Avida y la evolución biológica

May 28, 2009

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clusterCuando pretendemos estudiar la evolución biológica nos enfrentamos a un obstaculo desalentador, la evolución es extremadamente lenta y por ende es imposible reproducirla en nuestros laboratorios en nuestras cortas vidas. Como estudiar un fenómeno que ha ocurrido en el marco de eras geológicas en nuestros limitados periodos de vida. Por decadas hemos realizados experimentos con organismos de corto periodo de  vida y alto nivel reproductivo , o sea hemos estudiados organismos que proveen cientos de generaciones en un corto periodo de tiempo. También hemos trabajado con microorganismos como bacterias que se reproducen a una velocidad altisima pero estos experimentos toman también tiempo, son complejos en su implementación , en particular la data que buscamos es tremendamente dificultosa de obtener y además es dificil de hacer un buen trabajo estadístico en el ambiente bacterial. Las respuestas que hemos obtenidos en esos estudios son basicamente asociados a la microevolución , pero nada significativo hemos podido obtener en torno al sensitivo tema de la macroevolución. Tal parecería que la evolución quedaria para siempre recluida a las area de la obervación y discusiones teóricas.  La repuesta a estas limitaciones para hacer experimentos en torno a la evolución biológica están en el uso de la simulación digital y en el desarrollo de algoritmos que simulen el proceso evolutivo y su implementación efectiva como softwares. Dado lo complejo del proceso de evolución biológica, el inmenso número de variables envuelto en el proceso, nuestra ignorancia parcial de la interacción de esas variables unas con otras, y otros factores vitales en la evolución que solo conocemos parcialmente su accionar me temo que la obtención de un modelo y algoritmo que reproduzca fielmente a la evolución es imposible por ahora. Pero si creo que en la medida que ganemos entendimiento de este proceso evolutivo, y el software sea enriquecido y corregido en algún error, nuestra simulaciones y algoritmos podrán mejorar  y rendir mejores resultados y predicciones.
El software Avida es una plataforma virtual y de modelación de la evolución biológica. Está basado en el analisis de la autoreplicación de organismos digitales o sea de programas de computación. Este software fue inspirado por el juego digital Tierra. El programa Tierra simula un sistema evolucionario al introducir programas de computadoras que compiten por los recursos de la computadora como ciclos del microprocesador , espacio en el cache, y espacio en memoria. El software Avida establece que cada organismo digital “vive” en su propia región de memoria RAM y es ejecutado por su propio procesador virtual como un proceso independiente. Esencialmente cada organismo digital es independiente uno de otro porque ninguno de estas entidades digitales puede acceder a la memoria de la otra (no para leer  ni para escribir) y solo puede ejecutar codigo que esté definido para su propio espacio de memoria. La diferencias fundamentales entre Avida y Tierra son que en el software Tierra los organismos digitales comparten y compiten por el solo microprocesador de la computadora, aun mas diferente es que los CPUs virtuales de diferentes organismos digitales corren a diferentes velocidades, o sea que diferentes organismos ejecutan diferentes números de instrucciones en el mismo perido de tiempo. La velocidad a la cual corre cada organismo digital en su propio CPU virtual está determinada por una jerarquia de tareas, que les confiere prioridades. En el software Avida los organismos digitales compiten por recursos de la computadora de un modo independiente uno de otro, algo que replica y simula de un modo mas realista y efectivo la evolución biológica. Hay algo que debemos tener presente,  que tanto el ADN como un programa de computación pueden ser reducidos a grupos de instrucciones encaminados a cumplir propositos. El ADN instruye a la celula como producir proteinas y un programa instruye al CPU como procesar información. Estos organismos digitales se hacen replicas de si mismos  a un elevado ritmo  y sufren cambios aleatorios en sus intrucciones similares a las mutaciones en el ADN de especies biológicas. El programa matiene records de todas las generaciones , las variedades de mutantes  y sus proporciones numéricas desde el comienzo de la simulación.

En el verano de 1993, Charles Ofria y C. Titus Brown se unieron a Adami para desarrollar una nueva plataforma que simule la evolución biológica, el resultado seria Avida. Esta plataforma fue diseñada para tener una configuración detallada y versatil junto a una elevada capacidad para registrar todas las variables contempladas en una población de organismos digital. Como expuse anteriormente en el software Tierra los organismos digitales eran ejecutados sequencialmente, el nuevo sistema Avida adoptó un enfoque paralelo donde los organismo digitales competian por  recursos computacionales independiente unos de los otros , algo mucho mas cercano a la dinámica de la evolución. Los estudios realizados hasta ahora han probado ser inconclusivos , parciales pero espero que en la medida que el software sea mejorado, por lo menos seamos capaces de ganar un entendimiento de como una poblacion que crece a la par de su diversidad reacciona frente a presiones selectivas. Por ahora es un buen comienzo, en lo que nos tomamos los proximos siglos en identificar y entender todas las variables, factores, constrains y dinámicas que conforman a la evolución biológica.

web20MSU Digital Evolution Laboratory (Devolab)

Avida no es una simulación de la evolución, es una instancia de esta. Todas las partes esenciales de los proceso Darwinianos estan presente. Estos organismos digitales se replican, mutan, compiten entre ellos por recursos computacionales. El proceso de selección natural está ocurriendo en este contexto. Si esa es la definición central de vida, entonces estos organismos cuentan como ella.  

Robert Pennock

Citation: O’Neill B (2003) Digital Evolution. PLoS Biol 1(1): e18. doi:10.1371/journal.pbio.0000018

 Published: October 13, 2003

Copyright: © 2003 Public Library of Science. This is an open-access article distributed under the terms of the Public Library of Science Open-Access License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Bill 0’Neill is a freelance journalist from London, United Kingdom. E-mail: billoneill@cix.co.uk.

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Buscando por la función biológica de la proteina de los priones

May 26, 2009

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PRIONS600Un prión es una proteina que se conduce como un agente infeccioso. Es importante entender que los priones son proteínas, no virus, por ende no tienen genoma.La proteina en si no se replica o crea copias de su versión deformada.Se ha encontrado que las proteinas que se conducen como priones mantienen estructuras primarias intactas pero  algo está dramaticamente alterado en su estructura secundaria / terciaria y por ende tienen una configuración espacial anormal y por esa razón no pueden cumplir su cometido biológico normal.  Son agentes patógenos formadospor una proteína llamada PrP .Su actividad anormal producen entre otras condiciones, la enfermedad de las “vacas locas” o encefalopatía bovina espongiforme. Esta proteína se acumula en el cerebro de animales enfermos , dando lugar a la estructura esponjosa de la corteza cerebral que da nombre a la enfermedad. Las enfermedades producidas por priones, tienen un comportamiento atípico, se transmiten verticalmente lo cual es no predecible , como cualquier enfermedad hereditaria típica, mientras que por otro lado se comportan de manera infectiva, transmitiéndose horizontalmente lo que si es predecible, mediante contagios que pueden darse entre individuos de distintas especies. El mecanismo por el cual la infección se propaga está intimamente relacionada con la acción del prión  al entrar en contacto con las proteínas normales o sea de configuración secundaria / terciaria regular,  este contacto induce a las proteinas normales adoptar la forma anómala del prión, mediante un mecanismo bioquímico todavía desconocido por la comunidad científica. Está plenamente correlacionado que configuraciones anormales de la proteina PrP esta intimamente relacionada con los desordenes y con la neurodegeneración propias de las enfermedades producidas por priones. Es importante notar que la función fisiológica de la proteina PrP en su estado normal es pobremente entendido. Las ratas de laboratorio que han sido desprovisto del gen que codifica por la proteina PrP no desarrollansintomas de enfermedades asociadas a priones aun en condiciones de desarrollarlas. Esta evidencia nos sugiere de modo contudendente a pensar que la patogénesis de la enfermedad no este tan asociada a la conversión de la forma natural de la proteina a la deformada en su estructura espacial. Me parece que este artículo no debe ser obviado por nadie interesado en el tema de los priones y las enfermedades que se derivan de estas proteinas alteradas en su estructuras espaciales.

Citation: Chiesa R, Harris DA (2009) Fishing for Prion Protein Function. PLoS Biol 7(3): e1000075. doi:10.1371/journal.pbio.1000075

Published: March 31, 2009

Copyright: © 2009 Chiesa and Harris. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original author and source are credited.

Funding: Work in the Chiesa laboratory is supported by grants from Telethon Italy (S00083), the Cariplo Foundation, and the European Community (Network of Excellence NeuroPrion). Work in the Harris laboratory is supported by grants from the US National Institutes of Health (NS052526 and NS040975) and the Dana Foundation.

Abbreviations: PrP, prion protein; PrPC, cellular form of PrP; PrPSc, scrapie (infectious) form of PrP; S2, Schneider 2

* To whom correspondence should be addressed. E-mail: chiesa@marionegri.it (RC); dharris@wustl.edu

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Modelos y submodelos biológicos

May 24, 2009

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Uno de los problemas más críticos que enfrentamos en el estudio de sistemas biológicos es desarrollar modelos estadisticos sólidos que constituyan descripciones cercanas a las realidades biológicas en estudio. Este problema ha sido particularmente insidioso porque los sistemas biológicos tipicamente contienen un inmenso número de variables que interactuan entre ellas, este escenario impide un acercamiento simple a la hora de abordar y crear modelos bioestadisticos. Recientemente, varios grupos han reportado una estrategia alternativa a la hora de enfrentar y desarrollar complejos modelos de naturaleza biológica. Este reporte muestra estos modelos estadistico alternativos y de alta seguridad sin el conocimiento de todas las interacciones de un sistema. Como alternativa al conocimiento de todas las interacciones para contruir el modelo, solo es usado pares de interacciones que son más faciles de identificar y cuantificar. El modelo que se puede obtener con el uso de pares de interacciones es sólido y confiable, en pequeños subsistemas, pero en la mayoría de los casos estos modelos no proveen una descripción sólida ni segura de un verdadero y complejo sistema biológico. Se pueden preveer y obtener un modelo de un sistema complejo biológico a partir de modelos más limitados obtenidos con el analisis de pares de interacciones. Acorde al estudio existe un punto en el poder predictivo de los modelos obtenidos con el analisis de pares de interacciones: si el tamaño del subsistema está por debajo de ese valor , entonces los resultados del subsistema no tienen poder predictivo para sistemas mas complejos. Como contraste, si el tamaño del subsistema esta por encima del valor, el subsistema modelado sobre la base del analisis de pares de interacciones puede ser extrapolado a sistemas más complejos con relativo éxito. Abajo cito toda la información de una publicación PLoS que aborda el tema brillantemente, la citación de la publicación, información como contacto de los autores es proveido. Un link es también proveido para obtener la publicación en formato PDF desde mi blog, puede contactarme si algun problema se presenta durante la lectura del papel.

Citation: Roudi Y, Nirenberg S, Latham PE (2009) Pairwise Maximum Entropy Models for Studying Large Biological Systems: When They Can Work and When They Can’t. PLoS Comput Biol 5(5):

e1000380. doi:10.1371/journal.pcbi.1000380

Editor: Olaf Sporns, Indiana University, United States of America

Received: November 10, 2008; Accepted: April 1, 2009; Published: May 8, 2009

Copyright: © 2009 Roudi et al. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original author and source are credited.

Funding: YR and PEL were supported by the Gatsby Charitable Foundation (http://www.gatsby.org.uk) and by the US National Institute of Mental Health grant R01 MH62447. SN was supported by the US National Eye Institute grant R01 EY12978. The funders had no role in study design, data collection and analysis, decision to publish, or preparation of the manuscript.

Competing interests: The authors have declared that no competing interests exist.

Email:  pel@gatsby.ucl.ac.uk

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Un fósil llamado Ida

May 20, 2009

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Un fósil transicional, o de transición evolutiva, es un espécimen de  fósil con rasgos morfológicos intermedios entre dos clases de especies que tienen una relación de ancestro y descendiente. La paleontología ha probado no ser capaz de proveer muchos de ellos. Acorde a las nociones clásicas de la macro evolución Darwiniana el registro de los fósiles debería proveer un número inmenso de tales fósiles. La realidad es otra, poquísimos fósiles pueden ser clasificados como transicionales y aun así algunos especimenes han sido calificados como tales usando criterios muy parciales y subjetivos.  Algunos escritores y periodistas usan el dramático término eslabón perdido, yo personalmente no considero que ese término deba ser usado en el ámbito de las ciencias paleontológicas, mejor lo reservamos para novelas y periodismo trivial. Es mi más firme creencia  que el uso de este término ha contribuido a la enorme desinformación que existe en el público en general con respecto a la evolución y la paleontología. Un nuevo fósil se ha anunciado  en New York, y pertenece a la clase de especimen que me ha impresionado y han sido unos de los  pocos  que lo han logrado. Una nueva publicación científica ha aparecido en los jornales, que comprime el trabajo exhaustivo de excellentes paleontólogos en torno este fósil. Después de obtener la publicación y leerla en mis tiempos libres, o sea sacrificando horas de sueño, pese a que soy un excéptico en torno a la paleontología como disciplina, entendí que estaba frente a algo extemadamente inusual. Sin lugar a dudas este especimen es uno muy especial, es un fosil de transición que muestra características de un linaje de primates muy alejados del humano combinadas con caracteristicas de primates más cercanos a nuestra especie. Es importante notar que no es un antropoide, pero segun el equipo de expertos que evaluó el fosil es el primer vinculo a todos los humanos o una primera fase evolutiva de los primates en nuestra dirección. Este fosil reune en si lo primero de todos los primates pero muestra caracteristicas de lineas evolucionarias humanas. No soy un paleontólogo profesional, pero el fosil es impactante, es quizás el primer especimen de los primates que se aparta de la linea de los lemures, siempre me habia cuestionado la ausencia de fósiles cercanos a los lemures. Es lo mas cercano a un lemur y a la vez no lo es y muestra evidencia de movimiento hacia linajes  antropomorficos. Realmente es uno de los pocos fósiles que he visto que pueden ser calificados de transición . Muestra características de los primeros primates combinadas con morfologia de transicion hacia más modernos primates. Proveo la publicación en formato PDF, la obtuve en los PLoS.  Por cierto , que por primera vez vi referencias en Yahoo.com  y en MSN.com al artículo contenido en los repositorios de PloS. La idea de los PLoS no solo está prevaleciendo en los predios académicos sino que está emergiendo en los medios de comunicación social , al menos en la internet, es algo que me llena de satisfacción. He leido en otros blogs a personas comunes no relacionadas con la ciencia que han leido la publicación original de los PLoS, esa es algo extraordinario sin lugar a duda.

Journal reference:

Jens L. Franzen, Philip D. Gingerich, Jörg Habersetzer, Jørn H. Hurum, Wighart von Koenigswald, B. Holly Smith. Complete Primate Skeleton from the Middle Eocene of Messel in Germany: Morphology and Paleobiology. PLoS ONE, 2009; 4(5)

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Los genpets siempre han estado a la venta.

May 19, 2009

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Los Genpets son vendidos en el website del artista http://www.brandejs.ca/store , a precios de  $800 a $1200, y definitivamente son producidos en serie. No solo es un hoax sino una operación comercial precedida por un marketing muy inteligente .  Si son objetos para ser vendidos. El artista clama en su sitio web  producir muy pocos de ellos, de hay su precio desmedido, pero esa historia es común y es un ardid tan viejo como la historia del comercio.  Definitivamente los genpets nunca han estado vivos pero siempre han estado a la venta y es mi opinión que se pueden comprar tanto como quieran de ellos y aun a precios de descuento.


Los genpets no son juguetes sino obra de arte, lamento mi impresición.

May 18, 2009

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Dos amigos, Humberto Moreno, en un comentario, e Israel Abreu  en un correo electrónico me han hecho notar que este supuesto producto Genpet es un hoax y una obra de arte única creada por un artista , o sea no es un juguete o producto que se puede obtener en algun sitio comercial. Yo pensaba que eran un juguete que pretedia simular alguna clase de actividad biológica. Por supuesto siempre supe que estos genpets no eran entidades biotecnológicas, soy un biologo computacional por formación profesional . No lo podia creer, para mi eran juguetes destinados al  mercado.Tras una busqueda y analisis en internet , lo confirmo, es un producto o más bien una obra de arte no destinado a su comercialización. El artista que creó estas obras es Adam Brandejs  .  Por supuesto no estoy familiarizado para nada con su obra. También desconozco si alguna pieza fue vendida en alguna instancia como obra de arte. Mi error fue asumir automáticamente que el producto era alguna clase de producto destinado a su comercialización masiva. Después de una busqueda intensiva en la internet, no he encontrado ninguna evidencia que soporte la noción que han sido vendidos, más bien han sido expuestos en exposiciones. Lamento inmensamente mi inesactitud, he intentado presentar argumentos que considero validos  y necesarios introduciendo un elemento impreciso. El artículo ha sido producto de una pobre investigación sobre el tema, consideré que estos artefactos eran juguetes para ser comercializados , y sobre eso traté de presentar y argumentar un problema que considero fundamental para discusión. Lamento inmensamente esta impresición. He pensado intensamente sobre que hacer con el artículo de los genpets, pudiera borrar el posting pero he decidido mantenerlo incluido en mi blog pese a mi impresición.  La razón que lo mantengo es simple, es que presenta problemas reales  que aflijen a nuestra sociedad tales como la trivialización de problemas ingentes y  ausencia de pensamiento crítico en grandes sectores de nuestra sociedad. He corregido e informado de lo inesaxto en este posting.  Ademas el artículo de los genpets será para mi un recordatorio de lo que no debe hacerse a la hora de escribir en un blog.  Espero que mis pocos lectores disculpen mi error.

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Update: Los Genpets son vendidos en el website del artista http://www.brandejs.ca/store , a precios de  $800 a $1200, y definitivamente son producidos en serie. Creo que puede adquirir todos los que desee, no hay limites.

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ALH 84001 un meteorito muy especial

May 17, 2009

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alh84001

ALH 84001 aparenta ser el nombre de un compuesto químico pero no lo es. Es el nombre otorgado a un meteorito, que como todo buen meteorito calló a la tierra desde el espacio. Este meteorito es de origin igneo, en otras palabras se formó al enfriarse y cristalizar magma. En este caso magma de otro planeta, magma de nuestro vecino planeta Marte. La primera pregunta que nos viene a la cabeza es como asegurar que esta piedra sin aparentes atributos especiales proviene de Marte. No es el único meteorito que podemos asegurar que proviene de Marte, en realidad hay más de 10 de ellos, que con plena certeza clasificamos como proveniente de nuestro vecino planeta. Las composiciones químicas de los planetas difieren dramaticamente unas de otras. Como podemos conocer las composiciones químicas de las atmosferas extraterrestres, es a travéz de simple espectrocopía, analizando y descomponiendo la luz que emiten los diferentes constituyentes de las atmosferas planetarias.La evidencia en este caso es proporcionada por el gas atrapado en el interior del meteorito, su  composicion es única y distintiva, es identicamente similar a la atmósfera de Martes. Esa es la razón por la cual cual podemos asegurar que este meteorite proviene de Marte y no de ninguna otra esquina del vasto espacio que nos rodea.

Diferentes pruebas nos han confirmado que el meteorito cristalizó hace 4 billones de años , y que fue fundido nuevamente por un golpe cinético de naturaleza extrema debido a un choque de algun otro cuerpo celeste. Interesante es que despues alguna solución de origen aquosa paso por la roca y sedimentó minerales de carbonato, algo extremadamente inusual. Aparentemente algun tiempo después esta roca fue lanzada al espacio por el impacto de algun otro cuerpo celeste, en este caso escapó a la gravitación de Martes orbitando el sol como un pequeño asteroide hasta que fue atrapado por la gravitación terrestre, el resto fué caer hacia la superficie terrestre.

Que hace tan inusual a este meteorito? En definitiva hay miles, sino millones de meteoritos y ninguno ha sido tan controversial. Lo singular de este meteorite proviene de que en Agosto 6, 1996 se anunció que este meteorito puede contener evidencia extremadamente fuerte de microfosiles de vida antigua y microcópica en Marte. Este anuncio apareció en la prestigiosa publicación Science en un artículo escrito por el también reconocido científico David McKay de NASA. Con el uso de técnicas de microscopía electrónica aparecieron estructuras de apariencia biológicas, o sea me refiero  a la presencia inconfundible de  microfósiles calcificados con apariencias de bacterias y otras pequeñas estructuras biológicas. Estos microfósiles constituirian la primera evidencia que en otro planeta la vida al menos microscópica floreció. Esto es muy controversial porque reenfuerza la noción de que cuerpos celestes como meteoritos pueden transferir vida en forma de bacteria de un sitio a otro del espacio. En el año 2006 otros expertos plantearon que los microfósiles no constituyen pruebas de vida en Martes sino solo un caso de contaminación terrestre. Sin embargo los excepticos no han sido capaces de proveer un mecanismo alternativo de como se pudieron formar semejante microfósiles. El hecho objetivo permanece inalterable, tenemos un meteorito de indudable origen marciano con trazas de vida en formas de microfosiles calcificados. Estudios recientes revelan la presencia de moléculas orgánicas , tales como aminoacidos pero nuevamente , otros científicos lo achacan a contaminación terrestre. Personalmente  creo que el debate persistirá, y es bueno que exista, le es intrinseco a la ciencia la duda y la discusión abierta. Los microfósiles en mi opinion son estructuras altamente inusuales, y que no puedo asegurar que no son producto de contaminación terrestre, pero mientras el bando de los exepticos no me provean mejores explicaciones y mecanismos en torno al origen de estos microfósiles  colocaré ALH 84001 en un lugar muy especial en mi escala de dudas.

En este video podrán apreciar los microfósiles en el meteorito , estan muy bien definidos morfológicamente, es muy evidente de que se tratan de estructuras biológicas fosilizadas. Si estos microfósiles son productos de contaminación terrestre o no, eso está por ver, pero el hecho permanece inalterable , estamos frente a algo extraordinario e inusual.