Modelos de selección natural basados en energía

Abstract

Desde el trabajo de Darwin, El origen de las especies, la selección natural (supervivencia de los más aptos) ha sido cada vez más aceptado como el mecanismo por el cual las especies evolucionan y se extinguen. A pesar de su creciente popularidad, no hay un consenso general acerca de cómo determinar cuáles son, realmente, las especies más aptas. Para solucionar esto, proponemos una manera de estudiar la selección natural que no se basa en buscar una función a optimizar sino en imponer una restricción fundada en las necesidades energéticas de los seres vivos. Nuestro modelo captura la forma general en la que las características fisiológicas (fenotipo) codificadas en el ADN (genotipo) determinan el balance entre sus costos y retribuciones. De generación en generación, los parámetros de esas restricciones se mutan aleatoriamente, y los individuos no tienen ningún objetivo en particular. Ni siquiera el de sobrevivir está impuesto como un objetivo en sí, sino que lo hacen los que pueden. Al incorporar una competencia por una fuente de energía compartida (recurso) surge la noción de aptitud genética en la supervivencia reiterada de individuos con ciertos rasgos comunes. Estudiamos algunos casos particulares de la dinámica energética que surge del balance entre costo y retribución. En primera instancia, cadenas booleanas cuyos bits interpretamos como genes activos o inactivos (y asociados con un consumo, retribución máxima, y un estado booleano sucesivo de cada individuo) sirvieron para estudiar distintas dinámicas de recuperación de recurso en “seres vivos” más similares a moléculas prebióticas. Luego, para estudiar la transmisión de información genética, nos deshicimos de los estados booleanos y tratamos con un consumo, retribución máxima y tasa de reproducción constantes para cada individuo, permitiendo definir una “distancia” genética de manera más objetiva. En una tercera etapa, consideramos el costo (principalmente metabólico y cinético) que tiene asociado un cuerpo de cierto tamaño, pudiendo moverse a una velocidad limitada por el mismo. Finalmente, agregamos un grado de libertad al modelo anterior, con la velocidad independiente al tamaño, para producir un escenario más realista. Hicimos variaciones a los diferentes casos y observamos cómo estas influían en los resultados ya reportados. Hallamos que muchos de los resultados conocidos de la biología teórica y cuantitativa surgen en este tipo de modelos sin incorporarlos explícitamente. Estos incluyen pero no se limitan a la exclusión competitiva, el equilibrio puntuado, la sensibilidad a condiciones iniciales, la convergencia evolutiva, la especiación, y el altruismo grupal a pesar de reglas egoístas individuales.