Darwin y la variación adaptativa
Darwin partió de la observación de que los animales producen regularmente mucha más descendencia de la que el suministro de alimentos puede soportar, y las plantas producen muchas más semillas que suficientes para mantener la población de plantas. Esto pone a cada especie en competencia con otras por la supervivencia. Solo los supervivientes alcanzan la madurez y se reproducen.
Casi siempre una especie se reproduce de acuerdo a su propia especie. Darwin propuso que las características de una especie varían lentamente durante muchas generaciones cuando la descendencia excepcional propaga nuevas capacidades.
De vez en cuando, una mutación aleatoria produce un individuo con alguna característica inusual para su especie. Un perro mutante puede tener solo tres patas, por ejemplo. Las mutaciones son cambios en la estructura genética que afectan el desarrollo del embrión. Por lo general, tales cambios son fatales. Solo unos pocos embriones mutantes se desarrollan hasta la madurez. Incluso entonces, la mayoría de las mutaciones son desventajosas. Un perro de tres patas no puede perseguir presas tan rápido como un perro normal. Es poco probable que un perro así sobreviva a menos que alguien lo tenga como mascota y lo alimente.
Con muy poca frecuencia, una mutación cambia una característica de una manera que es ventajosa para la supervivencia del individuo. Una mutación beneficiosa puede proporcionar un mejor camuflaje o una armadura más fuerte o un escape más rápido de los depredadores. El raro individuo favorablemente mutante tiene más probabilidades que los individuos normales de sobrevivir hasta la madurez.
Si la mutación es hereditaria, el mutante transmitirá su ventaja a su descendencia. En teoría, estos descendientes a su vez producen más y más mutantes favorecidos. Los mutantes compiten por la supervivencia con un número cada vez menor de individuos normales. Después de muchas generaciones, la mayoría de los individuos de la población tienen la mutación. De esta forma, los mutantes se convierten en miembros normales de la especie. Entonces puede comenzar un nuevo ciclo de mejora.
El mayor potencial de supervivencia selecciona naturalmente ciertos cambios aleatorios en forma o características. Esto es lo que Darwin quiso decir con la frase "supervivencia del más apto". Darwin dijo que la biología pasa por un proceso natural de evolución. (Evolución significa desarrollo, pero los biólogos reservan la palabra "desarrollo" para el crecimiento de un organismo individual desde la forma embrionaria hasta la adulta). Darwin publicó sus especulaciones en El origen de las especies en 1859. Darwin señaló que cada especie necesita su alimento, y muchas especies son el alimento de otras especies. Los depredadores evolucionan al mismo tiempo que sus presas. Cada vez que una especie desarrolla una variación que favorece su supervivencia, desfavorece a alguna otra especie, y esa especie también debe evolucionar o disminuir en número. Darwin propuso que tales ciclos de mejora se repiten sin cesar.
Los darwinistas de hoy dicen que la variación dominante de la especie es la que está “diseñada naturalmente” para sobrevivir. Esto, dicen, es la razón por la cual algunas especies están tan bien adaptadas que parecen haber sido diseñadas creativamente. Dicen que no hay diseñador fuera de la naturaleza, pero la lucha por la supervivencia constituye un mecanismo de diseño natural, “automático”.
Cualquier mecanismo de diseño debe hacer cambios identificables en la forma o morfología de los organismos para una ventaja de supervivencia, cambios que claramente adapten la especie al medio ambiente. Declaraciones como "los que estén en forma tienen más probabilidades de sobrevivir" son vacuas si la única manera de saber que un organismo esté en forma es que sobrevive.
Pinzones y adaptación de forma
Darwin comenzó a sacar sus ideas de la observación de los pinzones de las Islas Galápagos. Algunos pinzones tenían picos duros, cortos y fuertes, bien adaptados para triturar semillas. Otros pinzones tenían picos más largos, pero más débiles que insertaban entre las espinas de los cactus para comer la pulpa. Había 14 especies, todas con pequeñas variaciones en la morfología que hacían que cada una fuera adecuada para diferentes condiciones en diferentes islas.
La capacidad de hacer pequeños ajustes en forma o estructura en respuesta al cambio ambiental es la adaptabilidad estructural. Los cambios se denominan morfología adaptativa. Esta capacidad es un objetivo rara vez alcanzado por los diseñadores humanos más creativos. Veamos qué tiene de cierto el concepto de Darwin. Nos limitaremos a la ciencia demostrable, excluyendo las muchas extrapolaciones sin fundamento de las ideas de Darwin.
Un objetivo industrial importante es diseñar sistemas con inteligencia artificial. A los ingenieros de diseño les gustaría imitar el mecanismo darwiniano. Una vez que los sistemas son lo suficientemente inteligentes, los diseñadores esperan que los propios sistemas realicen pequeñas variaciones en el comportamiento o incluso en la estructura para mejorar el rendimiento. Consideremos, por ejemplo, hacia dónde se dirigen los ingenieros aeroespaciales con el "diseño robusto".
Estructura y Comportamiento Adaptativo
Un sistema aeroespacial es robusto si puede completar su misión e informar a la Tierra incluso cuando surgen dificultades imprevistas. Los ingenieros aeroespaciales a menudo intentan diseñar en sus sistemas una capacidad de comportamiento adaptativo, la capacidad de cambiar los modos de actividad según las necesidades y el entorno. Por ejemplo, al caminar sobre tierra firme, ahorramos energía balanceando las piernas, pero levantando apenas los pies. Cuando necesitamos velocidad, cambiamos al modo de carrera, levantando los pies mucho más alto. Si caminamos en agua más profunda que nuestros tobillos, rápidamente descubrimos que es más fácil sacar los pies del agua antes de balancear las piernas hacia adelante. Nuestro nuevo comportamiento, limitado por la necesidad, minimiza nuestro gasto de energía en un nuevo entorno. Utilizamos nuestra inteligencia para adaptar nuestro comportamiento a las nuevas circunstancias y requisitos. Los instrumentos inteligentes deberían ser capaces de imitarnos.
Mucho más allá del objetivo de diseñar un comportamiento adaptativo en los sistemas está el objetivo de diseñar sistemas que puedan cambiar su forma para cumplir con los nuevos requisitos. Cuando nuestro camino se encuentra en aguas profundas, adaptamos nuestro comportamiento y nadamos, pero no crecemos los dedos de los pies más largos con membranas entre ellos. Caminamos sobre la nieve tanto como caminamos en aguas poco profundas, levantando los pies antes de balancear las piernas. Pero si nos encontramos con nieve profunda, no podemos simplemente ensanchar los pies para evitar hundirnos. En su lugar, nos ponemos raquetas de nieve o esquís. Es decir, cambiamos de calzado, no de pies, para adaptarnos a las nuevas condiciones.
¿Alguna vez cambiamos nuestra propia forma? Sí, en cierto sentido. Los soldados en entrenamiento básico deben adelgazar para pelear a través del ejercicio y la dieta. Esto les ayuda a gatear a través de pequeños túneles y escalar barreras altas. Dentro de ciertos límites, podemos adaptar nuestra forma a nuevas condiciones y propósitos.
Algunos robots aeroespaciales pueden adaptar su comportamiento, pero muy pocos pueden adaptar su estructura. Tenemos que ver dibujos animados para ver cómo los autos o aviones comunes se convierten en robots de combate inteligentes.
Darwin partió de la observación de que los animales producen regularmente mucha más descendencia de la que el suministro de alimentos puede soportar, y las plantas producen muchas más semillas que suficientes para mantener la población de plantas. Esto pone a cada especie en competencia con otras por la supervivencia. Solo los supervivientes alcanzan la madurez y se reproducen.
Casi siempre una especie se reproduce de acuerdo a su propia especie. Darwin propuso que las características de una especie varían lentamente durante muchas generaciones cuando la descendencia excepcional propaga nuevas capacidades.
De vez en cuando, una mutación aleatoria produce un individuo con alguna característica inusual para su especie. Un perro mutante puede tener solo tres patas, por ejemplo. Las mutaciones son cambios en la estructura genética que afectan el desarrollo del embrión. Por lo general, tales cambios son fatales. Solo unos pocos embriones mutantes se desarrollan hasta la madurez. Incluso entonces, la mayoría de las mutaciones son desventajosas. Un perro de tres patas no puede perseguir presas tan rápido como un perro normal. Es poco probable que un perro así sobreviva a menos que alguien lo tenga como mascota y lo alimente.
Con muy poca frecuencia, una mutación cambia una característica de una manera que es ventajosa para la supervivencia del individuo. Una mutación beneficiosa puede proporcionar un mejor camuflaje o una armadura más fuerte o un escape más rápido de los depredadores. El raro individuo favorablemente mutante tiene más probabilidades que los individuos normales de sobrevivir hasta la madurez.
Si la mutación es hereditaria, el mutante transmitirá su ventaja a su descendencia. En teoría, estos descendientes a su vez producen más y más mutantes favorecidos. Los mutantes compiten por la supervivencia con un número cada vez menor de individuos normales. Después de muchas generaciones, la mayoría de los individuos de la población tienen la mutación. De esta forma, los mutantes se convierten en miembros normales de la especie. Entonces puede comenzar un nuevo ciclo de mejora.
El mayor potencial de supervivencia selecciona naturalmente ciertos cambios aleatorios en forma o características. Esto es lo que Darwin quiso decir con la frase "supervivencia del más apto". Darwin dijo que la biología pasa por un proceso natural de evolución. (Evolución significa desarrollo, pero los biólogos reservan la palabra "desarrollo" para el crecimiento de un organismo individual desde la forma embrionaria hasta la adulta). Darwin publicó sus especulaciones en El origen de las especies en 1859. Darwin señaló que cada especie necesita su alimento, y muchas especies son el alimento de otras especies. Los depredadores evolucionan al mismo tiempo que sus presas. Cada vez que una especie desarrolla una variación que favorece su supervivencia, desfavorece a alguna otra especie, y esa especie también debe evolucionar o disminuir en número. Darwin propuso que tales ciclos de mejora se repiten sin cesar.
Los darwinistas de hoy dicen que la variación dominante de la especie es la que está “diseñada naturalmente” para sobrevivir. Esto, dicen, es la razón por la cual algunas especies están tan bien adaptadas que parecen haber sido diseñadas creativamente. Dicen que no hay diseñador fuera de la naturaleza, pero la lucha por la supervivencia constituye un mecanismo de diseño natural, “automático”.
Cualquier mecanismo de diseño debe hacer cambios identificables en la forma o morfología de los organismos para una ventaja de supervivencia, cambios que claramente adapten la especie al medio ambiente. Declaraciones como "los que estén en forma tienen más probabilidades de sobrevivir" son vacuas si la única manera de saber que un organismo esté en forma es que sobrevive.
Pinzones y adaptación de forma
Darwin comenzó a sacar sus ideas de la observación de los pinzones de las Islas Galápagos. Algunos pinzones tenían picos duros, cortos y fuertes, bien adaptados para triturar semillas. Otros pinzones tenían picos más largos, pero más débiles que insertaban entre las espinas de los cactus para comer la pulpa. Había 14 especies, todas con pequeñas variaciones en la morfología que hacían que cada una fuera adecuada para diferentes condiciones en diferentes islas.
La capacidad de hacer pequeños ajustes en forma o estructura en respuesta al cambio ambiental es la adaptabilidad estructural. Los cambios se denominan morfología adaptativa. Esta capacidad es un objetivo rara vez alcanzado por los diseñadores humanos más creativos. Veamos qué tiene de cierto el concepto de Darwin. Nos limitaremos a la ciencia demostrable, excluyendo las muchas extrapolaciones sin fundamento de las ideas de Darwin.
Un objetivo industrial importante es diseñar sistemas con inteligencia artificial. A los ingenieros de diseño les gustaría imitar el mecanismo darwiniano. Una vez que los sistemas son lo suficientemente inteligentes, los diseñadores esperan que los propios sistemas realicen pequeñas variaciones en el comportamiento o incluso en la estructura para mejorar el rendimiento. Consideremos, por ejemplo, hacia dónde se dirigen los ingenieros aeroespaciales con el "diseño robusto".
Estructura y Comportamiento Adaptativo
Un sistema aeroespacial es robusto si puede completar su misión e informar a la Tierra incluso cuando surgen dificultades imprevistas. Los ingenieros aeroespaciales a menudo intentan diseñar en sus sistemas una capacidad de comportamiento adaptativo, la capacidad de cambiar los modos de actividad según las necesidades y el entorno. Por ejemplo, al caminar sobre tierra firme, ahorramos energía balanceando las piernas, pero levantando apenas los pies. Cuando necesitamos velocidad, cambiamos al modo de carrera, levantando los pies mucho más alto. Si caminamos en agua más profunda que nuestros tobillos, rápidamente descubrimos que es más fácil sacar los pies del agua antes de balancear las piernas hacia adelante. Nuestro nuevo comportamiento, limitado por la necesidad, minimiza nuestro gasto de energía en un nuevo entorno. Utilizamos nuestra inteligencia para adaptar nuestro comportamiento a las nuevas circunstancias y requisitos. Los instrumentos inteligentes deberían ser capaces de imitarnos.
Mucho más allá del objetivo de diseñar un comportamiento adaptativo en los sistemas está el objetivo de diseñar sistemas que puedan cambiar su forma para cumplir con los nuevos requisitos. Cuando nuestro camino se encuentra en aguas profundas, adaptamos nuestro comportamiento y nadamos, pero no crecemos los dedos de los pies más largos con membranas entre ellos. Caminamos sobre la nieve tanto como caminamos en aguas poco profundas, levantando los pies antes de balancear las piernas. Pero si nos encontramos con nieve profunda, no podemos simplemente ensanchar los pies para evitar hundirnos. En su lugar, nos ponemos raquetas de nieve o esquís. Es decir, cambiamos de calzado, no de pies, para adaptarnos a las nuevas condiciones.
¿Alguna vez cambiamos nuestra propia forma? Sí, en cierto sentido. Los soldados en entrenamiento básico deben adelgazar para pelear a través del ejercicio y la dieta. Esto les ayuda a gatear a través de pequeños túneles y escalar barreras altas. Dentro de ciertos límites, podemos adaptar nuestra forma a nuevas condiciones y propósitos.
Algunos robots aeroespaciales pueden adaptar su comportamiento, pero muy pocos pueden adaptar su estructura. Tenemos que ver dibujos animados para ver cómo los autos o aviones comunes se convierten en robots de combate inteligentes.