El camino del Holobionte: un modelo simple [*]

El concepto de holobionte tiene varias definiciones, siendo la más simple «cualquier sistema simbiótico». Pero esa definición nos dice poco sobre lo que motiva a los holobiontes y, a menudo, se limita arbitrariamente a los sistemas microbianos. El concepto de «holobionte» es más amplio y se basa en una definición funcional: un holobionte es cualquier cosa que se comporta como un holobionte, es decir, en términos de las interacciones entre las criaturas que lo componen. Aquí, el truco maestro es la simbiosis, concebida como una interacción beneficiosa para todos extendida a nivel de red. En los holobiontes, todas las criaturas están vinculadas entre sí (directa o indirectamente) en una red de interacciones que implican ventajas para todas las criaturas involucradas. 

Pero, ¿cómo funciona este mecanismo en el que todos ganan? Se explica mejor con un ejemplo. Muchos tipos de sistemas, incluso los no biológicos, pueden funcionar de la misma manera que los holobiontes microbianos. Entonces, la red más simple que se me ocurre como ilustración del mecanismo del holobionte es una bandada de pájaros. Cada pájaro se comunica visualmente con otros pájaros. Hay varios modelos fascinantes de cómo vuelan las bandadas de pájaros, pero aquí veamos un sistema aún más simple: pájaros buscando alimento en un campo. Un pájaro ve algo sospechoso, vuela y, en un momento, todos los pájaros se van volando. Ahí lo tiene: https://youtu.be/DRl2Vnpp4JI

Puede ver en la figura siguiente el ajuste del número de pájaros voladores en función del tiempo mediante una función logística.

El mecanismo de esta interacción es simple: un pájaro detecta un depredador y se va volando. El mensaje llega a todos los demás nodos de la red de aves como un «meme», una unidad básica de comunicación. El meme «un depredador está cerca» se difunde por toda la red y rápidamente todos los pájaros se van volando. Tenga en cuenta que el pájaro que ve un depredador actúa sólo en vista de su propia supervivencia: hace lo que haría si estuviera solo. Pero todas las aves se benefician de que el pájaro actúe como «centinela». Es una estrategia en la que todos ganan. Por cierto, los seres humanos tendemos a hacer lo mismo. Una multitud humana tiene dos estados básicos: «calma» y «estampida». Pero incluso se puede decir que los humanos tenemos sólo dos estados según el principio propuesto por James Schlesinger: complacencia o pánico.

 
Intentemos ahora modelar este comportamiento. Podemos utilizar el modelo «SIR» (susceptible, infectado, eliminado), muy conocido en epidemias. Llamamos » S » al número de miembros «normales» de la población de aves, I al número de los que, presa del pánico, se fueron volando. R es el número de pájaros que se recuperaron del pánico y volvieron a posarse. 

Aquí están las ecuaciones del modelo SIR: 

S’=-k1SI

I’= k1SI-k2I

El símbolo del apóstrofe indica la primera derivada con respecto al tiempo. Los k(s) son constantes positivas. Hay una tercera ecuación para R, pero no es necesario escribirla ya que R’ es simplemente igual a k2I.

Este sistema no tiene una solución analítica, pero se puede resolver fácilmente de forma iterativa. El resultado es la típica curva en forma de campana que se observa cuando estalla una epidemia en una población. 

Nótese cómo no toda la población está infectada; una fracción permanece intacta. Tienen una «inmunidad natural», en este caso una inmunidad memética. Esta fracción se puede calcular como aproximadamente igual a k2/k1 (tome la segunda derivada de S y aproxime I =0, para t>>0). El meme se difundirá más cuanto mayor sea el factor de difusión, k2, pero eso se verá obstaculizado por el factor de decadencia, k3. 

El sistema es evolutivo. La relación k2/k1 está calibrada de forma que se optimice el consumo de energía: cada ave que vuela consume una determinada cantidad de energía metabólica que debe compararse con la energía que perdería la bandada si una o más aves no volaran.

En general, para una bandada de pájaros, la proporción k2/k1 es grande, pero eso no significa que todos los pájaros se vayan volando inmediatamente cuando reciben el meme «depredador». Vea este clip (en el que aparece mi nieta Aurora): 

Verá que las palomas en un parque público son mucho más difíciles de asustar que las aves silvestres al aire libre. Han aprendido que los humanos no son tan peligrosos, por lo que el meme «hay un depredador aquí» no genera la misma respuesta de huida rápida que el otro vídeo de arriba. Es un caso de «inmunidad colectiva memética».

Estas son sólo notas iniciales sobre cómo el concepto de «holobionte» está estrictamente vinculado a la estructura de red que lo crea. Algunas estructuras de red son mucho más complejas que las simples «celosías» formadas por una bandada de pájaros o una manada de herbívoros. Una teoría general que clasifica estas estructuras es la «Teoría de la Información Integrada» (IIT) propuesta por Giulio Tononi y otros como explicación del fenómeno llamado «conciencia». 

Personalmente, no estoy seguro de si la conciencia se puede medir en términos de la función «phi» propuesta por Tononi, pero la idea tiene aplicaciones interesantes con los holobiontes, ya que trata sobre cuántos estados puede tener una red. Una bandada de pájaros puede tener sólo dos estados, un cerebro humano… bueno, digamos un número grande (enormemente grande). Entonces, los holobiontes podrían clasificarse en términos de su valor Phi según el IIT. Pero este es un tema complicado que merece ser tratado con más detalle en otra entrada. 

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Fuente: 16.09.2023, desde el blog de Ugo Bardi “The Proud Holobionts” (“Los
Orgullosos Holobiontes”), autorizado por el autor.