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la Dra. Rita Rossi Colwell se convirtió en la onceava Directora de la Fundación Nacional de Cie...

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Biocomplejidad: La Nueva Frontera de la Biociencia

Rita Rossi Colwell

Una entrevista original de ActionBioscience.org

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puntos principales de la entrevista

La ciencia de la biocomplejidad busca:

  • Proveer la comprensión de los sistemas complejos, tales como los sistemas ambientales y biológicos
  • Integrar los datos sobre estos sistemas provenientes de varias disciplinas, por ejemplo, la física, la química y la biología
  • Monitorear las interrelaciones entre los sistemas del planeta a lo largo de niveles múltiples en el tiempo y en el espacio

Mayo 2004

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La Red Nacional de Observatarios Ecológicos (NEON, por sus siglas en inglés) se enfoca en la biocomplejidad de varios sistemas acuáticos y terrestres.

Dra. Colwell, usted promueve la dirección “de la biodiversidad a la biocomplejidad.” ¿En qué se parecen y se diferencian estos conceptos?

La biocomplejidad es un acercamiento cuantitativo e íntegro de cómo funciona el sistema planetario.

Colwell: La biocomplejidad toma en cuenta todas las biociencias, desde la molecular hasta la organísmica, desde la comunidad hasta el nivel global, es decir, una comprensión planetaria de como funciona el sistema completo. Hemos venido de 50 años de reduccionismo, donde nos hemos concentrado en componentes más y más pequeños, desarmando a las cosas para ver como funcionan. Ahora hemos llegado a un punto donde necesitamos ensamblar de nuevo toda esta información para así poder entender cómo funciona el sistema completo. Yo pienso que esta es la ciencia del Siglo 21, la complejidad del sistema viviente y del mundo no viviente y cómo funciona para sostenernos en este planeta.

¿Por qué es este un buen momento para la investigación en la biocomplejidad?

La información tecnológica incrementa la recolección de data de biocomplejidad.

Colwell: La biocomplejidad se ve facilitada por los tremendos avances en la tecnología de la información, tales como las computadoras u ordenadores, lo cual ha ocurrido en la historia reciente. Ahora podemos almacenar enormes cantidades de datos. Podemos consolidar bases de datos que son muy diferentes, como por ejemplo, datos de científicos que estudian los patrones del clima, la ecología de los pastizales del Oeste norteamericano, y de aquellos que estudian los sistemas en ambientes marinos. Podemos tomar esas bases de datos, unirlas y hacer búsquedas en ellas. Hace 25 o 30 años no podíamos hacer esto, de manera que esta es una de las grandes ventajas hoy en día.

Estudiar las secuencias de ADN de diversos organismos ayudará a responder preguntas acerca de la recuperación.

Otra gran ventaja es que ahora podemos enlazar lo que hemos aprendido sobre a estructura del ADN con las secuencias del ADN que forman a los genomas de las especies vivientes de la Tierra. Podemos ver como estos interactúan y responder así a muchas preguntas muy importantes, tales como: ¿Son los sistemas con mayor diversidad más capaces de recuperarse? ¿Cómo podríamos responder a esta pregunta? Ahora podemos hacer experimentos en gran escala, produciendo grandes cantidades de datos y llegar a algunas conclusiones. Esto lo podemos hacer particularmente porque podemos crear modelos con los datos y hacer pruebas en los sistemas modelo y llegar al tipo de estructura o de análisis de sistema que dice: Sí, una comunidad más diversa es más fuerte y capaz de recuperarse. De esta manera podemos responder a preguntas que no podíamos responder antes.

La biocomplejidad requiere integrar data de varias disciplinas.

La biocomplejidad requiere la integración de la información que henos recolectado sobre la estructura atómica, las moléculas, las interacciones de moléculas grandes como el ADN y las proteínas y la estructura de los organismos. Por ejemplo, el Instituto Nacional de Salud (NIH, en sus siglas en inglés) ha iniciado un programa sobre la biocomplejidad del cuerpo humano. Cuando uno es capaz de ensamblar la información a una escala global, esto nos permite comprender como nuestro planeta azul, la Tierra, funciona.

La integración de tantas disciplinas tan diversas para lograr una meta común parece ser un reto muy grande.

El reto es facilitar la comunicación entre las disciplinas.

Colwell: El mayor reto es el lograr que los científicos de las diferentes disciplinas se comuniquen entre si. Resulta ser que hasta la terminología que se utiliza en, por ejemplo, oceanografía, puede tener significados muy diferentes para alguien trabajando en ingeniería de sistemas. Lo ideal sería tener un lenguaje común, como un Esperanto. Incidentalmente, para la ciencia, este lenguaje es las matemáticas, el lenguaje común para toda la ingeniería y la ciencia. Para responder a su pregunta, sí, cuando unimos a toda esta información a través del análisis estadístico y la formulación matemática, podemos describir los principios operantes en estos sistemas complejos. Con estos principios, podemos entonces construir un modelo predictivo que nos diría qué pasaría si hacemos x, y, o z.

“Necesitamos cambiar nuestro acercamiento a las cuestiones ambientales y desarrollar nuestra capacidad predictiva.”

Por ejemplo, digamos que uno quiere desarrollar una vía alterna alrededor de la ciudad de Washington, DC. La pregunta es, ¿Dónde la colocaría? Si uno mete en una computadora todos los datos disponibles sobre las áreas de drenaje, demografía y patrones climáticos por los últimos 100 años, uno podría construir un modelo y proveer las bases científicas para indicar que si ponemos la ruta en un sitio en particular, esto es lo que podríamos predecir con cierta certeza que pasaría en términos de patrones de población, destrucción de la vegetación acuática, etc., pero si la colocamos en otro sitio, podríamos tener menos interferencia con el ambiente natural. En otras palabras, necesitamos cambiar nuestro acercamiento a las cuestiones ambientales y desarrollar nuestra capacidad predictiva.

¿Puede la ciencia de la biocomplejidad predecir cómo podrán o no sobrevivir los sistemas de la Tierra?

La ciencia nos enseñará de la presión de la extinción de las especies.

Colwell: Esa es la gran pregunta. Yo creo que si puede decirnos por qué las especies se han extinguido y las presiones que causan la extinción, como la contaminación ambiental, el crecimiento de la población humana, etc. Uno puede decir que ya lo sabemos, pero en realidad aún no estamos seguros. No sabemos exactamente cuál es el punto de balance para, por ejemplo, el bacalao (codfish) o el abadejo (eglefino o haddock). ¿Es realmente la sobre pesca o es una combinación de cambios en la temperatura y la salinidad, la introducción de químicos en el océano, y así sucesivamente? En realidad debemos saber estas cosas pronto o tendremos más Mares Muertos es vez de Océanos Pacífico y Atlántico.

¿Cómo nos ayuda la biocomplejidad a entender ciertos aspectos de la evolución?

También nos ayudará a ganar una mejor perspectiva de la evolución de las especies.

Colwell: La evolución ocurre todo el tiempo. No se detiene nunca. La biocomplejidad nos puede ayudar a entender cómo el ambiente fisicoquímico ejerce presión sobre una especie de manera que la selección, y quizás el cambio evolutivo, ocurra como respuesta a esas presiones. Por ejemplo, sabemos que cuando las bacterias crecen en un ambiente que tiene muchos metales pesados , las bacterias recogerán genes, por medio de la transferencia lateral, para la resistencia a los metales pesados y quizás hasta la habilidad de metabolizar a estos metales para obtener energía. Ya sabemos que esto ocurre en organismos unicelulares. Eventualmente seremos capaces de proyectar, a través del análisis de la biocomplejidad, que sucede en formas de vida más complejas.

¿Cómo enseñaría usted la biocomplejidad en las aulas de clase?

Colwell: La biocomplejidad en realidad son todas las cosas que actualmente estudiamos, como la biodiversidad, las especies en peligro de extinción, la bioquímica del medio ambiente, la genética molecular, etc. Pero estas áreas son como silos en un desierto, todos elevados individualmente. Necesitamos establecer las conexiones de manera que el flujo de datos entre todos los silos nos ayude a obtener conclusiones científicas.

Todas las ciencias requieren una fuerte fundación en matemáticas.

Cada día, la biología se está haciendo más matemática. Yo hasta diría que una de las acciones más importantes que necesitamos tomar es el trabajar duro para mejorar y fortalecer la instrucción en las matemáticas, particularmente en los niveles escolares medios. Una base fuerte en matemáticas les permitirá a los estudiantes comprender a la biocomplejidad.

Los estudiantes deben entender que esta es la era de las biociencias.

Es importante enfatizar a los estudiantes que las biociencias se encuentran en el centro de una gloriosa edad de expansión del conocimiento y de entusiasmo y que está ganando una profundidad y una amplitud de comprensión que nunca hemos tenido antes. Ahora podemos secuenciar el genoma completo de una especie por solo unos pocos miles de dólares, mientras que solo hace 10 años esto costaba millones de dólares. Ahora podemos comprender en realidad la complejidad genética. Podemos entender lo que hacen los genes. Podemos comprender el papel regulador del ambiente sobre la función de los genes. Todo esto nos provee de un entendimiento sistemático de nuestro planeta en formas que nunca antes hemos tenido. Lo más importante es que nos da una capacidad predictiva que nos permite tener una mayor certeza en la predicción de resultados al tomar ciertas acciones. Necesitamos este tipo de poder para poder proteger a los hábitat y para poder dejar de usar argumentos emocionales para su protección y entrar en el campo de entendimiento científico sólido y la predicción.

¿Por qué usted apoya la formación de la Red Nacional de Observatorios Ecológicos (NEON, en sus siglas en inglés) y qué puede lograr este NEON?

NEON puede revisar el pulso del ambiente.

Colwell: La red NEON es un concepto cuyo momento ha llegado. Debemos tener un dedo no solo en el pulso del ambiente de nuestro continente y de nuestro país, pero también en el pulso de otros continentes que forman a nuestro planeta. Podemos hacer esto de la misma manera que los astrónomos mantienen sus ojos en los cielos con sus telescopios.

Esta rede de monitoreo puede determinar los principios operando en los ecosistemas.
La data de red puede ayudarnos a asegurar la supervivencia de nuestro planeta.

En los Estados Unidos, necesitamos enfocar nuestros ojos en los sistemas terrestres y acuáticos, localizando 25 o 30 lugares donde instrumentos sofisticados van a tomar los mismos tipos de medidas, dándonos datos sobre temperatura, concentración de nutrientes, patrones climáticos y análisis genómicos de los microorganismos del suelo, del agua y del aire. La combinación de todos estos datos nos permitirá obtener principios comunes de operación, ya sea en una costa marina, en un pastizal o en un médano alpino. También nos permitirá determinar los principios específicos que operan en un sistema en particular, por ejemplo, una localidad marina en contraste a una pradera de gramíneas.

Necesitamos llevar a cabo este proyecto por la simple razón de que nos ayudará a proteger a este planeta azul. Es el único planeta que tenemos. Y todos queremos estar seguros que estará aquí para las generaciones futuras.

la Dra. Rita Rossi Colwell se convirtió en la onceava Directora de la Fundación Nacional de Ciencia (NSF, en sus siglas en inglés) en 1998. La NSF es una agencia independiente del gobierno federal de los Estados Unidos que provee apoyo para la investigación y la educación en ciencias, matemáticas, ingeniería y tecnología. En Febrero de 2004, la Dra. Coldwell fue nombrada presidente del Cannon US Life Sciences y profesora universitaria distinguida de la Universidad de Maryland en College Park y de la Universidad de Johns Hopkins, Escuela de Salud Pública de Bloomberg. Antes de unirse a la NSF la Dra. Coldwell fue presidenta del Instituto de Biotecnología de la Universidad de Maryland. La Dra. Coldwell tiene un B.S. en bacteriología y un Master en genética de la Universidad de Purdue, y un doctorado en oceanografía de la Universidad de Washington. Ella ha sido autora o coautora de 16 libros y de más de 700 publicaciones. Ha recibido numerosos premios, incluyendo el Premio al Servicio Extraordinario del Instituto Norteamericano de Ciencias Biológicas (AIBS, en sus siglas en inglés) en 2004 y es miembro de la Academia Nacional de Ciencias, de la Academia Norteamericana de las Artes y las Ciencias y de la Sociedad Norteamericana de Filosofía.
http://www.uslifesciences.com/about/colwell.html

Por favor vea el artículo original en inglés para enterarse más sobre el tópico del artículo o para tener acceso a la lección que lo suplementa. (Enlaces y lecciones no han sido traducidas.)



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