocio para los genes del ave sería matar al adversario y comérselo luego; esto sacaría un competidor del juego y constituiría una buena fuente de nutrientes. Sin embargo las aves no hacen eso, y es interesante preguntarnos por qué.

Además de los beneficios en la lucha por los recursos, los genes deben atender los costos de esa lucha. Ciertamente, lo mejor sería matar al otro, pero el otro luchará por no morir. La aptitud de un individuo por dejar descendencia dependerá de la relación entre el costo y el beneficio en la pugna por el recurso. Cuando evaluamos esa relación, el ingenuo canibalismo comienza a separarse de las respuestas correctas.

Los individuos no hacen cuentas, simplemente actúan según lo determinen sus genes y una poda selectiva premia luego a los ganadores con descendencia. Pero después de actuar durante mucho tiempo, es de esperar que la estrategia ganadora comience a parecerse al resultado de una cuenta.

Trabajando en teoría de juegos, Maynard Smith y Price [1] se dieron cuenta de que existen ciertas mezclas de estrategias que, una vez establecidas, no pueden ser vencidas por ninguna otra mezcla mutante. Las llamaron "estrategias evolutivamente estables" (EEE)

Pensemos en dos individuos que luchan por el territorio Para llevar adelante la contienda, eligen diferentes estrategias aunque solo analizaremos dos: halcones y palomas. Un "halcón" es un individuo que luchará por el territorio y no se retirará de la lucha hasta estar gravemente herido. Una una "paloma" en cambio, permanecerá en el territorio un tiempo, sin luchar, hasta que el otro se vaya, y si el otro ataca o no se va, nuestro individuo se retirará.

Un halcón siempre vencerá a una paloma y ganará también la mitad de las batallas contra otro halcón, pero cuando pierda, se verá gravemente herido. Una paloma, en cambio, nunca resultará herida, pero perderá la mayoría de las veces, ganando solo contra otra paloma que espera menos que ella. La pregunta es simple ¿Quién dejará más descendencia, un halcón o una paloma?.

La estrategia evolutivamente estable establece una mezcla exacta de halcones y palomas. De cada 12 individuos,  5 palomas y 7 halcones logran la mayor tasa de reproducción. Si la cantidad de palomas aumenta, la evolución tiende a disminuirlas nuevamente; si aumenta la proporción de halcones, la naturaleza tiende a reducir su número. La estrategia óptima es $\frac{5}{12}$ palomas y $\frac{7}{12}$  halcones; cualquier desvío será penalizado.

El dilema del prisionero

Algunas estrategias evolutivamente estables parecen preferir las opciones mas cooperativas. Con esto se encontró Robert Axelrod [2] cuando estudiaba la cooperación aún sin conocer la noción de EEE. Dentro de la teoría de juegos, las estrategias estudiadas por Axelrod pertenecen al tipo de juego conocido como "dilema del prisionero". 

Veamos un ejemplo concreto. Existe una banca que cobra las multas y paga los premios a dos jugadores que solo pueden elegir entre cooperar o no cooperar (desertar). Si ambos cooperan, la banca les paga 3 puntos, si ambos deciden no cooperar, la banca les quita un punto (-1), si uno coopera y el otro no, la banca multa con 2 puntos (-2) al que coopera y paga 5 al que no. En biología, la banca es la naturaleza y los puntos son simple descendencia.

La siguiente tabla describe los puntajes de todas las jugadas posibles entre otro jugador y yo:

Jugada		Puntaje
Yo	Otro	Yo	Otro
Coopero	Coopera	3	3
Coopero	Deserta	-2	5
Deserto	Coopera	5	-2
Deserto	Deserta	-1	-1

Ambos jugamos a la vez, de modo que ninguno sabe lo que el otro decidirá.

Si yo coopero, mi promedio son 0,5 puntos (3 puntos, si tu también cooperas y -2, si tu no cooperas). Si no coopero, mi promedio son 2 puntos (5 puntos si tu cooperas y -1, si tu no cooperas). La decisión más racional es no cooperar, porque, en promedio, nos hace más ganadores. Sin embargo si ambos adoptáramos la decisión racional de no cooperar, obtendríamos una multa de 1 punto; y si ambos decidiéramos cooperar, nuestro puntaje sería de 3 puntos, 1 más que el promedio de no cooperar. Este es el dilema.

El juego es muy tonto cuando se juega una sola mano, pero pasa a ser interesante cuando se juegan muchas. Este es el "Juego del Prisionero, repetido".

En la naturaleza es muy común que se presenten este tipo de situaciones. Dos pájaros tienen el hábito de limpiarse uno al otro la cabeza con el pico, a fin de extraer los ácaros que se esconden bajo el plumaje. Al hacerlo, cada pájaro gasta tiempo y energía por el otro, pero el gasto se ve recompensado si el otro hace lo mismo con él. Si ambos pájaros se limpian mutuamente, ambos se ven recompensados. Contrariamente, si ninguno limpia al otro, los ácaros siguen allí; pero si uno limpia al otro y el segundo no devuelve el favor, entonces el primero se expone al contagio, gasta energía y alimentos y no recibe nada a cambio, mientras el segundo se ve recompensado por la limpieza sin gastar nada para conseguirla. Expuestas a decidir sobre esto una y otra vez, las aves están jugando al juego del prisionero, repetido.

Axelrod organizó una competencia; pidió a varios investigadores y amigos que le enviaran una estrategia para decidir cómo jugar cada mano. Reunió 15 estrategias en total (incluida la estrategia aleatoria, agregada por él) y simuló todas las partidas posibles en una computadora, todos contra todos incluyendo cada uno contra sí mismo, 225 partidas en total, simulando 200 manos en cada partida. El puntaje total de cada estrategia al final de las 15 partidas era la suma de los puntos obtenidos en cada una de ellas. Luego de simular todos contra todos, Axelrod investigó los resultados.

Las estrategias pueden ser muy simples o muy complejas. Alguien podría decidir cooperar siempre, o no cooperar nunca o hacerlo un 90% de las veces, o cooperar siempre excepto que el oponente deserte, en ese caso, desertar de allí en más todas las veces. Las estrategias pueden ser muchas pero este simple análisis ya permite hacer una clasificación. En los tres primeros casos, las estrategias no dependen de lo que haga el adversario; lo que debe hacerse cada vez será decidido sin atender lo que esté pasando allí afuera. Estas estrategias no necesitan información del entorno, no necesitan memoria. Si alguien quisiera, en cambio, vengarse para siempre de la deserción del adversario, debería guardar información de sus acciones pasadas. Cualquier estructura biológica puede jugar a las primeras estrategias; pero para poder jugar a la última, los genes necesitan primero construir una memoria. Según esto, las estrategias pueden ser memorísticas o no-memorísticas. La mayoría de los organismos detectan su entorno al activarse o desactivarse cierto tipo de proteínas. Naturalmente, para utilizar esta información como memoria dentro de una estrategia, se requieren estructuras biológicas más complejas. 

La estrategia que ganó la contienda de Axelrod fue una llamada "Toma y Daca" (Tit for Tat) y consistía simplemente en cooperar en la primera mano y repetir luego lo que el adversario había jugado en la anterior. Se trataba de una estrategia memorística, pero Axelrod halló otras formas de clasificar estrategias, más acorde con los resultados y sorprendentemente acorde con una evidente tendencia a la cooperación.

Una estrategia es amable si nunca es la primera en desertar; y es clemente si se venga de una deserción ajena, pero rápidamente lo olvida y vuelve a cooperar. De las 15 estrategias que participaron, 8 eran amables y 7 no lo eran. Pero las 8 amables fueron las 8 de mejor puntaje; además, entre la última estrategia amable y la primera no amable existía una importante diferencia de puntos. La estrategia ganadora, "Toma y Daca"  resultó ser memorística, amable y clemente. Aún más clemente que ella hubiera sido una "Toma y Daca II", igual a "Toma y Daca", pero permitiendo al adversario desertar dos veces antes de sancionar con una deserción. "Toma y Daca II" no participó en la contienda, pero de haberlo hecho, habría ganado.

Comenzaba a resultar evidente e inesperado que las estrategias amables y clementes eran las mejores en la competencia.

Axelrod informó a los participantes de los resultados y de sus conclusiones, y pidió nuevas estrategias para simular una contienda mayor. Esta vez recibió 62 propuestas a las que agregó su estrategia aleatoria, sumando 63. Algunos creyeron que las estrategias amables y clementes eran ciertamente las mejores y enviaron ese tipo de estrategias. Otros supusieron que la mayoría enviaría estrategias amables y mandaron propuestas sutilmente no amables, que se aprovechaban de ellas. Al cabo de la contienda, las estrategias amables volvieron a mostrar su buen desempeño. De las 15 mejores, 14 eran amables y de las 15 peores, solo una lo era.

Sin embargo, la segunda competencia de Axelrod permitió reconocer un fenómeno que hasta entonces no se había visto con claridad. La estrategia "Toma y Daca II" que habría ganado la primera contienda, si se hubiera presentado; no estuvo ni cerca de ganar en la segunda, donde sí se presentó. La diferencia era obvia: los adversarios. El desempeño de la misma estrategia puede variar según los adversarios en una competencia de todos contra todos.  Hasta entonces, las estrategias ganadoras solo habían mostrado su juego entre las 63 estrategias participantes, pero la cantidad de estrategias posibles resultaba considerablemente mayor ¿Habría ganado la misma estrategia si se hubiera realizado una contienda entre todas las estrategias posibles y no solo entre las propuestas? ¿Existía algún criterio objetivo para medir la adecuación de una estrategia con independencia del "clima" de estrategias circundantes?

Ese criterio objetivo no es más que la EEE  de la que hemos hablado recién: cuando la estrategia llega a todos los individuos de la población no puede ser invadida por ninguna otra estrategia mutante que pudiera aparecer. Y el criterio es objetivo porque no depende de la elección de estrategias entre los participantes. 

La estrategia "Toma y Daca" no es técnicamente estable porque puede ser invadida por otras indistinguibles de ella. Imaginemos que toda la población es "Toma y Daca", todas las partidas son amables, todos cooperan siempre y nadie deserta nunca. Si una mutación produjera una genética para la estrategia de cooperar siempre, no se distinguiría de "Toma y Daca" en la ejecución de su estrategia. Pero si otra mutación posterior produjera una estrategia que deserta siempre, entonces "Siempre Cooperar" se extinguiría y "Toma y Daca" no lo haría .

Es interesante la contienda entre "Toma y Daca" y "Siempre Desertar". Si pudieran superar cierta cantidad crítica, tanto "Toma y Daca" como "Siempre Desertar" se expandirían a toda la población. Es cuestión de ver entonces cuál de ellas puede superar esa cantidad crítica.  Parecería que solo el azar puede generar esta asimetría, pero hay una ventaja objetiva a favor de "Toma y Daca" que fue señalada por Richard Dawkins [3]. Si en una población dominada por "Siempre Desertar", una mutación produjera un "Toma y Daca", esta mutación no podría imponerse a "Siempre desertar" porque estaría en minoría, pero podría fundar una colonia donde sería localmente mayoritaria. Sucede que "Toma y Daca" funciona bien cuando se enfrenta a otro "Toma y Daca", porque ambos cooperan siempre y se llevan un premio de 3 puntos por mano, cosa que ocurre en la mayoría de los casos donde "Toma y Daca" conforma una acumulación local. De este modo "Toma y Daca crece localmente hasta superar la cantidad crítica general para vencer a "Siempre Desertar". Por el contrario, "Siempre Desertar" no puede crecer localmente porque no funciona bien contra sí misma, ambos oponentes desertan siempre y se llevan una multa de un punto por vuelta. Entonces "Siempre Desertar" no logrará superar la cantidad crítica porque no formará acumulaciones locales. 

En general, estrategias amables como "Toma y Daca" se impondrán a estrategias sucias como "Siempre Desertar". Además, "Toma y Daca" es memorística y "Siempre Desertar" no lo es.

Universalidad de la estrategia cooperativa

Cuando dos individuos se encuentran en la naturaleza y deben luchar por el mismo recurso, a veces juegan al juego del prisionero, donde la matemática dice que las estrategias más amables, clementes y memorísticas serán preferidas a sus opuestas, más sucias, menos clementes y no memorísticas. Pero las imposiciones matemáticas son universales. No se trata de algo que ocurre en nuestro mundo debido a cierta particularidad de nuestra evolución; ocurrirá siempre que se presente una contienda parecida al juego del prisionero, porque la matemática subyacente siempre será la misma.

Naturalmente, la lucha por los recursos también nos muestra enfrentamientos encarnizados donde puede incluso darse el canibalismo entre los participantes. No todos los problemas se pueden modelizar con el juego del prisionero. Si el castigo por cooperar ambos fuera mayor que el castigo por desertar ambos, no tendríamos un juego del prisionero; si las opciones que se le presentan al individuo no fueran dos (cooperar o desertar) sino tres, o cuatro, o diez (trepar al árbol, o correr por la superficie, o quedarme inmóvil, o atacar, etc.), entonces tampoco tendríamos un juego del prisionero.

Lo que nos importa es que cierta preferencia por las estrategias cooperativas está presente en la matemática subyacente a cierto tipo real de conflictos entre individuos que compiten por un recurso dentro de la naturaleza. Debemos esperar que la cooperación se presente con rigor matemático en toda contienda que se pueda modelizar por el juego del prisionero, independientemente de que el conflicto ocurra aquí o en una galaxia lejana.

 

7.   Altruismo de parentesco 

Los organismos vivos solo tienen dos alternativas: O bien nacen con las estrategias necesarias para sobrevivir, o bien alguien cuida de ellos mientras las aprenden. El altruismo de parentesco aparece en el segundo de los casos, descripto por Willam D, Hamilton en 1964 [4].

En general las aves y los mamíferos asisten a sus hijos luego de fecundarlos. Lo hacen de diferentes maneras y otorgan a sus crías un tiempo posterior al nacimiento, donde pueden aprender refinando habilidades útiles para la supervivencia, como la caza o el vuelo. Es importante comprender la relación entre ambas cosas. El vuelo no existiría sin el previo cuidado de los pichones porque los replicadores moleculares no pueden almacenar la información necesaria para que las aves nazcan sabiendo volar. Los insectos pueden hacerlo, pero las aves son muy pesadas. El aprendizaje es necesario y solo es posible si alguien cuida mientras tanto. Sin el cuidado de las crías, muchas habilidades no existirían. 

Si bien el cuidado no implica necesariamente riesgos para la supervivencia del cuidador, es muy frecuente encontrar comportamientos altruistas de los padres hacia los hijos. Nadie se sorprendería si una madre arriesga su vida para proteger a su pichón, pero esta actitud exige una explicación, porque la herencia de individuos que arriesgan su vida tarde o temprano desaparece del juego. ¿Por qué existe entonces el altruismo de los padres a los hijos? ¿Por qué razón un padre disminuye sus chances de sobrevivir para  aumentar las chances de su cría? 

El altruismo de parentesco es una respuesta a esta pregunta. Si un ave altruista puso tres huevos y tiene una buena chance de que sobrevivan dos pichones, esos pichones dejarán, en suma, más descendencia que la madre y por lo tanto, la característica altruista se continuará en ellos. Las madres cuidan a sus polluelos porque al hacerlo la característica deja más descendencia que si no los cuidaran. Y esto sigue siendo cierto aunque la madre comprometa su supervivencia. Si contemplamos a los individuos, vemos altruismo de la madre hacia los hijos. Si contemplamos la característica altruista, los tres organismos la poseen y es más fecunda que su ausencia. En el plano físico, la característica es un trozo de replicador molecular, y es la cosa que se replica o se extingue. El altruismo es solo aparente.

En resumen, el altruismo de parentesco existe porque la selección actúa sobre las características de los individuos y no sobre los individuos mismos, por eso es fecunda una característica que defiende el altruismo, aunque el altruismo sea menos fecundo para un individuo en particular, como la madre o el padre.

De nuevo es necesario notar que esta característica es universal. Cualquier sistema genético con transmisión de características que pueda construir redes neuronales preferirá características aprendidas luego de nacer. Esto es así porque las estrategias que se pueden enseñar son mejores y mucho más nutridas que las que atesora un complejo molecular replicante. El entorno siempre proveerá de más información que la que se puede atesorar en una molécula. Esto es así en la Tierra y en cualquier sitio adecuado para la vida.

 

8.   Conclusión 

En nuestro viaje hacia el altruismo, debemos reconocer que el sistema genético es capaz que construir estructuras cooperativas desde todo punto de vista y altruistas desde la perspectiva individual. 

La cooperación ya es posible en estructuras que puedan memorizar información del entorno, como por ejemplo, una bacteria. Las razones por las cuales ciertas estrategias tienden a ser cooperativas son matemáticas y por lo tanto, universales.

El altruismo de parentesco se presenta durante el cuidado de los padres a los hijos y por lo tanto requiere de comportamientos más refinados, que solo pueden montarse sobre redes neuronales. Pero una vez que existen los cerebros, existirá una presión selectiva hacia el cuidado de las crías porque las características que posibilita, como el vuelo, tienen un gran valor que supervivencia.

Los genes no son suficientes para construir el tipo de altruismo que necesita una especie tecnológica para superar la inestabilidad típica y perdurar, pero es importante saber que ya están edificando cierta forma de altruismo y que los mecanismos que fabrican ese altruismo son universales.

En la siguiente entr ada veremos que los genes pueden crear cultura y que la cultura sí puede construir un altruismo suficiente.

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[1] Maynard Smith, J; Price, G. (1973) The logic of animal conflict. Nature 246
[2] Axelrod, Robert. (1984) Evolución de la cooperación. Basic Books, Estados Unidos
[3] Dawkins, Richard. (2017) El gen egoísta extendido. Bruño, España

[4] William D. Hamilton. (1964) The Genetical Evolution of Social Behaviour. Journal of Theoretical Biology 7.

 

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5.2 El altruismo genético por Cristian J. Caravello se distribuye bajo una Licencia Creative Commons Atribución 4.0 Internacional.

5.1 Construyendo la fábrica de altruismo

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1. Cazando altruismo
2. Darwinismo universal
3. De las estructuras disipativas a los replicadores moleculares
4. De los replicadores a las células
5. De las células a las redes neuronales
6. Las redes neuronales
7. La mezcla química
8. Implulsos, estrategias, problemas y aprendizaje
9. Evolución de las redes neuronales
   Velocidad
   Inteligencia
   Consumo
   Amigabilidad
10. Dónde queda el altruismo
    

 

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1.   Cazando altruismo 

Nuestro objetivo es probar que el universo puede construir civilizaciones suficientemente altruistas para atravesar la inestabilidad típica y perdurar. En la entrada anterior determinamos que ese altruismo debe ser un parámetro constante al que llamamos $M$ y que representa el mínimo altruismo o impacto ajeno  necesario para que una civilización tecnológica pueda atravesar la inestabilidad con éxito. 

No sabemos si ese altruismo puede darse en cualquier civilización que imaginemos, si solo se dará en nuestra especie o si no se dará nunca; pero el caso condiciona drásticamente nuestra visión del universo. Queremos saber si se trata de un cosmos inteligente, creador de cosas capaces de viajar entre los mundos; o si solo es un universo muerto, donde los cuerpos medran movidos por la gravedad y la expansión y donde la vida jamás logra salir de su mundo para viajar por el espacio. Para saber cómo es el universo necesitamos ver si es posible que una especie alcance el altruismo necesario. 

El altruismo es el resultado de un proceso evolutivo largo y sinuoso, lleno de estructuras de complejidad creciente que se causan las unas a las otras. A continuación describiremos someramente ese proceso para ver qué estructuras se han sucedido y cuán generalizables pueden ser. Pero existe un mecanismo general que da origen a esa sucesión de estructuras y que es necesario revisar de antemano.

 

 2.   Darwinismo universal 

Aunque no lo parezca, nuestro universo tiene ciertos rasgos que son los que son porque sí no más. En general, están escondidos dentro de las leyes físicas ya sea por su forma matemática como por las constantes que contienen. Algunos cosmólogos estudian cómo sería el universo si las constantes fueran otras y se preguntan por qué razón son precisamente éstas. Ellos han notado que unas constantes apenas diferentes podrían determinar universos tan distintos que no habría inteligencia en ellos. El Principio Antrópico es un tipo de respuesta a estas curiosidades y aproximadamente afirma que existen todos los juegos de parámetros posibles y que, cuando una burbuja de ese todo produce inteligencia, entonces ésta se pregunta por el fino ajuste de los parámetros. 

Pero si bien podemos imaginar universos distintos, con mundos o sin mundos, con vida o sin vida, con inteligencia o sin ella, no podemos imaginar uno donde algo sea distinto de sí mismo, donde $x\neq x$. Las tautologías son afirmaciones que siempre son verdaderas, independientemente del universo que imaginemos; y generalmente no nos dicen nada acerca de la realidad; sólo son verdaderas por su forma lógica o matemática.

Si dijéramos que  "lo longevo es longevo y lo fugaz es fugaz", no diríamos nada sobre el universo; tendríamos una tautología. Pero si nuestra conciencia recorriera el tiempo frente a una mezcla de objetos de diferentes longevidades, veríamos que algunos “se extinguen” y otros “sobreviven”, como si estuviera funcionando un mecanismo de formación donde la naturaleza selecciona las cosas que sobreviven y descarta el resto. El darwinismo universal es este aparente mecanismo de formación por selección natural.. En rigor, solo funciona una tautología. 

Pero hay muchos costados que mirar. Imagine que tiramos en su patio un montón de semillas de distintas plantas. Algunas semillas son dulces, otras son amargas y otras son ciertamente indigeribles. Los pájaros devorarán algunas inmediatamente, otras, un poco después, y algunas no las comerán nunca. El "universo" habrá "generado" semillas resistentes a los pájaros como consecuencia de una "selección natural". En el fondo, sabemos que esta es una ilusión producida por transitar el tiempo. En cualquier universo donde exista el tiempo y donde haya un conjunto de objetos con longevidades diferentes, existirá selección natural cuando una conciencia lo recorra temporalmente. No se trata de un mecanismo de formación sino de una tautología física. Solo necesitamos que exista el tiempo. 

La selección que describe el darwinismo universal no solo se opera sobre los objetos; también se seleccionan sus características. Muchas semillas han caído en tu patio pero solo sobreviven las semillas incomibles. La selección opera sobre muchos objetos pero actúa sobre unas pocas características.

En general, las características de las estructuras condicionan su longevidad; luego actúa una selección sobre las longevidades y nosotros la interpretamos como una selección sobre las características. Ya hemos visto cómo esto podría funcionar: si muchas civilizaciones atraviesan un período crítico que condiciona su existencia antes de desarrollar la tecnología para saltar de un mundo a otro, es obvio que solo podrán viajar por el espacio las civilizaciones sobrevivientes. No hay ningún objetivo allí, solo una selección. Si además, todas las civilizaciones sobrevivientes tienen cierto grado de altruismo, entonces la selección actúa sobre la característica. 

El entorno dirige la selección decidiendo qué características elige cada vez. Y si el entorno cambia, la misma propiedad puede ser ahora seleccionada y luego descartada. En general, si los entornos cambian mucho, las propiedades elegidas cambian también produciendo variedad y creación, aunque ninguna forma elegida logre cristalizar. Cuando los entornos cambian poco, las características seleccionadas también cambian poco, pero se hacen más estables porque crece su longevidad. Si en lugar del almuerzo de los pájaros, estuvieras tú triturando las semillas amargas para preparar una infusión, las semillas dulces sobrevivirían y las amargas irían a la molienda. El entorno puede dirigir la selección. 

Existen procesos que se apoyan sobre el darwinismo universal pero lo exceden claramente. En nuestro ejemplo, las semillas incomibles germinan y los árboles hijos conservan esa característica; la amargura en las semillas sobrevive y se difunde. En general, si al darwinismo universal le sumamos la replicación de las estructuras seleccionadas y la transmisión hereditaria de sus características, tenemos evolución genética, tal como Darwin la describió.

Cuando hablamos de darwinismo universal, sólo nos referimos a la evolución por selección natural. La evolución genética incluye a la selección natural, pero los elementos seleccionados se replican luego y sus características se transmiten a los elementos replicados.

Si bien es algo muy obvio, hay que remarcar que el darwinismo universal es universal; no depende de fenómenos locales; puede darse aquí, en la Tierra o en un mundo distante girando en torno a una estrella ignota, en una galaxia lejana.

El darwinismo universal permite explicar el origen de una sucesión de estructuras de complejidad creciente. En la Tierra, algunas acabaron generando altruismo fraternal. Si estamos buscando procesos que generen  altruismo en el universo, necesitamos contar algo de esta historia y comprobar su naturaleza universal.

 

3.   De las estructuras disipativas a los replicadores moleculares 

Coloquemos un jarro de agua sobre la hornalla de la cocina. Imaginemos que la hornalla es una placa caliente donde la temperatura  se transmite de manera homogénea. Entonces todo un fenómeno se opera dentro del jarro. Las moléculas de agua cercanas al fondo se calientan primero, pierden peso y tienden a subir; pero sobre ellas hay una montaña de moléculas frías y pesadas “intentando” bajar, de modo que habrá un conflicto de intereses dentro del jarro. La temperatura sigue subiendo hasta que la superficie de choque se rompe y el agua se pone en movimiento. Millones de moléculas calientes suben y se enfrían y millones de moléculas frías se hunden y se calientan. Si pudiéramos mirar el movimiento del agua, al observar la superficie del jarro veríamos celdillas, como en un panal; en el interior de las celdillas, el agua caliente sube; en el borde, el agua fría baja; tubos ascendentes de agua caliente y contornos descendentes de agua más fría.

Después de cierta temperatura crítica, el movimiento del agua se organiza dentro del jarro. Para disipar energía, la organización es más eficiente que el caos. Las estructuras organizadas para disipar son, precisamente, las estructuras disipativas estudiadas por primera vez por Ilya Prigoggin [1]. Y la organización resultante a veces es sorprendente.

El universo está plagado de estructuras disipativas. La energía se genera en las estrellas y se irradia desde allí impactando en planetas, satélites, cometas, asteroides y polvo interestelar. En general, la energía estelar se disipa generando grandes movimientos macroscópicos. En la Tierra, por ejemplo, el aire forma celdas para transmitir la temperatura desde el ecuador hacia los polos y los océanos generan corrientes de agua con el mismo propósito. El íntegro clima está hecho de estructuras disipativas, mega movimientos organizados para disipar la energía del Sol. 

Todo cambia en el cosmos; los días y las noches se prodigan, los años se suceden, las temperaturas suben y bajan y las estructuras disipativas se multiplican en número y forma. A nivel molecular, una energía fluctuante se disipa de manera refinada, produciendo movimientos moleculares que de a poco van dejando de ser caóticos.

Las moléculas son pequeños imanes, con un polo norte y un polo sur, y a veces se pegan unas con otras, como los imanes. Es común que algunas moléculas formen largas cadenas; y que sobre éstas se adhieran otras moléculas menores como basura que se pega sobre un hilo largo. Cuando la temperatura sube, las cadenas se agitan con más fuerza y pueden expulsar estas adherencias como lo haría un perro mojado cuando se agita para expulsar el agua. Cuando la temperatura baja, disminuye el nivel de agitación de las cadenas y las moléculas menores se vuelven a pegar.

El  ascenso y descenso de temperatura funciona durante millones de años. Las cadenas se agitan y se calman y las adherencias se pegan y se despegan una y otra vez. El darwinismo universal funciona seleccionando los esquemas disipativos más longevos; los ritmos más adecuados de calmas y ajetreos. Con el tiempo aparece un mecanismo de construcción de adherencias; las basuritas se montan sobre las cadenas y luego se liberan cuando la cadena se agita. Podemos imaginar largas cadenas rodeadas por un entorno químico lleno de antiguas adherencias. 

Pero todo cambia en unos millones de años. Choca un asteroide y el clima cambia; cambia la química y la física, cambian los mundos cuando se enfrían, cambian las estrellas cuando se apagan, o cuando se encienden, o cuando fluctúan. Y conforme cambia el ambiente, cambia la selección y cambian las estructuras disipativas preferidas por el entorno.

Después de mucho tiempo, los complejos moleculares “aprenden” a inducir la formación de otros complejos parecidos; y éstos inducen a otros, y luego otros. La selección natural siempre elige los más longevos, pero pronto son mayoría los que mejores copias inducen, y los que inducen más copias. La evolución prefiere las copias más longevas, más fieles al original y más fecundas. Estos raros complejos moleculares que hacen copias de sí mismos pronto son la mayoría; monopolizan la química de los mundos y se transforman en los nuevos preferidos de la evolución. Llamamos replicadores moleculares a las cadenas que protagonizan el proceso. Junto a los replicadores nace la vida en algunos mundos adecuados.

Cuando aparecen los replicadores, la evolución da un salto. Ya no se trata del simple darwinismo universal, donde unas estructuras de longevidad variable resultan positivamente seleccionadas por el entorno. Ahora las estructuras más longevas hacen copias luego de la selección. Y los objetos copiados replican las características que hicieron longevos a sus antecesores. El éxito de un replicador ya no está dado por su longevidad sino por su capacidad de hacer copias. Los replicadores más exitosos son los que dejan más descendencia.

En la Tierra el proceso produjo replicadores entre 500 y 1.000 millones de años después de su formación. Es suficiente tiempo para que las estructuras disipativas moleculares refinen sus movimientos y aprendan a replicarse, pero no es tanto tiempo a nivel evolutivo porque la Tierra tiene 4500 millones de años. 

Los procesos que originaron la replicación son típicos en el universo y el fenómeno va más allá de la Tierra. Son comunes las estrellas radiando energía, el vaivén de temperaturas en la superficie de los mundos, el entorno variable y las estructuras disipativas. Según nuestra simple cuenta, la vida es un fenómeno común, hijo de la temperatura, de la química, de la fluctuación y de un largo largo tiempo.

 

4.   De los replicadores a las células

Para que un complejo molecular induzca el montaje de otro, es necesario que muchas moléculas menores entren y salgan del proceso. Esto ocurre con el ADN, nuestro replicador molecular, donde pueden verse algunas enzimas participando de la replicación y luego saliendo de allí [video] 

El ADN es una versión avanzada de lo que en sus orígenes fue un tibio proceso químico inducido por un replicador endeble que organizaba sus latidos para disipar energía luego de un largo proceso de selección. Imaginemos allí a nuestro replicador expuesto a las inclemencias del entorno, donde cualquier corriente de agua podría llevarse la moléculas necesarias, donde cualquier otro replicador podría utilizarlas para hacer sus propias copias y donde otros procesos químicos podrían atraerlas como imanes, robándolas para siempre. Cualquier complejo que haya generado moléculas capaces de enredarse entre sí a cierta distancia, formando una suerte de membrana que aislaba el entorno químico del replicador, habría fabricado más copias que el resto. Y si las copias resultaban lo suficientemente buenas para incluir también moléculas de la membrana, entonces la idea lograba difundirse en el caldo original.

Las membranas habrían sido exitosas en todo el universo porque aíslan al entorno químico necesario para la replicación. En nuestro mundo, el entorno químico atrapado es producido por el propio replicador y está hecho de cadenitas moleculares llamadas proteínas. Con el tiempo, los replicadores libres dejaron de existir por falta de ladrillos para su construcción y todos los replicadores existentes se rodearon de una membrana. La célula acababa de nacer, y la selección natural, que comenzó mejorando la frecuencia de los replicadores, ahora actuaba sobre células. Las membranas mejoraron, cambiaron, se adecuaron; el entorno químico de la célula se estructuró y se organizó por selección natural transformándose en una fina maquinaria molecular.

En nuestro mundo, la etapa de evolución celular ocupa la mayoría del tiempo biológico terrestre. Surgieron muchas células distintas y se optimizaron adaptándose a biomas y funciones diferentes. Pero esta etapa evolutiva celular no tiene nada de particular y puede operarse en muchos sitios del universo.

La célula es el primer individuo, el primer objeto físico aislado,  gobernado por un replicador. Desde entonces tiene sentido hablar de estrategias y comportamientos individuales. Como el altruismo es un tipo de comportamiento, la célula es el primer objeto físico donde podría tener sentido hablar de él. Pero la célula no es el fin sino el principio. 

 

5.   De las células a las redes neuronales

Algunas células se hacen exitosas utilizando la energía proveniente de su entorno natural y otras aprenden a digerir a las anteriores y quedarse con su energía y sus nutrientes. Las primeras se hacen especialistas en capturar radiación solar y transformarla en energía química; de su linaje provienen los vegetales. Las segundas aprenden a moverse para atrapar y metabolizar a las primeras; sus descendientes serán los animales.

Tiempo después los replicadores aprenden a fabricar individuos que presentan dos capacidades nuevas: la agregación y la diferenciación celular. Ambos atributos resultan exitosos y evolucionan entre los vegetales y los animales.

Cuando las células se agregan, sus descendientes permanecen unidos formando colonias. Estos agregados tienen una serie de ventajas. Al pegarse unas con otras, las células reducen el entorno al que están expuestas; logran almacenar más reservas de energía y nutrientes para campear épocas de escasez; su entorno se hace más estable y en consecuencia la selección natural puede construir estructuras que utilizan varias células en su arquitectura. Esto último es importante porque una capa protectora puede asegurar la supervivencia de las células interiores. Pero además, la complejización de la arquitectura fuerza la aparición de la diferenciación celular. Ahora, un mismo replicador es capaz de inducir la formación de un conjunto de células distintas.

En nuestro mundo, todas las células de un mismo organismo tienen el mismo replicador pero se diferencian en las proteínas que pueden sintetizar. En nuestro cuerpo, por ejemplo, las células de la sangre, de los huesos o de la piel son diferentes porque tienen distintas proteínas, pero todas tienen el mismo replicador. A los conglomerados de células iguales entre sí los llamamos tejidos . Tenemos entonces un tejido para la sangre, otro para los huesos y otro para a piel.

Debemos esperar que la agregación y la diferenciación celular sean comunes en el universo,  porque las ventajas de ambas capacidades no dependen de las particularidades de un mundo sino de las leyes físicas que determinan la evolución.

Cuando la agregación y la diferenciación celular actúan sobre organismos unicelulares animados, se construye una capacidad de movimiento formada por muchas células. Esto es lo que ha ocurrido en nuestro mundo, aunque no hay acuerdo acerca del modo como sucedió. Las células especializadas para el movimiento forman el tejido muscular. Los músculos se contraen frente a impulsos eléctricos y esta contracción es la que produce el movimiento. En general, un musculo no alcanza para producir un movimiento complejo. Para caminar, por ejemplo, un organismo necesita prender y apagar un gran conjunto de músculos; si además desea correr, girar, frenar y saltar, los mismos músculos deben activarse en distinto grado y de diferente manera. Es necesario administrar el encendido y apagado de músculos. Pero como estas activaciones son eléctricas, lo que necesitamos son células capaces de activarse o desactivarse eléctricamente.

En nuestro mundo, las células que activan y desactivan  músculos son las neuronas, pero en todo sitio donde el universo genere movimiento multicelular, será necesario conmutar los encendidos y apagados musculares. En todos los casos llamaremos neuronas a estas células especiales.

Una neurona es una célula asimétrica. Necesita leer el entorno y activarse en consecuencia. Para escapar de un predador y esconderse bajo una piedra, un pez necesita detectar al predador, reconocer la piedra y activar los músculos necesarios para esconderse bajo ella. Más aún, necesita haber aprendido que la estrategia de esconderse suele funcionar. Todo esto es mucho más fácil de decir que de hacer. Para detectar al predador y la piedra, el organismo necesita recabar información del entorno, y esta gesta siempre es química. 

El replicador construye moléculas sensoriales que reaccionan frente a ciertas características del entorno. Podemos imaginar que estas moléculas son como bollitos de imanes pegados que se abren y se cierran ante la presencia de otras moléculas o de radiación. Existen muchos fenómenos que pueden dejar una huella química de su presencia y los replicadores son especialistas en construir moléculas que les acerquen esa información. La información es más o menos estable según estas moléculas puedan permanecer activas más o menos tiempo.

Las neuronas son células que atrapan información química y eventualmente la transforman en un impulso eléctrico. Una neurona contiene muchas terminales desde las cuales recibe información química. Estas terminales se llaman dendritas. Luego, y en función de la información recibida, se activa un impulso eléctrico que sale de la neurona por el axón y que puede conectarse con otras células a través de los terminales axónicos. Las neuronas interconectadas nunca se tocan; los impulsos eléctricos se transmiten primero a un entorno químico y estas moléculas lo transmiten luego a otras células. Esa conexión a través de un medio químico se llama sinapsis y las moléculas que transmiten la señal se llaman neurotransmisores.

Una neurona no alcanza para reconocer la situación del entorno y mucho menos para activar un músculo en consecuencia. Generalmente son necesarias muchas neuronas conectadas entre sí y con los músculos para producir un movimiento condicionado a una situación. Si además hay una estrategia, como en el ejemplo del pez que busca esconderse bajo una piedra, la entrada de información debe alimentar una red de neuronas interconectadas de las cuales emerja una salida eléctrica que determine el movimiento.

Para que un animal condicione sus movimientos a cierta situación del entorno, es necesario que las neuronas actúan interconectadas; este conjunto interconectado se llama red neuronal, pero las funcionalidades de una red neuronal son muchas más que lograr un simple movimiento muscular adaptado a un entorno.

En todos los sistemas biológicos donde evolucionen animales pluricelulares, existirán redes neuronales coordinando el movimiento de sus músculos. Las redes neuronales son universales.

 

6.   Las redes neuronales

Una red artificial, formada por neuronas artificiales interconectados de cierta manera, haciendo ciertas cuentas y activándose de cierta forma antes de impactar en el nodo siguiente, terminó siendo un exitoso modo de crear inteligencia artificial. Hoy es común crear inteligencia artificial utilizando redes neuronales.

Si bien una red neuronal biológica es muy diferente de una red artificial, en ambos casos se genera inteligencia como un fenómeno emergente de un conjunto de unidades conectadas en red. Esto es importante. Una neurona no es inteligente. La inteligencia es una propiedad de la red, y aparece cuando muchas neuronas están interconectadas.  Tanto en las redes naturales como en las artificiales se distingue una fase de aprendizaje a partir de los datos y un criterio para reconocer las salidas adecuadas. En el laboratorio, el criterio lo establece el investigador; en la naturaleza, lo establece la selección natural. 

Una red neuronal biológica es una cosa suficientemente compleja para presentar comportamientos inteligentes. Las redes neuronales son consecuencia de una continua  selección natural actuando sobre los replicadores moleculares. La selección se efectúa sobre los replicadores porque ellos son los depositarios de la información que pasa de una generación a la siguiente. Nosotros tenemos inteligencia porque nuestro ADN fabrica inteligencia desde hace mucho tiempo; no se trata de una característica que hemos aprendido de chiquitos sino de una consecuencia de nuestro ADN.

Los replicadores sólo pueden almacenar la información que pasa de una generación a la siguiente; pero esto, que les da su poder durante la selección, también es una limitación. Conforme aumenta la longevidad de los organismos, la información de lo que ocurre alrededor se vuelve más importante. Es necesario conocer lo que cambia de un momento a otro, como el caudal de un río o la frondosidad del dosel y sobre lo que ninguna selección puede actuar. Es vital entonces que los replicadores construyan estructuras para procesar esta información cambiante. Esas estructuras son las redes neuronales biológicas.

Cuando nacen las redes neuronales, los sistemas biológicos construyen unas cosas capaces de almacenar información que no está en los replicadores y que no pasará a la generación siguiente. Algunas moléculas ya tienen la capacidad de almacenar información durante un breve tiempo, de activarse o desactivarse según las características presentes a su alrededor; pero la memoria molecular es breve. Para que un individuo recuerde a otro  durante toda su vida, no alcanza la memoria celular. Las redes neuronales, en cambio, construyen estructuras que pueden almacenar información durante lapsos considerablemente  mayores. Para recordar la ubicación de un nido, un ave no puede recurrir a los replicadores porque no tienen cómo guardar esa información, ni a las moléculas sintetizadas porque solo se activan unos segundos. Es necesario que el ave posea una red neuronal.

Resumiendo, cuando las redes neuronales aparecen en un sistema biológico, este puede hacer dos cosas que antes no podía hacer: almacenar información durante un largo tiempo y procesarla de manera inteligente. Se mejora la memoria y aparece la inteligencia.

Las redes neuronales están determinadas en todos los sistemas biológicos que producen animales porque sus ventajas son universales. A igualdad de los demás factores, la selección siempre preferirá a las estructuras que logren memorizar más información y presentar un comportamiento inteligente.

 

7.   La mezcla química

La agregación y la diferenciación celular han permitido la existencia de organismos enormes, formados por millones y millones de células pegoteadas unas con las otras. Nuestro cuerpo tiene unos 37 billones de células ($3,7\cdot{10^{13}}$); sin contar a los organismos que viven dentro de nosotros. Si una red neuronal tuviera que mover a uno de estos mazacotes de aquí para allá en función de lo que ocurre a su alrededor, no alcanzaría que unas moléculas atrapen información del entorno; sería necesario, además, que las moléculas activadas  con el dato recorrieran al organismo hasta llegar a la red neuronal que tomará la decisión. Para hacerlo, el mensaje químico se monta sobre las neuronas y se transmite hasta la red como un impulso eléctrico  a través del axón.

Pero existe mucha información vital que no proviene del entorno y que sin embargo debe estar disponible. Imaginemos que de pronto tenemos sed. Para resolver el problema, abrimos la canilla de la cocina, llenamos un vaso con agua y la bebemos. Pero para que esta simple gesta sea posible, es necesario que muchas cosas distintas ocurran ordenadamente. Primero, las moléculas de agua comenzarán a escasear dentro de las células; luego esa escasez se traducirá químicamente activando o desactivando moléculas que saldrán de la célula. Un sistema de transporte las llevará así afectadas hasta las neuronas donde una red transformará esta información química en impulsos eléctricos leyendo el propio estado como sed. Luego entraran en juego diferentes estrategias para resolver el problema, una de las cuales puede ser abrir la canilla de la cocina. Observemos que en ningún momento ha ingresado información del exterior.

El hambre, la sed, o el impulso reproductor son mecanismos que se operan registrando parcial o totalmente información del propio individuo. El impulso de reproducción, por ejemplo, solo se opera si un reloj interno indica que el individuo ya alcanzó la madurez sexual. La mezcla química transmite información sobre el estado propio, desde los sitios de generación hasta la red neuronal y ésta transforma la información química en impulsos eléctricos produciendo una salida coordinada que ya no es química sino eléctrica, como la sed de nuestro ejemplo, y que puede funcionar como entrada de una estrategia que buscará una salida concreta, tomar agua.

Cualquier sistema evolutivo que genere grandes metazoarios construirá un sistema circulatorio capaz de llevar información química del propio estado a las redes  neuronales. No se trata de una arquitectura local sino de un fenómeno universal. A igualdad de los demás factores, la selección natural siempre aprovechará estas ventajas.

8.   Impulsos, estrategias, problemas y aprendizaje

En nuestro ejemplo, la sed es un impulso, tomar agua es el deseo y abrir la canilla de la cocina para llenar un vaso es la estrategia para saciar ese deseo. Si tenemos el impulso y el deseo pero no se ha construido una estrategia, la situación problematiza al individuo; tenemos sed, deseamos tomar agua, pero no sabemos cómo. Las estrategias se generan intentando remontar situaciones problemáticas. Si el individuo logra construir una estrategia para saciar el deseo, se ha operado un aprendizaje. Es importante notar que las estrategias son elementos permanentes del pensamiento. Lo que aprende la red no se pierde al minuto siguiente, queda grabado en la red mientras la estrategia funcione.

La evolución prefiere a los replicadores que construyen redes neuronales cada vez más adaptadas para resolver situaciones problemáticas, más capacitadas para saciar deseos vitales, como la sed, el hambre o la reproducción. Los replicadores menos capacitados dejan menor descendencia y a largo plazo desaparecen. Este mecanismo es universal y ocurrirá siempre que tengamos un sistema genético funcionando. La presión hacia estrategias cada vez mejores es universal.

9.   Evolución en las redes neuronales

Hay muchas características que dirigen la selección natural de las redes neuronales, pero queremos mencionar cuatro:

• Velocidad 
• Inteligencia
  
• Consumo
• Amigabilidad

Veamos qué significa cada una.

Velocidad

Para funcionar es necesario que una red transmita información, pero tal como hemos visto, esa transmisión es un tanto tortuosa. Una neurona lee la información almacenada en el estado de activación de las moléculas que están alrededor de sus dendritas y eventualmente la traduce en información eléctrica; estos impulsos viajan por el axón y nuevamente inducen señales químicas enviando ciertas moléculas a su entorno; finalmente, esa información química impacta en las dendritas de una segunda neurona, transmitiendo la información anhelada. Sería mucho más rápido conectar directamente una neurona con la otra, pero esto no ocurre. La información debe bajar al lenguaje químico cada vez en un proceso que se conoce como sinapsis

Cuando muchas neuronas se conectan en cadena, unas con otras, la red se vuelve lenta. Las redes poco profundas son más veloces que las más profundas. Cuando la selección natural prefiere redes más veloces, está prefiriendo redes poco profundas.

Inteligencia

Una red presenta un comportamiento inteligente cuando existe una adecuada relación entre las entradas y las salidas. Sería bueno para un zorro contar con una red neuronal que identifique nidos con pichones; los pichones son una buena dosis de nutrientes. Pero los padres del pichón podrían estar cerca, de modo que es mejor aquella red que no solo identifica al pichón sino que detecta también la cercanía de los padres y monta una estrategia para lidiar también con ellos. Los padres podrían estar desatentos cazando langostas o atentos, cuidando el nido.

Conforme un organismo se va adaptando para resolver estos problemas, su cerebro se vuelve más inteligente. La escena es la misma, pero su procesamiento mejora. La inteligencia es la capacidad de dar una respuesta cada vez más refinada ante la misma situación. La selección natural prefiere redes cada vez más inteligentes.

Consumo

El cerebro humano consume el 20% de la energía que utiliza nuestro cuerpo y sin embargo sólo ocupa el 2% de la masa corporal. Resulta claro que los cerebros son un órgano de alto consumo pero aún no sabemos por qué razón consumen tanto. Por eso ignoramos también el significado funcional de seleccionar cerebros de bajo consumo. Es evidente que para alimentar a un cerebro grande son necesarios más oxígeno y más nutrientes, y que por lo tanto, un organismo con un gran cerebro debe ser capaz de alimentarlo. La naturaleza prueba, además, que para algunas especies esto ha sido negocio. Pero de algo estamos seguros: a igualdad de todos los demás factores, la selección natural prefiere una red neuronal de bajo consumo, porque siempre es preferible hacer lo mismo utilizando menos.

Amigabilidad

Una red es amigable si aprende rápido, y tanto más amigable cuanto más rápido aprende. Un caballo recién nacido aprende a caminar en unas horas; el ser humano puede tardar un año. La red neuronal que permite que un caballo se levante sobre sus cuatro patas es más amigable que aquella que nos permite caminar a nosotros. 

Si las habilidades que debe adquirir el individuo condicionan su supervivencia, aquéllos que las aprendan más rápido tendrán más chances de dejar descendencia. Las redes neuronales son los órganos que los individuos utilizan para adquirir estas habilidades, de modo que las redes que más rápido aprenden son preferidas por la selección natural. Lo ideal sería que los individuos nazcan con todas las habilidades ya formadas, pero esto no ocurre porque requeriría más información de la que pueden almacenar los replicadores. Por eso existe el aprendizaje. Por ahora reconozcamos que la selección favorece los aprendizajes rápidos.

En general, la naturaleza debería preferir redes neuronales más veloces, más inteligentes, que consuman menos y aprendan más rápido; pero la realidad a veces conspira contra esto. Las redes más inteligentes tienden a ser más lentas y a consumir más, de modo que la selección tiene allí un conflicto de intereses. Lo mismo ocurre con el aprendizaje. Se puede aprender rápido o se puede aprender mucho, pero es difícil hacer ambas cosas. ¿Qué tendencia dejará más descendencia?

Las estrategias más inteligentes necesitan más neuronas interconectadas, más tiempo y más energía. Si un individuo debe escapar de un predador, le será más útil hacerlo rápido que mejorar fabulosas estrategias lentas; y mejor aún si logra hacerlo con un bajo consumo de nutrientes. La velocidad es preferida frente a la inteligencia y el alto consumo. Lo mismo ocurre con la velocidad de aprendizaje. Las tortugas marinas deben nacer sabiendo caminar rápido porque los huevos se rompen en la costa, la seguridad está dentro del mar  y la playa está plagada de predadores. Los cocodrilos neonatos deben escapar de su propia madre, para lo cual deben desplegar muchas habilidades inmediatamente después de romper el cascarón. Si nadie cuida de ti, debes arreglarte solo, y para eso es mejor saber unas cuantas cosas simples que se aprenden rápido o siquiera necesitan aprenderse. Pero las capacidades innatas tienen un problema: requieren mucha información. Tenemos que decirle a la tortuga cómo se debe caminar antes de que tenga tiempo de ensayar, entonces todo debe estar escrito de antemano, y lo único que tenemos para almacenar información es el replicador molecular. La selección natural tarda mucho en construir habilidades congénitas complejas. Para que los individuos nazcan con estas habilidades ya desarrolladas, es necesario almacenar mucha información en el replicador; y esto es un todo un límite.

¿Preferirá la selección natural redes más veloces, que no necesitan aprender luego de nacer y que menos consuman, o preferirá redes más aptas, que sean capaces de aprender el entorno y adaptarse a él con inteligencia creciente? La respuesta es clara: la selección natural preferirá redes veloces y acabadas desde el minuto cero. Solo luego que estas preferencias se satisfagan con creces la evolución estará lista para construir estructuras más complejas.

El conjunto de redes construidas para responder frente a estímulos propios y del entorno de una manera pragmática y veloz, acabarán construyendo el sistema límbico; pero esta construcción debe entenderse como resultado de una evolución paulatina y prolongada donde, en general, la velocidad se prefirió frente a la aptitud.

Cada vez que el universo construya un sistema biológico con redes neuronales, sucederá que las redes veloces y acabadas dejarán más descendencia que las redes inteligentes. La selección siempre actúa de la misma manera, prefiriendo las mismas cosas antes que las mismas otras cosas. Con independencia del sitio del que hablemos, las redes veloces dejan más descendencia que las inteligentes. Se trata de una preferencia universal.

 

10.   Dónde queda el altruismo

Un comportamiento es altruista si aumenta el bienestar de otros individuos aún en desmedro del propio bienestar. En nuestro mundo existen muchos comportamientos altruistas, y es necesario explicar por qué existe cada uno de ellos,  por qué han dejado más descendencia que sus alternativas menos altruistas.

Para aumentar el beneficio ajeno es necesario ante todo reconocer el entorno de una manera suficientemente refinada.  Los individuos capaces de presentar altruismo deben poseer redes inteligentes. La selección sobre la velocidad de reacción o sobre la velocidad de aprendizaje no proporciona redes suficientemente inteligentes para presentar comportamientos altruistas porque no son capaces de detectar  adecuadamente el entorno.

Es necesario pensar en la evolución de las redes neuronales como un fenómeno ocurrido en dos tiempos: una evolución hacia redes capaces de procesar información simple, en forma rápida y funcionalmente preparado desde antes de nacer para actuar inmediatamente después; y una evolución subsiguiente, solo posibilitada por el éxito de la primera, capaz de edificar redes más aptas, más inteligentes y capaces de efectuar una evaluación más refinada de los hechos. 

El sistema físico muestra evidencias de que esto ha sido exactamente así, y no necesitamos ir muy lejos. Imagine que usted cruza la calle mirando su celular; entonces un vehículo a diez metros toca un bocinazo. Usted pega un salto hacia atrás y cae aturdido pero a salvo sobre la vereda. El sistema límbico tomó el mando, inyectó adrenalina en su torrente sanguíneo, accionó sus piernas automáticamente y usted saltó hacia atrás sin capacidad de razonar nada. Al caer se golpeó contra unos autos, se raspó la rodilla y se agujereó el pantalón; pero su sistema límbico le salvó la vida. Ahora imaginemos una variante: Usted cruza la calle igualmente desatento y nuevamente un vehículo cercano ejecuta un bocinazo. Pero ahora el auto está más lejos y usted tiene más tiempo. Entonces ocurren cosas raras. El sistema límbico toma el control e inyecta adrenalina en su sangre, pero inmediatamente una red más nueva descubre que tiene tiempo suficiente para anteponer una estrategia mejor que el salto acrobático y los golpes de la caída; usted sale al trote y aterriza en la otra vereda con un susto, pero a salvo.

Para que todo esto pueda ocurrir, la información viaja por el cerebro de un lado a otro, casi ilógicamente. La visión del auto viaja a la vez al sistema límbico y a la nueva corteza cerebral.  Si el sistema límbico considera que la situación es urgente, actúa inmediatamente; de lo contrario existe tiempo para que una estrategia más refinada llegue desde la nueva red al sistema límbico y lo inhiba anteponiendo su solución. El viaje de la información revela que el sistema límbico es anterior a la nueva corteza y que sigue teniendo el control primario de la situación, pese a que un sistema lo inhibe casi permanentemente.

En resumen, un sistema biológico puede construir organismos capaces de efectuar una lectura del entorno suficientemente inteligente para presentar comportamientos altruistas. Sabemos que existe la fábrica de altruismo y sabemos que existe el altruismo, pero ignoramos el modo cómo lo ha fabricado.

En la siguiente entrada veremos cómo el sistema biológico ha construido cierto altruismo en nuestro mundo y de qué modo generalizarlo al resto del universo. 

 

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[1] https://es.wikipedia.org/wiki/Ilya_Prigogine 

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5.1 Construyendo la fábrica de altruismo por Cristian J. Caravello se distribuye bajo una Licencia Creative Commons Atribución 4.0 Internacional.