Modelos matemáticos para entender la naturaleza
Abstraer los elementos básicos que definen la vida a través de
la modelación matemática es el objetivo de Gerardo Mendizábal Ruiz, profesor
investigador en el Departamento de Ciencias Computacionales de la Universidad
de Guadalajara (UDG), quien presentó su trabajo reciente en el Congreso
Nacional de Ingeniería Biomédica (CNIB) en la ciudad de Mérida, Yucatán,
México.
“Lo
que tratamos de hacer son modelos matemáticos que nos permitan hacer
simulaciones de lo que ocurre en los ecosistemas. No estamos tratando de
orientarnos particularmente a una especie, sino que estamos tratando de
encontrar los mecanismos que rigen los procesos de la vida”, señaló en
entrevista con la Agencia Informativa Conacyt.
Gerardo
Mendizábal Ruiz, doctor en ciencias con especialidad en computación, y
Alejandro Morales Valencia, doctor en genética humana, trabajan en la modelación
matemática de dos componentes básicos de la vida: el metabolismo y la
evolución.
De
acuerdo con Mendizábal Ruiz, adscrito con nivel candidato al Sistema Nacional
de Investigadores (SNI), a través del metabolismo todo ser vivo toma productos
y energía del medio, los procesa y de esto obtiene bloques para construirse a
sí mismo, para moverse, reproducirse, interactuar con el medio y, todo lo que
no fue utilizado, lo regresa.
“Todo
lo que regresa al medio puede ser o no utilizado por otras entidades, es decir,
los desechos de una especie pueden ser el alimento de otra. Esas interacciones
crean un ecosistema y en un nivel donde tenemos más de estos individuos se crea
un ecosistema muy complejo”, señaló.
Dr.
Gerardo Mendizábal Ruiz. Para los investigadores, estas interacciones son las
que generan organismos complejos que representan la vida. “Sabemos que a través
de miles de años, la vida en la Tierra se ha diversificado gracias al fenómeno
en el que las entidades cambian poco a poco y se recombinan con otras para
crear nuevas entidades”, comentó.
En
palabras de Mendizábal Ruiz, estos comportamientos pueden observarse más allá
de la biología, por ejemplo, en la evolución de la música, donde ciertas
corrientes influencian a compositores, que procesan elementos de estas y los
recombinan en una nueva forma musical.
“Esto sucede en diferentes aspectos donde intervienen los seres
vivos. Nosotros creemos que podemos hacer un modelado matemático de esto y, al
mismo tiempo, hacer simulaciones”, apuntó.
Búsqueda de vida a través de la computadora
Búsqueda de vida a través de la computadora
El
éxito de los algoritmos basados en el comportamiento biológico, como son los
algoritmos genéticos y las estrategias evolutivas, ha sido la inspiración de
Mendizábal Ruiz para iniciar su investigación en este campo científico.
“En
nuestros modelos no queremos reinventar operadores (de mutación, de cruza,
etcétera) que ya existen y se han demostrado en estos algoritmos bioinspirados.
Lo que pretendemos es adoptarlos para hacer que nuestros modelos metabólicos
vayan evolucionando. Es integrar todo esto en un área nueva que es la de la
vida artificial”, comentó.
Actualmente,
el proyecto busca explorar preguntas fundamentales acerca de la vida a través
de las computadoras. Con las herramientas de cómputo de alto rendimiento, es
posible realizar simulaciones de modelos matemáticos de la forma en que los
individuos podrían interactuar con un medio artificial definido por los investigadores,
así como evolucionar e interactuar con otros elementos simulados en el interior
de una computadora, de tal manera que en algún momento se genere un medio como
la vida.
“Si
observamos comportamientos particulares que se asemejen a lo que nosotros vemos
en los organismos vivos, será un momento interesante porque vamos a
preguntarnos '¿esto está vivo?' y eso es algo que todavía no sabemos. La
hipótesis es que esto va a suceder, pero hay un largo camino que recorrer para
llegar ahí. Tal vez la pregunta filosófica será '¿desconecto la computadora o
no?'”, señaló.
Además
de la caracterización de los mecanismos del metabolismo y la evolución, una de
las aplicaciones futuras de esta línea de investigación es en la clasificación
de imágenes.
Los
modelos metabólicos tienen la posibilidad de asimilar los patrones que existen
dentro de una imagen, por ejemplo, de un tumor cancerígeno. De esta forma, se
alimentan de estos patrones y, al metabolizarlos, pueden encontrar un medio de
subsistencia, reproducción, evolución y prosperidad como especie.
“La
idea es que estos que vivieron en un ambiente donde se alimentaban de patrones
de imágenes donde había cáncer ya son expertos en el tema, y si los suelto en
alguna otra imagen de la misma modalidad en la que quiero detectar dónde hay
una afectación de cáncer, en el sitio en el que los encuentre después de algún
tiempo es la región que yo estoy buscando”, apuntó.
Fuente: NCYT. Extraído de:
http://noticiasdelaciencia.com/not/21570/modelos-matematicos-para-entender-la-naturaleza/
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