Lenguaje Máquina del ADN – Conclusión

Introducción

El objetivo de los artículos previos (Parte 1 y Parte 2) no era solo demostrar la equivalencia entre el ADN y los soportes informáticos de información actuales, sino, dejar una conclusión controversial que se desprende directamente de este análisis y que al parecer, muchos especialistas en biología y genética pasan por alto.

La conclusión que voy a mostrar, en esta parte final del artículo, tiene que ver con una simple comparación entre la cantidad de información que se almacena en el genoma y la cantidad de información que se observa que contiene un organismo vivo.

El primer valor, obtenido del genoma, se puede calcular con bastante precisión con las técnicas actuales de estudio. Desgraciadamente, el segundo valor, referido a la cantidad de información de un ser vivo, no se puede estimar con precisión con el desarrollo actual de la Teoría de la información, pero podemos hacer estimaciones muy generales.

Para nuestro análisis, necesitamos hacer los cálculos de la cantidad de información que contiene un genoma humano, y por otro, de la cantidad de información que realmente vemos en un ser humano. Si consideramos que el genoma es todo lo que se transfiere como información a un nuevo ser, mediante el cigoto, entonces es de esperar que esta cantidad de información, sea suficiente para crear a un ser humano completo, más allá de la información que posteriormente pueda agregar a su corteza cerebral, mediante el aprendizaje, consciente o  no.

Una analogía similar sería que se entregara una máquina empaquetada (sin armar) con todas las  instrucciones necesarias para armarla completamente. Aquel que desee armar la máquina tendría que tener toda la información necesaria, posiblemente en un manual, para poder construir la máquina en su forma final.

Si luego analizáramos la complejidad de la máquina, encontraríamos que esta guarda relación con la complejidad de las instrucciones necesarias para su armado. En pocas palabras, la cantidad de información del manual de instrucciones, sería similar a la cantidad de información de la máquina armada, sin considerar claro la información de cada pieza individual.

Cantidad de información del genoma humano

Person Holding Laboratory Flask

 

Recordando, nuestro cálculo de la seguna parte de este artículo, tenemos que la información máxima que podemos almacenar en un genoma humano, es algo de 800MB, que es más o menos la información que podemos almacenar en un disco compacto actual y mucho menos de lo que podemos guardar en una memoria USB moderna.

De hecho una memoria USB actual de 32GB, no muy costosa, podría almacenar el equivalente a 40 genomas. Entonces ¿Podríamos decir que puedo guardar en mi bolsillo la información necesaria para construir a 40 personas totalmente distintas en su anatomía, fisiología y psicología? Más adelante veremos que esto es completamente falso.

Por ahora consideremos que un ser humano, empieza con una única célula con capacidad de reproducirse y formar a un ser humano maduro y completo, aunque para ello deberá adquirir material adicional (alimento) e información adicional, por medio del aprendizaje y su interacción con el entorno.

Para que el ser humano pueda adquirir esa información adicional, es necesario que haya un soporte material, un hardware con capacidad de almacenar información. Este hardware es también uno de los sistemas que componen al ser humano y que también debe “fabricarse” a partir de la información que viene en el genoma. Así que para fines de cálculo, toda la información adicional que pueda adquirir un ser humano, no se tendrá en cuenta para nuestro cálculo, sino que consideraremos, solo la información para construir a un ser humano como una máquina capaz de aprendizaje posterior.

Entonces nuestra conclusión será que esos 800MB de información, deberían ser suficientes para fabricar el “hardware” completo de una persona (1). Incluyendo los mecanismos de crecimiento, alimentación y desarrollo.

Alguien podría aducir que el proceso de alimentación podría introducir información adicional para el desarrollo de un ser humano, más allá del genoma. Pero hay que considerar que lo que realmente alimenta al ser humano son molécula simples, como aminoácidos, que tienen bajo contenido de información en comparación a las proteínas que se se construyen a partir de ellas.

De hecho podríamos demostrar que el desarrollo del ser humano (más allá de las cuestiones psicológicas y emocionales), puede lograrse suministrándole solo un conjunto reducido de carbohidratos  proteínas, grasas y vitaminas. Esto implica que la información que pueda agregarse al humano, en el proceso de alimentación, es mínima.

Entonces deberíamos mantener la idea de que son esos 800MB de información los que permiten crear la estructura de un ser humano completo. Incluso en ausencia de un desarrollo psicológico normal, sería posible lograr el desarrollo físico de un cuerpo “normal”, que es lo que nos interesa para fines de análisis.

Si analizáramos el desarrollo humano, desde el punto de vista de la ingeniería, tendríamos que es una máquina muy compleja que viene empaquetada pero con capacidad de construirse a si misma (2), de generar su propia energía (adquiriendo combustible externo) y de adquirir  material externo para formar la estructura de su cuerpo.

Esto es, desde luego, tecnología más allá de los límites de nuestro entendimiento.

Cantidad de información en el ser humano

Photo Of Woman Studying Anatomy

En este cálculo, como ya he adelantado, me refiero a la cantidad de información referente solo a la estructura del cuerpo del ser humano y su funcionamiento. Esto implica principalmente a la anatomía y fisiología del cuerpo. No tiene nada que ver con la parte psicológica, emotiva o espiritual del ser humano, ni con la información que pueda adquirir luego como proceso del aprendizaje.

La pegunta que trataremos de responder aquí  será ¿Cuánta información necesitaría para formar el mecanismo completa de un cuerpo humano como lo observamos actualmente?

El enfoque que tomaremos, consistirá en realizar aproximaciones gruesas, principalmente porque desconocemos la estructura completa del ser humano y la forma de cuantificarlo en unidades de información. Estas aproximaciones, sin embargo, serán suficientes para sustentar nuestra conclusión.

La mejor forma de calcular la información total de un sistema sería dividirlo en partes las cuales no comparten información estructural entre ellas. Lo cual es complicado de analizar en el cuerpo humano porque las células, tienen estructuras similares, al igual que los tejidos, que seguramente se pueden obtener a partir de la misma fuente de información.

Una forma de cálculo sería identificar los tipos distintos de células diferenciadas, existentes en el cuerpo humano y luego multiplicar esta cantidad por la cantidad de información particular de cada célula, que la hace diferente a las demás. A este valor habría que sumar la información que comparten todas las células diferenciadas.

Expresado en una fórmula tendríamos:

Donde:

Itotal -> Corresponde a la información total de un cuerpo humano.

Ik -> Corresponde a la información particular de una célula diferenciada.

Ic -> Corresponde a la información que comparten todas las células.

Si bien sabemos que existen al menos 200 tipos de células diferentes en un ser humano, sin contar bacterias o virus, lo complicado es saber la cantidad de información necesaria que almacena una sola célula. Pero podríamos aventurarnos a dar una cifra muy aproximada, desde un punto de vista puramente estructural y funcional.

Si tomamos como base el genoma de un hongo como el Cercospora kikuchii (pudimos haber tomado cualquier otro organismo complejo), y asumiendo que el genoma, es todo lo que necesita el hongo para definir su funcionamiento y estructura, tendríamos que su genoma de 31.1 millones de pares de bases (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352340919310480), nos arroja una cantidad de información de 7.7 MB.

Una célula humana diferenciada, con todos sus sistemas conocidos, debería requerir, en varios órdenes de magnitud,  más información que esos 7.7MB. Si tan solo asumimos que es 10 veces más, tendríamos que una célula humana debería requerir algo de 77MB para justificar su existencia, lo cual tiene sentido, porque es lo que yo esperaría tener como información mínima, si me dieran los planos de construcción de una máquina tan compleja como una célula humana, en lo poco que conozco de ella.

Con este valor podríamos realizar nuestro primer cálculo, multiplicando esta cantidad de información por los 200 tipos distintos de células existentes en el cuerpo humano y obtendríamos que un cuerpo humano no se fabrica con menos de 15 GB de información.

El contenido real de información, debería ser mucho más que este valor calculado, si consideramos la complejidad de las células humanas, pero tomemos esto como un valor mínimo de información, que no puede ser comprimido, es decir, que tiene un nivel alto de entropía.

Otra aproximación

Podríamos intentar otra aproximación, basándonos solo en una observación muy superficial de la parte estructural y funcional de elementos, con información más o menos independiente del cuerpo humano.

Consideremos al cuerpo humano como una construcción de diversos elementos agrupados en sistemas y órganos. Esto incluye huesos, cartílago, músculos, tejido adiposo, sangre, vasos capilares, venas, arterias, etc. Existen, además, otras estructuras adicionales a los órganos comunes, y también existen estructuras complejas dentro de los mismos órganos.

Para simplificar nuestro cálculo, consideremos que existen doce sistemas, y tomemos como referencia el sistema óseo que se compone de 206 huesos independientes. El sistema muscular tiene algo de 800 músculos distintos, y aunque podríamos concluir que su morfología es más simple, su mecánica es más compleja, así que tomemos como referencia solo la cifra de 206 huesos por 12 sistemas, lo que nos da algo 2400 elementos de análisis.

Ahora consideremos un solo hueso como elemento de análisis. No lo analicemos a nivel celular sino a nivel macro, como una máquina elaborada.

Aunque no tenemos una teoría precisa sobre cuantización de la información de sistemas complejos,  hagamos un ejercicio listando (de forma no exhaustiva), las características y funcionalidades de un solo hueso y asociémosle una cantidad mínima de información, aunque pudiera ser con un margen grande de error.

  • Geometría Externa-> Asumamos que toda la información geométrica tridimensional, se puede almacenar como un archivo de vectores de solo 100KB. Considerando que un hueso crece y va tomando formas distintas, simplifiquemos asumiendo que solo se almacenan 10 formas distintas a lo largo de toda la vida de un ser humano. Tenemos entonces 1MB que correspondería a la morfogénesis.
  • Estructura -> Este ítem está referido al material que compone el hueso (tejidos) y a las estructuras internas en 3 dimensiones que dan soporte físico al hueso en todo el tiempo de vida. Aún desconociendo la cantidad exacta de información necesaria, podemos estimar que no sería menos de 10MB, de información, si tuviéramos que guardar esta información como archivo de datos.
  • Crecimiento y regeneración-> Este ítem es difícil de estimar, pero asumamos que podemos guardar esta información en algo de 1MB.

Aún faltaría considerar información adicional como la referente a la nutrición, respiración celular, médula ósea, síntesis de glóbulos rojos, etc. Pero considerando solo estos ítems, podemos estimar que un solo hueso necesitaría no menos de 12MB de información.

Si ahora multiplicamos esta cantidad de información por los 2400 elementos que consideramos al inicio, tendríamos algo de 28GB.

Aquí estamos asumiendo que esos 28GB de información tienen entropía alta de datos, y que los 2400 analizados son independientes en cuanto a estructura y funciones.

Conclusión

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Si bien no podemos hacer cálculos exactos para cuantizar la información que porta el cuerpo humano, si es posible hacer aproximaciones aunque puedan tener márgenes grandes de error.

Las dos cifras obtenidas, aunque son diferentes, demuestran que los volúmenes de información necesario para recrear la estructura y funcionalidad de un cuerpo humano sería del orden de Gigabytes. Y no los 800MB que nos dice el genoma humano. La situación es peor aún si consideramos que existe un alto porcentaje de secuencias repetitivas y lo que se conoce como ADN basura, lo que si se tomara en cuenta, nos indicaría que el genoma solo almacenaría algo de 40MB. Esto resulta realmente ridículo, en comparación a lo que se observa en la práctica.

Solo bastaría ver al ser humano como el conjunto de billones de células (Sí, leyó bien “billones”) altamente especializadas, ocupando el lugar preciso en el tiempo preciso, y trabajando de forma armoniosa en un volumen reducido. Debemos considerar, también, que cada una de estas células es un universo aparte con un alto grado de complejidad, y con sus estructuras y sistemas diminutos, pero funcionales.

Si a estas alturas, alguien sigue pensando que todo esto viene de una célula con 40MB de información, es claro que no ha abierto los ojos.

Algunos investigadores sugieren que el código del genoma no es código maquina puro, sino que es un código intermedio o de alto nivel, que puede ser ejecutado en una máquina compleja como un organismo vivo. Pero esa afirmación carece de sentido porque ese organismo complejo, también viene de una sola célula.

Nadie hasta ahora ha podido fabricar un organismo vivo completo. Experimentos como el Mycoplasma laboratorium, solo prueban que la maquinaria celular funciona con el ADN, venga de donde venga. En el fondo solo somos monos jugando con máquinas complejas que pretendemos conocer.

La conclusión es simple:

–  “No se puede justificar la complejidad del cuerpo humano, asumiendo que se genere únicamente a partir del genoma”.

O dicho de otra forma.

– “La cantidad de información observada en el cuerpo humano, supera con creces a la que viene del ADN”.

Por lo tanto:

– “De alguna forma el cuerpo humano obtiene la información requerida de alguna otra fuente de información adicional al ADN”

Dando un paso más adelante, podríamos deducir que:

Las células del cuerpo humano, y probablemente la de muchos animales, tienen una conexión “inalámbrica” a una fuente externa de información, o a algún tipo de “campo” externo, que dirige el desarrollo de los seres vivos.

Las células del cuerpo humano, y probablemente la de muchos animales, tienen una conexión “inalámbrica” a una fuente externa de información, o a algún tipo de “campo” externo, que dirige el desarrollo de los seres vivos. El genoma podría contener solamente las instrucciones para construir un aparato de comunicaciones viviente.

Es decir, la naturaleza, usa “WiFi” desde hace millones de años.

Puede ser que la frase “Somos uno y todos a la vez” tenga más sentido del que creemos.


(1) Aquí consideramos como persona a un ser humano con sus sistemas desarrollados y que puede ir adquiriendo información a partir de su entorno (Sistema nervioso). Esto es desde luego difícil de definir por cuanto el cerebro empieza a desarrollarse con el cuerpo y no está claro, desde que etapa temprana del ser humano, inicia el aprendizaje.

(2) Aquí se está obviando el apoyo valioso de los padres y de la crianza, solo se analiza el desarrollo celular como proceso que adquiere material exterior (fagocitosis, pinocitosis) para integrarlo a su propia estructura.

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