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Los códigos genéticos e informáticos comparten sorprendentes similitudes

abril 19, 2013

Por Stony Brook University/T21

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.

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.

 

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