sábado, 16 de marzo de 2013

Embriología Electrónica


La embriología es la rama de la biología que se encarga de estudiar la morfogénesis, el desarrollo embrionario y nervioso desde la gametogénesis hasta la formación adulta de los seres vivos. La formación y el desarrollo de un embrión es conocido como embriogénesis. Se trata de una disciplina ligada a la anatomía e histología. El desarrollo de un embrión se inicia con la fecundación, que origina la formación del cigoto. Cuando finaliza este proceso, durante el cual se generan todas las principales estructuras y órganos de la criatura, el embrión pasa a llamarse feto.




En términos un tanto extendidos, la embriología es la ciencia biológica que estudia el desarrollo prenatal de los organismos y trata de comprender y dominar las leyes que lo regulan y rigen. El interés en el estudio del desarrollo prenatal es grande, ello se debe a una curiosidad natural, por el hecho de que muchos fenómenos de la vida postnatal tienen su origen y explicación en la etapa de desarrollo prenatal y es importante conocerlos con el fin de lograr una mejor calidad de vida en el ser humano. La anatomía del desarrollo es el campo de la embriología que se ocupa de los cambios morfológicos que ocurren en las células, tejidos, órganos y cuerpo en su conjunto desde la célula germinal de cada progenitor hasta el adulto resultante, la fisiología del desarrollo por otro lado explica el funcionamiento del organismo en estas etapas, sin embargo el desarrollo humano es un proceso continuo que se inicia con la fecundación y termina con la muerte, aunque la mayoría de los procesos tienen lugar en etapa prenatal otros se extienden más allá del nacimiento, ello ha llevado a que se conozca a la embriología con estos horizontes ampliados como la “biología del desarrollo”.

En el departamento de diseño más sofisticado denominado naturaleza, durante más de tres mil millones de años, trabajando día y noche, los 365 días del año, se ha logrado dotar a los seres vivos con la capacidad de sobrevivir durante cientos de siglos, gracias a miles de estrategias que la selección natural ha logrado desarrollar. El resultado de este sistema de producción son seres vivos, que tienen características que ningún sistema construido por el hombre, o ingeniero podría haber pensado: tolerancia a fallas, adaptabilidad y la capacidad de evolucionar. Los seres vivos son sistemas complejos que tienen un gran rango de características interesantes. Los ingenieros consideran interesante desarrollar tecnología con algunas características con las que han sido dotados los seres vivos, tales como la adaptación y tolerancia a fallas, es decir, sistemas biomiméticos que utilizan hasta el momento metodologías no tradicionales de la ingeniería como redes neuronales artificiales, computación evolutiva y electrónica embriológica. Se piensa que estas capacidades puedan constituir la base para el desarrollo de una nueva generación de máquinas computacionales bioinspiradas que darían origen a la vida artificial en el planeta tierra.

Los sistemas biológicos están dotados de una destreza consumada en la resolución de los problemas que se les presentan, gracias al proceso de adaptación en la evolución natural, entendida como el proceso a través del cual los seres vivos perpetúan su existencia mediante una descendencia exitosa. La computación evolutiva aplica esta poderosa filosofía de diseño para encontrar soluciones a problemas difíciles. La evolución natural se rige por dos mecanismos: selección y reproducción. La selección determina a los miembros de una población que sobrevivirán hasta reproducirse, mientras que la segunda garantiza la transmisión de información genética en la descendencia de un organismo.

Después de que la célula fertilizada empezó a dividirse, el número total de células se elevó vertiginosamente. Cuando su número ascendió a cientos de miles y luego a millones, algunos grupos empezaron a dividirse más rápidamente que los demás y comenzaron a desarrollar diferentes formas y características, formando los conjuntos cooperativos conocidos como tejidos. Estos, a su vez, y en una suerte de proceso escultórico, se combinaban para formar unidades funcionales mayores, los órganos. A través de un sistema de comunicación celular y reconocimiento mutuo, las células de todo el organismo actuaban juntas, al unísono, en una misma dirección y con un ritmo similar... Este relato que podría asimilarse al crecimiento de un nuevo ser vivo, en el futuro podría describir la "gestación" de un circuito electrónico. “La embriónica, conocida también como embriología electrónica, es un proyecto de investigación que apunta a la realización de un nuevo tipo de componentes electrónicos que emplean tres características fundamentales de los organismos vivos: organización, diferenciación y división celular”.

Al igual que en los seres vivos, donde el crecimiento y el funcionamiento de cada individuo se orquesta a través de la interpretación, en cada una de sus células, de un programa químico o código genético, la embriónica es el desarrollo casi biológico de unos nuevos dispositivos lógicos que contienen “células diferenciadas” con una “composición genética común”, pero capaces de ejecutar funciones diferentes. Como objetivo final, esta técnica trata de diseñar y construir complejos circuitos electrónicos de muy alta densidad, capaces de comportarse como grupos de células biológicas y con habilidades encontradas hasta ahora sólo en seres vivos como auto-replicación (reproducción), diferenciación, auto-reparación (curación) y evolución.

La naturaleza utiliza principios para la construcción y mantenimiento de los sistemas vivos que ahora se tienen para bio-inspirar al ser humano, tal como sucede con los procesos de crecimiento y desarrollo de los seres vivos dirigidos a través de la interpretación, en cada una de sus células, de un código o programa químico, el ácido desoxirribonucleico, mejor conocido como genoma, escrita con un alfabeto de cuatro caracteres: adenina, citosina, guanina y timina.

Inspirados en ciertas características de la organización celular y adaptándolas al mundo bidimensional de los circuitos integrados, la electrónica embriológica emula propiedades únicas del mundo de los seres vivos, tales como la auto-replicación y la auto-reparación en objetos circuitos integrados denominados organismos artificiales, o como es de agrado de algunos científicos denominarla, vida artificial como hardware, ya que generalmente el concepto de vida artificial se encuentra asociada a la vida artificial como software a partir de los trabajos realizados por el gurú de la misma: Christopher Langton.

La electrónica embriológica está orientada también al desarrollo de circuitos integrados de gran escala con capacidad de auto-reparación y auto-replicación. La auto-reparación permite la reconstrucción parcial en caso de una falla menor y la auto-replicación permite la duplicación completa del dispositivo original en caso de una falla mayor o característica de reproducción. Al contar la humanidad con tal maquinaria, permitirá una revolución tecnológica que incrementará la robótica, la automatización, la tolerancia a fallos, la exploración espacial, la construcción de fábricas auto-replicativas, etc.

Los seres vivos, excepto los organismos unicelulares como virus y bacterias, comparten tres características fundamentales: (1) Organización multicelular. Por medio de la cual un organismo se divide en un número finito de células en donde cada una de ellas realiza una función única: neurona, músculo, intestino, piel, etc. Un mismo organismo puede contener varias células del mismo tipo. (2) Diferenciación celular. En el que se define el papel de cada célula dentro del organismo. (3) División celular. Partiendo de una célula se generan dos células hijas. Durante esta división, todo el material genético de la célula madre, el genoma, se copia a las células hijas. La electrónica embriológica utiliza un modelo basado en autómatas celulares en donde la inspiración viene de los tres principios biológicos expuestos.

Los organismos artificiales cuentan entonces con organización multicelular, donde cada célula contiene un programa que describe completamente la funcionalidad de todo el organismo artificial, a través del genoma, y realiza una función específica en función de su posición dentro del organismo, denominada diferenciación celular, la cual se describe por medio de un subprograma conocido como el gen de la célula, además cuentan con la capacidad de auto-replicarse, mediante la división celular, para dar origen a nuevos organismos.

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