El microbioma humano


El estudio del microbioma humano, la comunidad de microorganismos y colección de genomas que se encuentran en el cuerpo humano, es una de las áreas de investigación de enorme crecimiento.

El microbioma constituye el conjunto de microorganismos asociados a un hospedero principal. Es una parte integral del superorganismo que integran los microorganismos y el hospedero y éstos han co-evolucionado desde los primeros días de la existencia de la especie humana. La modificación del microbioma, sumado a los cambios en los hábitos sociales y alimentarios del ser humano a lo largo de su historia biológica ha llevado a la emergencia de numerosas enfermedades.

El  organismo humano es, entonces, una red compleja que presenta diez células microbianas para cada célula humana. Particularmente, el microbioma intestinal constituye una comunidad taxonómicamente compleja y ecológicamente dinámica e influye en el desarrollo, la maduración y la regulación, estimulación y supresión del sistema inmune.

El microbioma forma parte integral del sistema gastrointestinal, puesto que un intestino maduro y completamente funcional no se debe únicamente al tejido del hospedero sino además del metabolismo del microbioma, que interactúa y protege  las superficies intestinales manteniendo la homeostasis.

grafico microbiomaEsquema del superorganismo humano señalando las poblaciones microbianas según la región corporal (a), la variación en el número de acuerdo al género en el microbioma intestinal (b) y los géneros dominantes según la región del intestinjo (c). (Bahktiar et al., 2014).

El  microbioma humano ha definido en conjunto no solo al sistema inmunológico con el cual convive, sino que también forma parte integral de procesos fundamentales como la producción de vitaminas, la digestión, la homeostasis energética, la integridad de la barrera intestinal y la angiogénesis en el cuerpo humano. El genoma humano carece de los genes que codifiquen para enzimas requeridas para degradar polisacáridos vegetales que habitualmente consumimos, ricos en carbohidratos como xilanos  y pectinas.  Sin embargo, el microbioma provee esta capacidad ya que realiza el metabolismo de sacarosa, glucosa, galactosa, fructosa y manosa.  La fermentación de las fibras y los glicanos requiere la cooperación y asociación de diversos microorganismos. También realizan la conversión de butirato a butiril-CoA; este ácido graso de cadena corta es la principal fuente de energía de los colonocitos, cuyo desarrollo establece una barrera intestinal saludable. Los análisis metagenómicos han demostrado, además, la participación del microbioma en la síntesis esencial de aminoácidos y vitaminas.

Sobre el microbioma, y por lo tanto, sobre la salud del organismo humano, incide fundamentalmente la dieta, así como también otros factores como la forma de vida o el consumo de antibióticos.  Dado que existe una conexión evolutiva con la alteración de este microbioma y la aparicióno el incremento en la incidencia de numerosas enfermedades, es motivo actual de estudio los mecanismos que subyacen a tales anomalías y la forma de atenuar los efectos en lasalud. Entre estos estudios se encuentra el desarrollo de probióticos, prebióticos y sinbióticos sobre los cuales me referiré en otra entrada.

Bibliografía:

Salvucci, E. 2016. Microbiome, Holobiont and the Net of Life. Critical Reviews in Microbiology. 42(3): 485–494. doi: 10.3109/1040841X.2014.962478.

Salvucci, E. 2013. El agotamiento del bioma y sus consecuencias. Acta Biol. Colomb. 18 (1):31 – 42.

Bakhtiar, S.; LeBlanc, JG.; Salvucci, E.; Ali, A.; Martin, R.; Langella, P.; Chatel, JM.; Azevedo, V.; Miyoshi, A.; Bermudez-Humaran, L. 2013. Microbiome in human health and disease. FEMS Microbiology, 342:10–17.

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THE HOLOBIONT AND THE BIOME DEPLETION THEORY


This text  is part of a book chapter:
Salvucci.2013. Crohn´s Disease within the Hologenome Paradigm, in “Crohn’s Disease: Classification, Diagnosis and Treatment Options”, Nova Publishers, 2013 (you can find the complete book here)

In 1990, Dr Erika von Mutius compared the rate of allergies in children of Democratic Germany and Federal Germany and she found that, contrary to their initial hypothesis, poor children with low sanitary conditions and rural life had fewer incidences of allergies. By those times, Dr Stachman who was working with hay fever, postulated that a previos viral infection in children could result in higher risk to develop allergies, but the results he found rejected this hypothesis. Population groups that have either been vaccinated or infected with mycobacteria (Bacillus Calmette-Guerin (BCG)) have shown to an association with a reduced risk to develop allergic disorders (Strachan, 1989). Recently, more works support the hypothesis of exposition to mild infections reduces the incidence of atopic diseases.

These researches lead to postulate the Hygiene hypothesis also called the “old friends hypothesis” that considers that the interaction in early life with different microorganisms (Bacteria, Virus, Eukarya) results in a less risk to develop allergies and atopic diseases.

Either by cell number or by genome size the microbiota outnumbers their host. The hologenome theory coined by Zilberg-Rosenberg and Rosenberg (2008) considers that the host and their microbiome constitute a unity, the holobiont. This superorganism is a result of cohabitation of different organism integrated as one, and could be considered a result of symbiopoiesis, or codevelopment of the host and symbiont (Rosenberg and Zilber-Rosenberg, 2011; Gilbert et al. 2010; Rohwer et al., 2002; Margulis and Foster, 1991).  The genetic contribution of the microbiome is more than 100000 genes that provide numerous trials not encoded in our genome (Dumas, 2011).

This evolutionary approach that considers any organism a result of integration with microorganisms has many implications and it is related to the Bioma Depletion Theory (a kind of enlargement of the “hygiene hypothesis”) that considers that human (and all mammals) and their microbiome evolved as a “superorganism” (Kinross et al., 2008; Rook, 2009). The immune system can be seen as an interface with their symbiotic organisms that have co-evolved more than a defense against invading organisms. The widely appreciated medical care in combination with technology, increased the occurence of allergic disorders, autoimmune diseases and left us an over-reactive immune response caused by a loss and separation of our partners, our microbiome that normally interact with our immune system (Figure 1) (Kau et al., 2011; Garn and Renz, 2007).

These partners involve not only the commensal bacteria, but also metazoans “parasites” and millions of virus. Bacteria comprising the microbiome have mobile elements that include plasmids, transposons, integrons, bacteriophages (Jones, 2010) that constitute the mobilome (Siefert, 2009). This genetic pool and the horizontal gene transfer within the microbiome is a key factor of the microbiome activity and constitute the dynamic response to the environment leading to the adaptation of the holobiont. It fuels the adaptive potential of the whole holobiont (Figure 1). The metabolism of microbiome and the host are intertwined constituting an integrated organism. In multicellular eukaryotes, transposition, genome reorganizations, retrovirus extrusion or insertion, etc. must be taking place in the germ line to result in a structural or metabolic change. Somatic cells have an intragenomic dynamics in response to environmental conditions.

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Figure 1. The superorganism or holobiont is the result of integration of pre-existing systems: Mobile elements or “mobilome” respond to the environmental factors with dynamic movement between genomes that constitutes a key mechanism for metabolic and structural changes on microbiome. The metabolism of microbiome and the host are intertwined constituting an integrated organism (holobiont). The medical care, use of antibiotics, technology and western way of life, resulted in a change and lost of our microbiome and an increased occurence of autoimmune and metabolic diseases that are related with an immune disbalance (Modified from Salvucci, 2011).

Vannier-Santos and Lenzi (2011) explain that taking into account that organisms identified as “parasites” are almost the 80% of known species and considering that all the theoretical explanation obtained are based on just a little part of the total organisms that exist (Windsor, 1998), we can refer to parasites as cohabitants since this close interaction drives the evolution and existence of the organisms (Vannier-Santos and Lenzi, 2011). Microbes and helmints that normally are understood as parasites have cohabited with their host and they are even greater than the host. If nature is a continuous battle bacteria and parasites should have won a long time ago. Considering that Life exists as a net, as a process (Maturana and Varela, 1999) it is possible to say that no organisms are a free-living specie sensu stricto.

The host and its symbiotic microbiota acts in cooperation (thus cooperation becomes a priority instead of competition). Even when Zilber-Rosenberg and Rosenberg, 2008 suggests that it should be considered a unit of selection in evolution and they remarks that the theory is in agreement with darwinism, the hologenome theory represent a holistic approach that considers each specie or organism as a result of an integration and this mechanism is observed at every level of nature: insertional activities of virus, bacterial, viral and archaeal DNA in eukaryotic genomes, endosymbiotic relationships and holobionts. This paradigm (like symbiogenesis of Merenchovzky and Margulis) contrasts with the observable facts in nature against the individualistic, selfish and economist conception of darwinism.

The hologenome theory and the holistic approaches like the concept of autopoiesis coined by Maturana and Varela (Varela et al., 1974) and Lynn Margulis` endosymbiotic theory (Margulis and Fester, 1991) are related in understanding the evolution of life as integrative processes.  The concept of autopoiesis considers a living system as a dynamic composite entity, a unity as a closed network of productions of components in a way that through interactions in composition and decomposition, the components: a) recursively constituted the same network of production that produced them, and b) specify the extension of the network and constitute operational boundaries that separate it as a dynamic unity in a space defined by elements of the kind of those that compose it (Maturana, 2002). The word autopoiesis connotes the organization of living systems as closed networks of molecular production. The endosymbiotic theory explains the emergence of organelles and nucleus of eukariotyc cells. These theoric frameworks and the hologenome theory explains that the existence of each organism is the consequence of integration of pre-existing organisms (or parts), but the result is more than the sum of the parts. Any organism is the result of an inherent property of autoorgnanization and autopiesis. The genome of each organism is the result of combination of bacterial, virus and eukaryotic DNA. Finally, any organism is the result of the interaction of their own genome with the genome of the organisms that co-evolved with it. In the case of mammals, the principal organism or “host” is the result of integration with their microbiota (constituting the holobiont), and their metabolisms were and are intertwined (as a “superorganism”) along evolution. (Vannier-Santos and Lenzi, 2011; Kau et al., 2009; Tilg and Kaser, 2011; Gazla and Carracedo, 2009; Zilber-Rosenberg and Rosenberg, 2008).

Microbial eukaryotes in the human gut have been studied primarily from a parasitological point of view and are generally considered to impact negatively on human health (Parfrey et al. 2011). Biome depletion theory could explain that these cohabitants were necessary to maintain the homeostasis of the superorganism or holobiont.

Nowadays, several diseases are considered the new epidemics. The incidence of a group of diseases have increased since the industrial era. These are related to a hyperreactive immune system and this unbalance is related to the separation of our partners along the last thousands years. The immune balance was maintained by the microbiota that humans have been losing with modern medicine, new technologies and changes in the way of life.

Autoimmune diseases like type 1 diabetes, artritis, lupus and inflammatory related diseases like infflamatory bowel disease (IBD), diabetes, asthma could be treated with a biome restoring process that could be done by probiotic administration. The genetic background necessary to develop any of these illnesses (intrinsic factors) is directly and closely related and influenced by the metabolism of microbiota (extrinsic factors) (Tilg and Kaser, 2011; Proal et al., 2009).

The importance of Bacteria on health was recognized along the last twenty years. It was observed the healthy status of people from different regions in where there was a high intake of fermented products. The benefits of different foods, that were known for centuries, leaves to the discover of different bacterial strains, mainly, Lactic Acid Bacteria that were postulated, after many studies, as probiotics (Fujimura et al., 2010).

Probiotics are defined today as ‘live microorganisms which, when administered in adequate amounts, confer a beneficial health effect on the host’. They could be bacterial cells like lactic acid bacteria or eukaryotic microorganisms like helminths. A reductionist perspective leads to the study of different strains that could restore or specifically get a benefit. There are several studies related to determine the mechanism and products involved in the benefit that could be ensured by the action of one bacteria strain (Fujimura et al., 2010; Dominguez Bello and Blaser, 2008).

The study of probiotics, since their beginning and nowadays, is directed to use an  specific strain that restores one symptom or disease. The hologenome theory considers us as a superorganism, added it with the biome depletion theory show us that what it is unbalanced is the entire immune system and the reasons of the increase of incidence and the probable therapies, would be analyzed taking account that we need to restore a whole microbiome and not search an specific strain for each disease. Of course, this is impossible because we are now, without those lost partners, a different holobiont. But, what we can do is to change our reductionist and incomplete view and research to know and understand the complete microbiome in each health/disease situation. And with this, try to figure out which are the accurate therapies.

La importancia del microbioma intestinal


Actualmente, los conceptos de sano y normal son muy diferentes a lo que se entiende
para aquel primate que fuimos, dado que nuestro cuerpo opera fuera de los indicadores
fisiológicos que lo constituyeron y estructuraron a los largo de miles de años. Por ejemplo,
nuestro valor normal de 90 mg/dl promedio de glucosa en sangre es diferente al
50 mg/dl de nuestros parientes más cercanos (Behncke, 2004). Sumado a los cambios
en la dieta a lo largo del tiempo, debemos agregar que la industrialización trajo consigo
la proliferación de numerosos alimentos bastante diferentes a nuestra dieta primitiva.
La dieta principal de un primate silvestre, por ejemplo, es baja en calorías pero de óptima
nutrición (frutas y verduras, principalmente). En el caso del ser humano esta dieta
se ha ido modificando sustancialmente. La producción de alimentos a gran escala, el
control tecnológico, la producción de alimentos cada vez más artificiales, el incremento
del consumo de alimentos altos en azúcares, grasas y sodio, constituye lo que se llama
generalmente “una dieta occidental” y que se encuentra relacionada a la modificación
del microbioma y a diversos efectos sobre la salud (Behncke, 2004; Turnbaugh et al.,
2006; Musso et al., 2010).
En años recientes la comunidad científica ha comenzado a comprender la verdadera
dimensión evolutiva, estructural y funcional de los microorganismos asociados a un
hospedero primario, en particular, el hombre. Los cambios anteriormente mencionados
influyeron e influyen continuamente en el ecosistema microbiano asociado al ser humano
y su impacto en la salud y la emergencia de ciertas enfermedades es motivo de
investigación y debate.

LA IMPORTANCIA DEL MICROBIOMA

El cuerpo humano es el resultado de la integración de su estructura definida en su genoma
y de la convivencia con millones de microorganismos a lo largo de miles de años
de su historia evolutiva. Estos microorganismos asociados, constituyen el microbioma
humano (Lederberg y McCray, 2001). Si bien el concepto de microbioma surgió definiendo
al genoma colectivo de los microbios asociados a un hospedero (microbiota),
este término puede extenderse como sinónimo de la microbiota porque “bioma” se
refiere a los “ecosistemas” en ecología (Lederberg y McCray, 2001; Domínguez Bello y
Blaser, 2008).
El organismo humano es, entonces, una red compleja que presenta diez células microbianas
para cada célula humana. Particularmente, el microbioma intestinal constituye
una comunidad taxonómicamente compleja y ecológicamente dinámica e influye en el
desarrollo, la maduración y la regulación, la estimulación y la supresión del sistema
inmune (Mazmanian et al., 2005; Smits et al., 2005; Hattori y Taylor, 2009; Mai y
Draganov, 2009; Kau et al., 2011; Ohnmacht et al., 2011). Del conjunto de microorganismos,
se destacan cuatro phyla bacterianos: Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria
y Proteobacteria (Ley et al., 2008; Manichanh et al., 2011; Marchesi, 2011), además de
microorganismos eucarióticos como Sacharomyces, Pentatrichomonas y Entamoeba
(Wegener Parfrey et al., 2012). A esto debemos sumar los fagos y elementos genéticos
móviles que responden a cada cambio del medio ambiente, al participar en la transferencia
horizontal de genes como respuesta a factores ambientales (Jones, 2011). Todo
esto constituye un sistema complejo cuya totalidad supera la suma de las partes que
interactúan y se influyen recíprocamente en un metabolismo intrincado.
microbiomaEl sistema inmune asociado a mucosas incluye el 80 % de las células inmunes activas del
cuerpo. La mayoría de ellas están presentes en el sistema gastrointestinal interactuando
con antígenos de los alimentos y con este nuevo “órgano” que es el microbioma
(Tlaskalová-Hogenová H. et al., 2011). Las interacciones en este complejo sistema son
escasamente conocidas y foco de actuales investigaciones (Kinross et al., 2011). Se ha
demostrado que astronautas que reciben durante cierto tiempo una dieta irradiada y,
por lo tanto, libre de microorganismos, presentan alteraciones en su microbioma que
resultan en una alteración en su sistema inmunológico (Kau et al., 2011). Es conocido
además que animales gnotobióticos (libre de microorganismos) separados de su microbioma
asociado, no alcanzan el desarrollo completo de un intestino maduro y tienen
un sistema inmunológico muy poco desarrollado (Cebra, 1999). Estos animales son
utilizados como modelo metodológico para evaluar la evolución del microbioma, la
acción de alguna cepa bacteriana específica y las consecuencias de la asociación microbioma-
hospedero. El microbioma forma parte integral del sistema gastrointestinal,
puesto que un intestino maduro y el conjunto de todas sus funciones no se debe únicamente
al tejido del hospedero sino además del metabolismo del microbioma, que
interactúa y protege las superficies intestinales manteniendo la homeostasis (Tlaskalová-
Hogenová H. et al., 2011; Ohnmacht et al., 2011). La colonización de microorganismos
genera un incremento natural de los niveles de inmunoglobulinas, la producción de anticuerpos
específicos y cambios sustanciales en el medio de linfocitos asociados a mucosa
y poblaciones celulares, cambios en los patrones de migración e incremento en la
capacidad inmunológica sistémica. Además, participa en la maduración de los enterocitos
(Bry et al., 1994; Tlaskalová-Hogenová H. et al., 2011; Ohnmacht et al., 2011).
El microbioma humano ha definido en conjunto, no solo al sistema inmunológico con
el cual convive, sino que también forma parte integral de procesos fundamentales como
la producción de vitaminas, la digestión, la homeostasis energética, la integridad de la
barrera intestinal y la angiogénesis en el cuerpo humano (Domínguez Bello y Blaser,
2008; Kau et al., 2011; Rosenberg y Zilber-Rosenberg, 2011; Randolph-Gips y Srinivasan,
2012; Douglas-Escobar et al., 2013). El genoma humano carece de los genes que codifiquen
para enzimas requeridas para degradar polisacáridos vegetales que habitualmente
consumimos, ricos en carbohidratos conteniendo xilanos, pectinas y arabinosa.
Sin embargo, el microbioma provee esta capacidad porque realiza el metabolismo de
sacarosa, glucosa, galactosa, fructosa y manosa (Bäckhed et al., 2005; Gill et al., 2006).
La fermentación de las fibras y los glicanos requiere la cooperación y asociación de diversos
microorganismos (Gill et al., 2006). El microbioma realiza la conversión de butirato
a butiril-CoA, este ácido graso de cadena corta es la principal fuente de energía de los
colonocitos, cuyo desarrollo establece una barrera intestinal saludable (Topping et al.,
2001). Los análisis metagenómicos han demostrado, además, la participación del microbioma
en la síntesis esencial de aminoácidos y vitaminas (Gill et al., 2006).

La interpretación darwinista tradicional de la naturaleza, en la que cualquier organismo
es un individuo que lucha por su propia existencia y que analiza cada estructura, órgano,
sistema o molécula de acuerdo a las ventajas que pudo haber tenido respecto de otras
alternativas, deja de lado el hecho real de todo organismo, y por supuesto el ser humano,
en el que no se puede concebir como aislado, sino coevolucionando, coexistiendo, con un
conjunto de organismos y microoganismos que lo definieron evolutivamente (Sandín,
2002; Abdalla, 2006; Salvucci 2012a; Salvucci, 2012b) El enfoque tradicional reduccionista
pierde de vista el hecho de que su existencia es resultado de un complejo proceso
de integración y convivencia con los constituyentes del ecosistema que lo rodea, lo conforma
y define. Los humanos no evolucionaron como una sola especie, sino asociados con
un complejo microbioma en una suerte de “superorganismo” u holobionte (Rosenberg
y Zilber-Rosenberg, 2011). En la red de la vida, nuestra evolución como especie y la evolución
de nuestros microorganismos socios siempre han estado entrelazados.

El extracto corresponde a una parte del artículo “El agotamiento del bioma y sus consecuencias”. Salvucci, E. Acta Biol. Col. 18(1):31-42. Allí pueden encontrarse las referencias citadas en el texto.

Qué es la vida?


Definiendo a la Vida

El siguiente es el texto correspondiente a la charla realizada en la Escuela de Ranchillos (Tucuman) en el marco de la Semana de la ciencia del año 2011

Definiendo Vida: Integración, autoorganización y autopoiesis.

Cuando observamos cualquier ser vivo: una hoja de un árbol, un insecto, un perro, un árbol  centenario,  un delfín, un ser humano, debemos tener presente que cada una de las especies incluida la nuestra es resultado de un complejo proceso de integración de sistemas. Nuestra especie es un visitante reciente de este planeta, que forma parte de la red de la vida. Vive, existe y es, gracias a lo que lo precedió y a lo que lo rodea. Para que exista y seamos testigos de un árbol, un pájaro o un perro se necesitaron más de 30000 millones de años. Durante todo este tiempo ha existido la vida sobre el planeta.

¿Qué nos lleva a decir que tanto toda la naturaleza que me rodea y yo (lo que, en realidad, es lo mismo), estamos vivos? ¿Qué es la vida? Se ha definido la vida como la capacidad de nacer, crecer, reproducirse y morir. Sin embargo esta definición es incompleta, ya que limita la definición a los macroorganismos eucariotas, animales y plantas. Las bacterias son células vivas y no mueren al final de su ciclo vital, sino que se dividen. Además, cualquier organismo estéril, o infértil, no entraría en la definición.

Por otra parte, los libros de texto se detienen a describir las propiedades de la vida pero no coinciden en una definición. Podemos, entonces dar una definición más adecuada de vida, que es:

La vida es la propiedad emergente de sistemas autopiéticos disipativos.

Ahora vamos a ver qué significa esta definición.

Propiedad Emergente: Cada organismo vivo, cada célula, cada molécula que conforma una célula esta compuesta por integración, unión, asociación de sub-elementos. Las propiedades que tienen cada uno de ellos son diferentes a la suma de las propiedades de las partes. Por ejemplo, una proteína tiene actividad, función, propiedades que no pueden deducirse de las propiedades de los átomos que la componen. Una molécula de azúcar tiene propiedades que “emergen” de la unión de átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno. Una célula bacteriana, que metaboliza azúcares, produce ácidos nucleicos que contienen la información necesaria para “producir” otra célula y todas estas capacidades resultan de la integración extremadamente compleja entre las moléculas que la componen y son mucho más que la suma de las propiedades de las diversas moléculas.

Autoorganización y disipación: La autoorganización es una propiedad de los sistemas vivos que permiten diferenciarnos de una máquina. Una maquina es creada “para hacer algo”, tiene  una función que es creada por alguien. En cambio un ser vivo es autoorganizado: Cada parte es a su vez la causa y efecto, un medio y un fin. Un organismo es una entidad autoorganizada, son propósitos naturales. Los organismos vivos se construyen a sí mismos a partir de material externo, importado, fuera de ellos. ¿Qué es lo que dirige esta autoorganización? Lo que la dirige es la disipación de la energía. Como todo en la  naturaleza, los organismos también cumplen la segunda ley de la termodinámica. Al comenzar cualquier reacción química hay una cierta cantidad de energía que al finalizar la reacción se ha disipado. La dirección en que la reacción ocurre está dada por un gradiente de energía. La energía será disipada de un estado de mayor energía a otro menor (aumentado la entropía o “desorden” de las moléculas, átomos, etc.). Si pensamos en la fotosíntesis, la energía solar (energía libre, útil) es transformada, disipada, al construirse otras moléculas necesarias para generar componentes de la célula y de la planta. La planta esta viva, porque disipa energía de manera eficiente para generar el material que la constituye (se autoorganiza).

Según la segunda ley de la termodinámica, la energía fluye en un gradiente y es degradada, disipada, dispersada, hasta igualar la cantidad de energía en todas las partes del espacio. Sin embargo, la autoorganización direccionada por un gradiente energético, no es suficiente para definir vida. Si pensamos en el agua de la mochila de un inodoro que es liberada siguiendo la gravedad (disipando energía potencial) el agua se auto-organizará dando círculos. Si las moléculas simples (agua) se exponen a un gradiente específico (desde la mochila del inodoro, un lugar elevado hacia abajo por fuerza de gravedad) se autoorganiza en sistemas y comportamientos mas complejos. Entonces, la autoorganización ocurre también en materia inanimada. Necesitamos algo más para poder definir la vida.

Hay sistemas complejos que además de autoorganizarse, constituyen una red de nodos capaces de autogenerarse. La vida surge, entonces, a partir de la Autopoiesis. El profesor chileno Humberto Maturana es el creador de este término para definir a los sistemas complejos que se organizan en una red en la que cada parte participa en la generación o transformación de los otros nodos, de manera que la red se autogenera. Por ello, Lynn Margulis define a la vida como un verbo. Se trata de un proceso: Los organismos mantienen su estructura y tienen la capacidad de regeneración a pesar de los cambios en sus condiciones externas; capaces de crear sus propios componentes así como modificar su composición interna. En una célula cada molécula sintetizada (creada) influye y participa en la creación de más moléculas similares y en el resto de las moléculas. Es una compleja red metabólica. De la misma manera todos los organismos están interrelacionados en una compleja red que abarca relaciones entre los organismos de un ecosistema y relaciones entre ecosistemas.

Esta interrelación entre todos los organismos que conforman la biósfera (el conjunto de los seres vivos propios del planeta Tierra) llevó a desarrollar la Teoría de Gaia. Esta teoría fue creada por James Lovelock, un científico estadounidense, que trabajando para la NASA comprendió que el planeta Tierra es un “Planeta Vivo”, ya que la tierra es un sistema complejo autoorganizado, autopoiético que presenta propiedades emergentes. La Tierra es una entidad compleja que implica a la biosfera, atmósfera, océanos y tierra; constituyendo en su totalidad un sistema retroalimentado que mantiene condiciones físico-químicas óptimas para la vida en el planeta.  Toda la vida de la tierra en su conjunto interacciona y tiene la capacidad de mantener las condiciones en que sea posible la continuidad de su existencia. Así, se ha mantenido durante miles de años las temperaturas medias óptimas para la vida, las concentraciones salinas de los océanos en cuya regulación participan los organismos, etc.

En la película AVATAR el director toma la base de la teoría de Gaia para relatar la historia de los habitantes de “Pandora”. Ellos, a diferencia de sus voraces invasores, son capaces de comprender que la vida sólo puede existir gracias a una intrincada red de relaciones e interconexiones entre todos y cada uno de sus componentes.

Afortunadamente, científicos comprometidos están informando desde hace varios años acerca de la importancia de los procesos de integración y asociación en el mantenimiento de la vida y su implicancia evolutiva. Actualmente, los puntos de vista integracionistas, holísticos, en contraposición a los tradicionales puntos de vista individualistas, egoístas y competitivos, están tomando relevancia, lo que representa un gran paso en el conocimiento científico que ha permanecido durante mucho tiempo arraigado a dogmas bastante alejados de la realidad.

Fin y medio. El concepto de autoorganización en Kant


“Un producto organizado de la naturaleza es aquél en que todo es fin, y, recíprocamente, también medio (…), nada acontece por azar”. (Crítica de la Facultad de Juzgar, 1790).

En su Crítica de la Facultad de Juzgar (CFJ)( Kant, 1790), Immanuel Kant llega a plantear sus concepciones acerca de lo orgánico. Kant primero da un paso crucial: introduce la causalidad por fines al lado de la causalidad mecánica. Considera insuficiente la perspectiva mecanicista para explicar el organismo, que es un objeto de la naturaleza, cuyas partes se relacionan entre ellas y producen un todo por su causalidad y, al mismo tiempo, el todo es causa final de la organización de las partes (“todo es recíprocamente fin y medio”). La sola existencia de los productos naturales parece requerir de una explicación teleológica. Necesariamente tenemos que introducir este otro principio, el de finalidad, cuya función reguladora es esencial para la explicación de la mera existencia de los seres vivos. Escribe: “una cosa existe como fin natural cuando es de suyo causa y efecto (si bien en un doble sentido); pues hay aquí una causalidad tal que no puede ser enlazada con el simple concepto de una naturaleza sin atribuirle un fin a ésta, pero que puede, entonces, y sin contradicción, ser pensada, mas no concebida.”(CFJ,302; citado en Moreno del Camto, 2009). Mas adelante explica: “Un ser orgánico, pues, no es mera máquina, que tiene exclusivamente fuerza motriz, sino que posee en sí fuerza formadora, y una que él comunica a materias que no la tienen (las organiza); posee pues, una fuerza formadora que se propaga, la cual no puede ser explicada por la sola facultad de movimiento (el mecanismo).”(CFJ, 305).

Hacia finales del siglo XVIII, Kant observa la incapacidad del mecanicismo para explicar y comprender a los organismos. Y además, deja en claro en tiempos previos a que Lamarck escriba su “Filosofía Zoológica”, y antes que la biología tome forma como ciencia, que la vida consiste en autoorganización. Para explicarla, Kant reestablece la teleología como ciencia explicativa útil.

En la teleología tenemos que reflexionar para poder encontrar el concepto adecuado a un objeto empírico, y, en este sentido es que se requieren nuestras facultades creativas. “La contribución de kant habría consistido en ofrecer no sólo el núcleo, a saber, el conjunto de supuestos fundamentales que sirven de base a los principios centrales de la concepción de la naturaleza de lo orgánico, sino también el proyecto de algunas directrices para conducir la investigación, especialmente “un rasgo central de todos los enfoques telo-mecanicistas, a saber, el concepto de morfotipo” o plan de organización.” (Moreno del Canto, 2009; Álvarez, 1998, 53 (.pdf)).

Lo que Kant observaba fue posteriormente (actualmente) complementado por varios científicos, que continuaron una “línea lamarckiana” de pensamiento critico y una crítica, en el sentido kantiano, de la naturaleza (crítica como conocimiento) y establecieron teorías holísticas, como Lynn Margulis (endosimbiosis), Maturana y Varela (autopoiesis y autoorganización) y Zilber-Rosenberg y Rosenberg (hologenoma).

Alvarez, J.R. (1998). Una débil esperanza: la idea kantiana de una ciencia
biológica. Revista Thémata, Núm. 20, págs. 49-66

Moreno del Canto, M. (2009). La contribución de Kant al pensamiento
biológico en la “Crítica de la facultad de juzgar”Rev. Medicina y Humanidades. Vol. I. N° 3. (Sept.-Dic.).

Kant, E. (1790). Crítica de la facultad de juzgar.

 

Emiliano Salvucci –