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Los códigos genéticos e informáticos comparten sorprendentes similitudes

Los programas de Linux y las bacterias expanden sus elementos más esenciales siguiendo el mismo mecanismo, revela un estudio


La teoría de la "supervivencia del más apto" de Darwin puede aplicarse tanto a los sistemas biológicos como a los sistemas informáticos, sugiere una investigación del BNL y de la la Stony Brook University de Nueva York. El análisis del genoma de 500 bacterias y de 200.000 paquetes Linux ha revelado que estas dos redes complejas utilizan el mismo mecanismo para expandir sus componentes clave. La razón de esta similitud estaría en que las dos son sistemas de acceso libre, afirman los científicos.





La teoría de la "supervivencia del más apto" de Charles Darwin se refería originalmente a la selección natural de los sistemas biológicos, pero una nueva investigación del Brookhaven National Laboratory (BNL) y de científicos de la Stony Brook University de Nueva York ha demostrado que esta teoría también puede aplicarse a sistemas tecnológicos .

El biólogo computacional Sergei Maslov, miembro del personal de investigación del BNL y de la Stony Brook University, trabajó con Yau Pang, estudiante del Departamento de física y astronomía de dicha Universidad, para comparar la frecuencia de supervivencia de los componentes de dos sistemas complejos aparentemente muy distintos: el genoma bacteriano y los sistemas operativos Linux. Su trabajo ha sido publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) este mes de abril.

El misterio de la necesidad

Maslov y su colaborador se propusieron analizar porqué algunos genes especializados o programas informáticos concretos son muy comunes mientras que otros son una excepción, con el fin de determinar cuántos de los componentes de estos sistemas resultan tan importantes como para no poder ser eliminados.

Maslow explica en un comunicado de la Stony Brook que si un genoma bacteriano no tiene un gen particular, morirá. ¿Cuántos de sus genes son hasta tal punto necesarios?

Lo mismo ocurre con los sistemas de software. Estos tienen diversos componentes, pero requieren sobre todo de aquellos que trabajan en conjunción con otros de manera adecuada para prosperar.

Utilizando datos de secuenciación masiva de genomas bacterianos, los científicos examinaron la frecuencia de aparición de genes específicos en el genoma de quinientas especies de bacterias.

De este modo, descubrieron una sorprendente similitud con la frecuencia de instalación de 200.000 paquetes Linux (programas empaquetados para su instalación) en más de dos millones de ordenadores.

Linux es un software de colaboración de código abierto que permite a los diseñadores modificar su código fuente para crear programas para uso público.

Selección universal

Los componentes utilizados con mayor frecuencia, tanto en los sistemas biológicos como en los ordenadores, son aquellos que aceptan la mayoría de las generaciones subsiguientes.

Es decir, cuanto más sea necesario un elemento para otros, mayor será la probabilidad de que dicho elemento resulte preciso para la funcionalidad completa de un sistema. Puede parecer lógico, pero lo sorprendente de este descubrimiento es su universalidad.

"Es casi esperable que la frecuencia de uso de cualquier componente esté relacionada con la cantidad de componentes que dependen de él. Pero hemos descubierto que podemos determinar el número de componentes cruciales - aquellos sin los que otros elementos no podrían funcionar- mediante un simple cálculo que resulta válido tanto para los sistemas biológicos como para los sistemas informáticos", explican los científicos.

Tanto en el caso de las bacterias como el de los sistemas computacionales, si se hace la raíz cuadrada de los componentes interdependientes se puede hallar el número de componentes tan esenciales que ningún otro elemento podría sobrevivir sin ellos, señala Maslow.

Red de Firefox (navegador web gratuito) que muestra la naturaleza compleja de los sistemas tecnológicos. Imagen: Ubuntu Linux, creada con el software Cytoscape. Fuente: Tin Yau Pang.
Red de Firefox (navegador web gratuito) que muestra la naturaleza compleja de los sistemas tecnológicos. Imagen: Ubuntu Linux, creada con el software Cytoscape. Fuente: Tin Yau Pang.
La ecuación es válida solo en libertad

El cálculo puede aplicarse igualmente a ambas redes complejas porque las dos son ejemplos de sistemas de acceso libre, y cuentan con componentes que se instalan de forma independiente.

"Las bacterias son como los BitTorrents de la biología", afirma el científico haciendo referencia a un popular protocolo para el intercambio de archivos extensos a través de Internet.

Estos minúsculos organismos “tienen un gigantesco fondo común de genes que comparten libremente entre ellas. Los sistemas bacterianos pueden añadir o eliminar genes de su genoma a través de lo que se conoce como transferencia genética horizontal, un proceso que les permite intercambiar ‘archivos’ fácilmente ", explica Maslov.

Lo mismo ocurre con los sistemas operativos Linux, que permiten la instalación gratuita de los componentes creados, para que estos sean compartidos por multitud de diseñadores independientes.

En cambio este cálculo no sería válido para, por ejemplo, un sistema operativo Windows, que solo ejecuta programas propietarios. Tal vez por eso, en noviembre de 2007, Linux era el sistema operativo del 85% de las supercomputadoras más poderosas, comparado con el 1,2% de Windows; y en febrero de 2008, cinco de las diez empresas más confiables proveedoras de internet usaban Linux, mientras que solo dos usaban Windows.

Los defensores del software libre afirman que la fuerza clave de Linux es que respeta lo que ellos consideran son las libertades esenciales de los usuarios: la libertad de moverlo, estudiarlo y cambiarlo, así como de redistribuir copias. La genética de las bacterias podría estar dándoles la razón.

Referencia bibliográfica:

T. Y. Pang, S. Maslov. Universal distribution of component frequencies in biological and technological systems. Proceedings of the National Academy of Sciences (2013). DOI: 10.1073/pnas.1217795110.


Viernes, 19 de Abril 2013
Stony Brook University/T21
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Nota



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1.Publicado por Cornelio González el 19/04/2013 22:59

Con el fin de hacerle unos posteriores comentarios, trascribo a continuación los siguientes cuestionantes apartes del artículo: “La supervivencia del más apto se aplica ahora a los equipos de cómputo. En la edición de PNAS 09 de abril, Stony Brook y un alumno ya graduado, publican hallazgos que identifican notables similitudes entre los códigos genéticos y los programas del ordenador” * :

“Utilizando datos de la secuenciación masiva de genomas bacterianos, que ahora son parte del Departamento de Biología de Sistemas Base de Conocimientos de la Energía (KBase), los investigadores examinaron la frecuencia de ocurrencia de los genes en los genomas de 500 especies de bacterias y descubrieron una sorprendente similitud con la frecuencia de la instalación de 200.000 paquetes de Linux en más de 2 millones de ordenadores individuales. Linux es un software de colaboración de código abierto, lo que permite a los diseñadores modificar el código fuente para crear programas para uso público”.

“Los componentes utilizados con más frecuencia, tanto en los sistemas biológicos como en los ordenadores son aquellas que permiten tener más descendientes. Es decir, cuanto más un elemento es invocado sobre los demás, lo más probable es que sea también más requerido para la funcionalidad completa de un sistema. Puede parecer lógico, pero lo que en verdad es sorprendente de este descubrimiento, es su universalidad”.

“Es casi seguro, que la frecuencia de uso de cualquier componente se correlaciona con la cantidad que los otros componentes dependan de él ", dijo Maslov. “Pero mediante un simple cálculo que es válido, tanto en los sistemas biológicos como en los sistemas informáticos, encontramos que podemos determinar un número de componentes cruciales: son aquellos sin los que los otros componentes no podrían funcionar”.

“Tanto para las bacterias como para los sistemas informáticos, se puede encontrar que al tomar la raíz cuadrada de los componentes interdependientes el número de componentes clave es tan importante que ningún otro elemento podría sobrevivir sin ellos. El hallazgo se aplica igualmente a las complejas redes informáticas. Ambos casos constituyen ejemplos de sistemas de acceso libre con componentes que se instalan de forma independiente”.

"Las bacterias son los verdaderos BitTorrents de la biología", dijo, refiriéndose a un popular protocolo de intercambio de archivos. "Estos tienen un enorme fondo común de genes que comparen libremente entre sí. Los sistemas bacterianos pueden añadir o eliminar genes de su genoma a través de lo que se conoce como una “transferencia horizontal” de genes, una especie de intercambio de archivos entre las bacterias ", dijo Maslov”.
.
“Lo mismo ocurre con los sistemas operativos Linux, que permiten la instalación gratuita de los componentes creados y compartidos por una multitud de diseñadores independientes entre sí. La teoría no sería válida para, por ejemplo, un sistema operativo Windows, el cual sólo se ejecuta programas de su exclusiva propiedad”. (Hasta aquí la trascripción de los apartes del artículo de Stony Brook).

Mis comentarios:

Comienzo por el parágrafo final : “…Lo mismo ocurre con los sistemas operativos Linux, que permiten la instalación gratuita de los componentes creados y compartidos por una multitud de diseñadores independientes entre sí. La teoría no sería válida para, por ejemplo, un sistema operativo Windows, el cual sólo se ejecuta programas de su exclusiva propiedad…”.

Y en los términos de nuestra biológica condición humana, la razón para hacerlo es precisamente la mancomunidad de nuestro código genético con los demás componentes del reino animal, mancomunidad la cual y mediante la "trasferencia horizontal" de genes nos ha permitido precisamente evolucionar hasta nuestra actual condición de animales superiores.

Pero, por lo menos en mi caso personal, lo de “animales superiores” pongo seriamente en duda hasta tanto no resolvamos por nosotros mismos la grave crisis existencial a la que en estos precisos momentos estamos abocados por cuanto, los “animales superiores” que somos, estamos acabando con nuestra propia casa: el planeta que nos alberga y nos provee de los medios para subsistir.

A partir de la página 224 de mi obra virtual “Hombre=Cosmos”, www.hombreycosmos.org aparece el Apéndice 23: 1/49= 0.020408163265306122448979591836734693877551… o ciclo decimal que describe la geometría y dinámica de la rotación sobre sí mismos, inherente a los 24 pares de cromosomas humanos. A partir de este ciclo y tomándolo bien, como la unidad inicial o bien, desarrollando su cuantificación fraccionario-decimal 1/49, 2/49, 3/49… etc., se genera una matriz numérica definida por 49/49= 1= 0.999999999999999999999999999999999999999999 (42 nueves) o lo que es lo mismo: su UNITARIA TOTALIDAD, la cual se halla constituida por 48 estados cuánticos (léase: cromosomas), coordenados estos a su vez de manera cartesianamente compleja y en tanto que 24 pares de cromosomas, de la siguiente manera, (la ordenada va en el espacio vertical dejado en blanco, al interior de los 48 estados cuánticos de la matriz):


00/49 =.............................................. 0 ......................................= 0/7= la NADA: Límite absoluto

01/49 = 0.020408163265306122448 979591836734693877551....
02/49 = 0.040816326530612244897 959183673469387755102....
03/49 = 0.061224489795918367346 938775510204081632653....
04/49 = 0.081632653061224489795 918367346938775510204....
05/49 = 0.102040816326530612244 897959183673469387755....
06/49 = 0.122448979591836734693 877551020408163265306....
07/49 = 0.142857142857142857142 857142857142857142857.... = 1/7
08/49 = 0.163265306122448979591 836734693877551020408....
09/49 = 0.183673469387755102040 816326530612244897959....
10/49 = 0.204081632653061224489 795918367346938775510....
11/49 = 0.224489795918367346938 775510204081632653061....
12/49 = 0.244897959183673469387 755102040816326530612....
13/49 = 0.265306122448979591836 734693877551020408163....
14/49 = 0.285714285714285714285 714285714285714285714... = 2/7.
15/49 = 0.306122448979591836734 693877551020408163265....
16/49 = 0.326530612244897959183 673469387755102040816....
17/49 = 0.346938775510204081632 653061224489795918367....
18/49 = 0.367346938775510204081 632653061224489795918....
19/49 = 0.387755102040816326530 612244897959183673469....
20/49 = 0.408163265306122448979 591836734693877551020....
21/49 = 0.428571428571428571428 571428571428571428571.... = 3/7
22/49 = 0.448979591836734693877 551020408163265306122....
23/49 = 0.469387755102040816326 530612244897959183673....
24/49 = 0.489795918367346938775 510204081632653061224....

(24.5)/49= --------------------------------------------------------------Abscisa = 1/2= 0.5= media aritmética

25/49 = 0.510204081632653061224 489795918367346938775....
26/49 = 0.530612244897959183673 469387755102040816326....
27/49 = 0.551020408163265306122 448979591836734693877....
28/49 = 0.571428571428571428571 428571428571428571428.... = 4/7
29/49 = 0.591836734693877551020 408163265306122448979....
30/49 = 0.612244897959183673469 387755102040816326530....
31/49 = 0.632653061224489795918 367346938775510204081....
32/49 = 0.653061224489795918367 346938775510204081632....
33/49 = 0.673469387755102040816 326530612244897959183....
34/49 = 0.693877551020408163265 306122448979591836734....
35/49 = 0.714285714285714285714 285714285714285714285.... = 5/7
36/49 = 0.734693877551020408163 265306122448979591836....
37/49 = 0.755102040816326530612 244897959183673469387....
38/49 = 0.775510204081632653061 224489795918367346938....
39/49 = 0.795918367346938775510 204081632653061224489....
40/49 = 0.816326530612244897959 183673469387755102040....
41/49 = 0.836734693877551020408 163265306122448979591....
42/49 = 0.857142857142857142857 142857142857142857142.... = 6/7
43/49 = 0.877551020408163265306 122448979591836734693....
44/49= 0.897959183673469387755 102040816326530612244….
45/49 = 0.918367346938775510204 081632653061224489795....
46/49 = 0.938775510204081632653 061224489795918367346....
47/49 = 0.959183673469387755102 040816326530612244897....
48/49 = 0.979591836734693877551 020408163265306122448....

49/49 = 0.999999999999999999999 999999999999999999999............. =7/7= Límite asintótico
49/49 =............................................. 1 ……………………….= 7/7= TOTALIDAD= Límite absoluto

………....20408163265306122449……20408163265306122449..-----= Constantes: bajan-suben
…………………………11•13•127•2689•459691•909091…….......= Factores primos de constantes

49/49 = 1 = 42 nueves: factores primos:
(3.3.3) • (7.7) •11•13•37• 43•127•239•1933•2689• 4649•459691• 909091•10838689


Pues bien, teniendo siempre muy presente que cada uno de los 48 estados cuánticos de la matriz numérica es igualmente un diferentemente cuantificado estado de rotación sobre si mismo del estado inicial 1/49, se puede entrever en ello la importancia que tiene la colocación exacta de segmentos de números (léase: genes) dentro del contexto general de las 42 cifras que constituyen al estado inicial 1/49. Y es precisamente esta la condición que se cumple en el caso de la “trasferencia horizontal” de genes, cuando un segmento específico de genes es en cierta manera “inyectado” en otra secuencia específica de otro gen, trasformando a su vez a este último en otro gen totalmente diferente: por ejemplo, en su estado natural el par cromosómico constituido por 5/49 y 44/49 se encuentra coordenado de manera compleja por la UNITARIA TOTALIDAD 49/49= 1, así, (la ordenada va en el espacio vertical dejado en blanco):

05/49 = 0.102040816326530612244 897959183673469387755….
(24.5)/49------------------------------------------------------------= abscisa= 1/2=0.5 o media estadística
44/49= 0.897959183673469387755 102040816326530612244….
____________________________________________________
49/49= 0.999999999999999999999 999999999999999999999….

Puede ocurrir sin embargo que cualquier par de cromosomas que entre sí no conformen un par UNITARIAMENTE TOTALIZADO, no obstante se sumen, se adicionen mutuamente y den lugar a otro cromosoma diferente, por ejemplo, los cromosomas 3 y 31 conformando el cromosoma 34:

03/49 = 0.061224489795918367346938775510204081632653....
31/49 = 0.632653061224489795918367346938775510204081....
___________________________________________________
34/49 = 0.693877551020408163265306122448979591836734...

En un caso como este, es de suponer que al aparecer un inesperado cromosoma en un tambien inesperado lugar del cromosómico “campo” matricial, sucedan en su interior unos ajustes que, o bien dan lugar a mortales resultados y el sistema cromosómico como tal desaparezca, o por el contrario, se obtengan mejoras sustanciales en el rendimiento del mismo y este evolucione a estadios más altos y de mayor perfección.

Con las anteriores explicaciones quedan fácilmente comprensibles las ideas que de los investigadores de Stoney Brook he trascrito al principio de este mi comentario, pero más especialmente las contenidas en estos dos parágrafos, los cuales nuevamente trascribo:

“Los componentes utilizados con más frecuencia, tanto en los sistemas biológicos como en los ordenadores son aquellas que permiten tener más descendientes. Es decir, cuanto más un elemento es invocado sobre los demás, lo más probable es que sea también más requerido para la funcionalidad completa de un sistema. Puede parecer lógico, pero lo que en verdad es sorprendente de este descubrimiento, es su universalidad”.

“Es casi seguro, que la frecuencia de uso de cualquier componente se correlaciona con la cantidad que los otros componentes dependan de él ", dijo Maslov. “Pero mediante un simple cálculo que es válido, tanto en los sistemas biológicos como en los sistemas informáticos, encontramos que podemos determinar un número de componentes cruciales: son aquellos sin los que los otros componentes no podrían funcionar”.

Para una mayor comprensión de los temas aquí tratados sugiero a los lectores una concienzuda lectura, tanto del Apéndice 3: Hombre y Universo: ¿uno y el mismo “software”?, página 55 y siguientes, como del Apéndice 23: 1/49= 0.020408163265306122448979591836734693877551… o ciclo decimal que describe la geometría y dinámica de la rotación sobre sí mismos, inherente a los 24 pares de cromosomas humanos.

………………………………………………………………………

*http://commcgi.cc.stonybrook.edu/am2/publish/General_University_News_2/Survival_of_the_Fittest_Now_Applies_to_Computers.shtml

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