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¿Qué dice la neurobiología de las plantas?

Parte de la vitalidad del conocimiento que tiene lugar actualmente en la ciencia de punta es el permanente nacimiento de nuevas ciencias y disciplinas. Pues bien, lo que ayer se llamaba botánica hoy se denomina biología molecular. Y más exactamente, en relación con el estudio de las plantas, ha surgido no hace más de dos décadas, la neurobiología de las plantas. La punta de esta área del conocimiento se sitúa en Italia.

Los estudios sobre neurobiología han sido determinantes para comprender el funcionamiento del cerebro y, más allá aún, las relaciones entre mente y cerebro, y entre mente y cuerpo. Sin embargo, hasta la fecha, el foco principal se había concentrado en los seres humanos y en algunas especies animales.

Las plantas son seres vivos que piensan, huelen, sienten, comen, digieren, se reproducen, ven y recuerdan, a pesar de carecer de esqueleto, cerebro, estómago, aparato digestivo, ojos o nariz. La organización de las plantas es modular; a la manera de múltiples centros de control, distribuidos desde las puntas de las raíces, pasando por las raíces mismas, el tallo, las ramas y las hojas. Si se prefiere, las plantas son humanos con la cabeza metida en la tierra y los pies y manos hacia el aire.

Estudios recientes coinciden en señalar, sin ambigüedades, que las plantas tienen más de cinco sentidos –por lo menos más de quince–, que sienten, son inteligentes y piensan. Exactamente como los seres humanos, o mejor aún. La única “dificultad” que tienen las plantas, en general, es que son lentas. Específicamente, comparadas con los humanos y los animales, son demasiado lentas. Y, sin embargo, se mueven, actúan, entienden el entorno, lo modifican en provecho propio.

La anatomía y la fisiología de las plantas son fascinantes, tanto que, en numerosas ocasiones, algunos de los descubrimientos biológicos más importantes han tenido lugar a raíz del trabajo e investigación con plantas, antes que con animales. Desde Mendel hasta B. McClintock o R. Jorgensen, por ejemplo. Solo que la comunidad científica se ha demorado –siempre– en reconocer la valía de los estudios sobre botánica y ocasionalmente solo lo ha hecho cuando las mismas investigaciones se han llevado a cabo sobre la célula animal y procesos con animales.

Las plantas procesan información, pero lo hacen de forma distribuida, paralela y no local, a diferencia de los animales, incluidos los humanos. La organización modular de las plantas permite un descubrimiento fantástico, a saber: una planta no es un individuo; mejor aún, es una colonia, y su inteligencia es exactamente inteligencia de enjambre (a la manera de los insectos sociales, las bandadas de aves o las escuelas de peces, por ejemplo). Para la comprensión de la complejidad de la vida, el procesamiento de información y la trama de los sistemas vivos, estos descubrimientos marcan una verdadera inflexión.

En verdad, las plantas poseen procesos fisiológicos que arrojan nuevas y refrescantes luces sobre el conjunto de los seres vivos en el planeta. Así, por ejemplo, la célula de las plantas y de los animales son exactamente iguales con una salvedad puntual: las plantas poseen, además, cloroplasto, y es ese factor el que hace posible la vida en el planeta.

En efecto, las plantas producen componentes biológicos orgánicos volátiles (BVOCS, en inglés), encargados de destruir y producir moléculas permanentemente en la atmósfera. De manera puntual, controlan y regulan el balance de oxígeno en la atmósfera, de suerte que nunca baje del 18 % o suba del 22 %, pues, en un caso, el planeta se congelaría y, en el otro, el oxígeno se haría combustible. La fotosíntesis es la expresión epidérmica de la importancia de las plantas para el sostenimiento de la vida en el plantea.

El fenómeno es apasionante. De la pregunta clásica originada en los griegos acerca de lo específica y distintivamente humano, hemos pasado al descubrimiento gradual, de que algunos atributos que se creyeron siempre propios de los humanos son compartidos con las diferentes escalas de los animales. Hasta llegar, ahora, a las plantas. El punto crucial, sin duda, lo constituye el problema de la mente y la conciencia. Pues bien, también las plantas saben, aprenden, recuerdan, son conscientes y son inteligentes. La diferencia estriba en los tiempos, ritmos y pasos lentos del “reino” vegetal.

De manera atávica, se ha considerado que las cucarachas constituyen un ejemplo conspicuo de resiliencia de la vida. Los ejemplos típicos son su capacidad de supervivencia ante explosiones o bombas atómicas (Hroshima, Nagasiaki, Chernobil). Pues bien, lo cierto es que al lado de las cucarachas, las plantas constituyen otro ejemplo de robustez y resiliencia de la vida. O como lo sostiene algún autor, de antifragilidad de la vida. Es decir, la capacidad para aprovechar circunstancias negativas y convertirlas en oportunidades de desarrollo y adaptación.

Asistimos, manifiestamente, a una época de una magnifica vitalidad en el conocimiento. Y entre las expresiones más recientes y sólidas se encuentra la neurobiología de las plantas. Un capítulo refrescante de la complejidad misma de la vida. Hasta el punto de que toda la cadena de la vida depende absolutamente de las plantas, esto es, de su inteligencia, aprendizajes y adaptación. Lo demás es la imagen inflada de los humanos sobre sí mismos y, con ellos, en un nivel inferior de los animales.

Dos estudios puntuales sobre neurobiología de las plantas son What a Plant Knows. A Field Guide to the Senses of Your Garden and Beyond, de D. Chamowitz (2013), y Brilliant Green. The Surprising History and Scienc of Plants Intelligence, de S. Mancuso y A. Viola (2015). Sin embargo, son cada vez crecientes los trabajos en esta dirección, para no mencionar la Society for Plant Neurobiology, creada en el 2005. Sí, la lingua franca de la ciencia es el inglés.

Tres notas sobre los estudios animales

Es imposible comprender la complejidad de los sistemas vivos sin atender a la importancia de los animales. Sin embargo, lo que sean los animales está bastante lejos de ser un asunto claro. Pues bien, desde no hace más de dos lustros ha surgido un nuevo campo de estudios y trabajo de corte eminentemente transversal, interdisciplinario y cruzado: los estudios animales (Animal Studies), y en ocasiones estudios críticos animales (Critical Animal Studies); con contribuciones de la literatura y la filosofía, la psicología y la antropología, las ciencias cognitivas y la biología, la ecología y la música, entre varios otros.

La finalidad de los estudios animales puede sintetizarse en tres aspectos, así: a) precisar la economía de los animales en la cultura humana y su papel en el desarrollo de la cultura misma; b) poner claro qué es un animal, en general, y cuál es su función en la economía del planeta y de los sistemas vivos; c) estudiar cómo contribuyen los animales a la formación de la propia conciencia humana.

I

Según Aristóteles, pero con él, en la génesis del liberalismo, Hobbes y Rousseau, la historia consiste en el tránsito de la animalitas a la humanitas. Aquella ocupa un lugar secundario y debe ser desplazada; esta otra tiene preeminencia y jerarquía y se exalta sobre el conjunto de la naturaleza. Ulteriormente, todo el mundo político y social, económico y cultural contemporáneo –además, claramente, de la historia– se asienta, abierta o tácitamente, en aquella distinción.

Conceptos y prácticas como pastor y rebaño, disciplinar, domar y enderezar, liderazgo y grupo, se afirman en el mundo normal sobre el horizonte (implícito) de la distinción entre humanos y animales. Para no hablar de considerar a individuos y grupos como animales mismos. No hace mucho, los cordones sanitarios suponían esa separación, de tipo al mismo tiempo ontológico y epistemológico.

Pues bien, la historia del descubrimiento de los animales como seres vivos es muy reciente y culturalmente no llega más allá de unos cincuenta años hacia atrás, incluso a pesar de la constitución de las primeras sociedades defensoras de animales a finales del siglo XIX. El mundo, real o imaginario de los niños, está plagado de animales; los adultos, por el contrario, por regla general, hace rato que han dejado de convivir con los animales y en el mejor de los casos tienen mascotas. Hasta llegar a ese desvarío social y económico que es la industria agrícola y agropecuaria, esto es, el animal como objeto de consumo.

Occidente, por regla general, es la historia del alejamiento de los animales –y con ellos, de las plantas mismas y de la naturaleza–, y la creación de esa dicotomía enfermiza que es la díada: naturaleza-cultura. Una enfermedad cuyos cimientos se remontan a la Grecia antigua. Occidente se relaciona con los animales como con una posesión: poseer ganado, poseer tierras, poseer aves de corral o perros.

Y, sin embargo, la verdad es que es imposible comprender la existencia misma de los seres humanos en el mundo al margen de los animales. Ellos permean, incluso, temas tan sensibles como la justicia, los roles de género, la educación y la regulación de la comida y los ciclos de nutrición. No, en última instancia, la historia de estas relaciones no es otra cosa que la separación (tajante) de las ciencias sociales y humanas y las ciencias de la vida.

II

Los animales son inteligentes, aprenden y perdonan. Hay animales que crean instrumentos y que tienen tecnologías; hay animales que usan matemáticas y los que se comunican mediante el canto; hay animales monógamos y los hay también polígamos; existe el homosexualismo y el lesbianismo entre animales, y todo depende de los ciclos y los procesos; hay también animales con complejos ritos sociales de todo tipo; y los hay sociales e individuales. Sin la menor duda, toda la complejidad de la vida social humana existe, de un plano al otro, entre los humanos, con la excepción de que no existe jamás el canibalismo (físico o simbólico) intraespecie.

Siempre se ha dicho que los perros tienen el desarrollo moral de un niño de tres años y que los himenópteros sociales son ejemplos de aprendizaje y adaptación. Hace ya un tiempo que la etología y la primatología descubrieron los fundamentos de la moralidad y la ética entre mamíferos superiores. Y los animales desempeñan un papel fundamental en numerosas terapias de curación, sanación y rehabilitación de humanos.

Es de tal importancia el papel de los animales, en general, en la formación de la conciencia y la autoconciencia humana que, se ha dicho, si los animales no existieran, habría que inventarlos, y nuestra propia historia sería absolutamente distinta. Los animales se encuentran en el ADN de las culturas, los pueblos y las sociedades de todas las épocas y lugares. Sin ellos, los seres humanos no serían simples: difícilmente existirían.

III

En nuestro contexto, los animales se estudian en las Facultades o Programas de Veterinaria o Agronomía. En cualquier caso, lejos, muy lejos de las Humanidades y las Ciencias Sociales. En contraste, los programas sobre Estudios Animales nacen y se reproducen rápidamente alrededor del mundo. De Estados Unidos a Australia y de Inglaterra a Alemania, del África al Asia Meridiana. Existe incluso ya una maestría en el tema, de corte eminentemente interdisciplinar. Y, sin embargo, el primer Congreso Anual sobre Estudios (Críticos) Animales se llevó a cabo en el 2013, lo que muestra la juventud de este campo de estudios.

Los animales, una dimensión de la realidad que aún desconocemos ampliamente. Efectivamente, podemos afirmar que están vivos. Pero, ¿qué significa tener una vida? Esta puede ser la columna vertebral de esta área de trabajo e investigación. Un motivo fabuloso de reflexión acerca de la complejidad de la vida.

¿Qué es el programa Langlands?

Una mirada externa a las matemáticas sugiere que estas se dividen entre matemáticas puras y matemáticas aplicadas; o bien entre las matemáticas de sistemas continuos y las de sistemas discretos; o acaso también entre las matemáticas puras (la teoría de números, notablemente) y aquellas más vinculadas a la física (física matemática) o a la economía (matemáticas financieras), por ejemplo. Y para muchos permanece aún la duda acerca de si las matemáticas son de verdad una ciencia, o un lenguaje; a saber: el lenguaje de las ciencias.

Robert P. Langlands es un matemático canadiense que, en 1967 inicialmente y luego también en 1970, lanzó lo que ya ha llegado a conocerse como “El Programa Langlands”. Se trata de una ambiciosa propuesta –una serie de conjeturas– que vinculan los grupos de Galois, la teoría de números algebraica con las formas automórficas y la teoría de la representación de grupos algebraicos con campos locales y anillos de adele. En una palabra: el Programa Langlands es la primera teoría que propone una Gran Teoría Unificada de las matemáticas. Algo que hasta entonces jamás se había pensado ni propuesto.

Los físicos nos han acostumbrado, desde cuando se configuró el Modelo Estándar, a la idea de una Gran Teoría Unificada –un sueño que a la fecha permanece más como un deseo–. Hay varias versiones de esta teoría, pero la forma más elemental consiste en decir que busca unificar la teoría del macrocosmos –la teoría de la relatividad– con la teoría del universo subatómico –la física cuántica–. Existen varias propuestas que buscan alcanzar una teoría semejante. Para usar una expresión cara a los físicos, se trata, sin más ni más, de leer la mente de Dios.

Pues bien, en matemáticas algo análogo jamás se había propuesto antes de Langlands –un matemático activo que actualmente trabaja como Profesor Emérito en la oficina que alguna vez fue la de Einstein en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton–. Langlands ha sido reconocido con los más grandes premios y honores que un matemático puede alcanzar, con la excepción de la Medalla Fields (el Premio Nobel en Matemáticas), por cuestiones de edad (solo se puede recibir la Medalla Fields cuando se tiene menos de cuarenta años de edad).

La idea de base del Programa Langlands es la simetría, sin duda uno de los ejes verticales fundamentales del mundo y de la realidad. Lo que busca el Programa Langlands es sencillamente construir puentes en el numeroso archipiélago que son las matemáticas. Dicho escuetamente, el Programa Langlands se propone ordenar – matemáticamente– la información. “Crear orden a partir del caos”, algo que no resuena muy lejos para quienes conocen algo los trabajos de E. Lorenz sobre el caos, o de I. Prigogine sobre termodinámica del no equilibrio.

En matemáticas una conjetura tiene una connotación perfectamente distinta a la que se usa en filosofía o en epistemología, por ejemplo. Mientras que en estos campos tiene una acepción semejante a “verdad provisoria”, en matemáticas es una afirmación que se supone cierta, pero que no ha sido demostrada ni refutada. Algunos ejemplos conspicuos de conjeturas matemáticas son el último teorema de Fermat, la Conjetura de Goldbach, la hipótesis de Riemann, el Problema P vs NP, la Conjetura de Birch y Swinnerton-Dyer, o la Conjetura de Poincaré (demostrada hace poco por G. Perelman). Como se aprecia, sin ambages, se trata notablemente de los Problemas del Milenio (planteados por el prestigioso Instituto Clay de matemáticas).

En matemáticas una conjetura es bastante más que una “hipótesis de trabajo”. De entrada, es una afirmación cierta, pero que debe ser confirmada o refutada.

En el Programa de Langlands, la unidad básica no son ya los números naturales. Estos son transformados en espacios vectoriales, con lo cual se ganan muchos grados de libertad. Los números cobran vida en forma de espacios vectoriales. Por ejemplo, solo es posible restar 2 a 3 de un modo preciso. Pero es posible inscribir una recta en un plano de muchas formas diferentes. Mientras que los números naturales –Ν–, forman un conjunto, los espacios vectoriales forman una estructura más sofisticada: una categoría. Pues bien, la teoría matemática de categorías se adapta muy bien a la informática, y a través suyo a las ciencias de la computación. La computación del futuro se basará más en la teoría de categorías que en la teoría de conjuntos.

En otras palabras, el Programa Langlands organiza información previamente inaccesible en la forma de patrones regulares, tejiendo así un fino tapiz de números, simetrías y ecuaciones. El resultado es la integración de campos, problemas y dimensiones que hasta la fecha permanecían disyuntas. En términos elementales, análogamente a lo que hacen las ciencias de la complejidad, el Programa Langlands nos ayuda a pensar en términos de patrones (algo que no es difícil de llevar a cabo).

En consecuencia, ya deja de ser cierto que los seres humanos –y los matemáticos– piensan, o bien en términos geométricos o bien en términos algebraicos; digamos en términos de mapas, cuadros y figuras, o bien en función de signos y las relaciones entre estos. Más auténtica y radicalmente, podemos aprender a pensar en la forma de síntesis, algo perfectamente inopinado para una cultura y una civilización acostumbrada a pensar en términos de análisis.

Un texto en donde se estudian estos y otros temas próximos y afines es el de E. Frank, con un título bizarro y profundo a la vez: Amor y matemáticas (Bogotá, Ed. Ariel, 2015). Un documental de cerca de una hora con el título Rites of Love and Math se encuentra disponible en YouTube, para aquellos que tienen (o tenemos) una cultura más visual.

En resumen, el Programa Langlands es matemáticas de punta que nos conduce y nos sitúa a la vez en la frontera del trabajo en matemáticas, allí donde, sorpresivamente, nos encontramos con otros campos como los grupos cuánticos, la criptografía, el grupo de gauge, la teoría de branas, en fin, sin ambages, el punto de encuentro entre las matemáticas y la vida. Un punto nada trivial.

¿Qué es el principio de acción de Hamilton?

Los seres humanos son sistemas clásicos que se mueven en un mundo que no es, sin embargo, enteramente clásico. La ciencia clásica y el mundo clásico se caracterizan por ser deterministas, sujetos a leyes; predecibles, por tanto, y susceptibles de ser explicados en términos de la mecánica clásica. Esto es, por ejemplo, en términos de acción-reacción, en función de fuerzas y demás.

Ese mundo clásico es ulteriormente explicado y entendido a la vez por Newton, con todo y sus adalides y satélites. Gente como Galileo y Laplace, Kepler y Descartes, Copérnico y Gibbs. Estos son, dicho en otras palabras, los fundamentos de la modernidad, y que en términos sociológicos o históricos corresponde al ascenso y al triunfo ulterior de la burguesía; primero con la revolución francesa de 1789 y luego con la Revolución Industrial en el siglo XIX. Naturalmente, otros nombres, enfoques, teorías y disciplinas vienen al mismo tiempo a afirmar y a desarrollar este cuadro general.

Una de las formas como la ciencia clásica y el mundo clásico son superados es mediante la reformulación más abstracta de sus fundamentos. Esto es justamente lo que acontece gracias a los trabajos del irlandés W. R. Hamilton (1805-1865). Hamilton lleva a cabo una reformulación de la mecánica newtoniana, gracias a la cual se puede hacer el tránsito hacia la teoría cuántica de campos y la mecánica cuántica.

Notablemente, mientras que las leyes de Newton describen cómo un sistema se desarrolla en el tiempo, Hamilton estudia todas las rutas disponibles hacia el futuro y elige la mejor de todas ellas. Es esto lo que se conoce como el principio de acción de Hamilton.

En verdad, este principio afirma que, en algunas circunstancias, el mundo puede seguir más de una historia. Esto es, el mundo no está sujeto a las determinaciones del pasado, a la necesidad de los hechos (lo que quiera que ello sea), o las determinaciones del inicio de un acontecimiento. En otras palabras, un sistema cualquiera minimiza una determinada cantidad, denominada “acción”, de tal suerte que, a partir de algún momento inicial, el sistema en consideración considera todas las historias posibles con vistas a su momento final.

La historia de la ciencia y de la cultura humana tiene una deuda enorme con William Rowan Hamilton. Se trata del hecho de que gracias a este físico, astrónomo y matemático es posible tomar distancia, desde el interior de un sistema clásico, en contra del determinismo. Esto es, la creencia según la cual, el pasado contiene el futuro, y la línea de tiempo que conduce del pasado al presente permite determinar sin más el futuro. En realidad, nos encontramos a menos de un metro de distancia de la idea de bifurcaciones.

Así, la “ley de la menor acción” establece la forma como un fenómeno determinado se mueve bajo la influencia de fuerzas. Esta ley, dice sin más, grosso modo, que el fenómeno en cuestión considerará todas las alternativas posibles, pero que seguirá aquella que implique el menor trabajo o esfuerzo posible. En verdad, las unidades en las que se mide la acción de Hamilton son energía por tiempo. Así, estaban sentadas todas las condiciones para el advenimiento de ideas provenientes de Planck, y con él, toda la historia subsiguiente de la física cuántica.

A partir de Hamilton podemos decir: existen tres formas como un modelo (clásico) puede ser transformado, así:

 Reinterpretándolo.

 Ampliando o profundizando los niveles de abstracción.

 Enfrentando o identificando anomalías.

Las dos primeras posibilidades son de cuño hamiltoniano; la tercera es, por el contrario, kuhniana. Dos formas complementarias de enfrentar y superar un modelo (clásico) determinado.

La reinterpretación es un acto hermenéutico de profunda radicalidad. La ampliación o profundización de los niveles de abstracción comporta el hecho de que el modelo (clásico), que antes era un todo, se convierte entonces simplemente en una parte de un todo aún mayor, más amplio y comprensivo. Por su parte, la identificación de anomalías quiere decir el choque entre un paradigma vigente o dominante y la emergencia de nuevos paradigmas. Es, sin más, el choque entre ciencia normal y ciencia revolucionaria.

W. R. Hamilton fue un niño precoz y, sin ninguna duda, además, un genio. A los cinco años conocía bien latín, griego y hebreo –los tres idiomas clásicos importantes de occidente–, y a los trece, manejaba más de doce idiomas; que es uno de los rasgos distintivos de esa clase de individuos que muy pronto tienen profundas inflexiones que habrán de marcar su vida. En este sentido, a los dieciocho años entra al Trinity College, en donde muy pronto se destaca como un aventajado estudiante.

Su vida académica, profesional y científica estuvo acompañada de éxitos y desarrollos notables. En contraste, su vida personal y familiar no fue tan afortunada, habiendo tenido un profundo amor desencantado y un matrimonio mal afortunado. Al final moriría de un ataque de gota, de la que sufría como consecuencia de depresiones que lo condujeron a una afición por el licor.

La vida de muchos genios no siempre ha sido plana y lineal, tranquila y sosegada, aunque existen, en la historia, notables excepciones a esta observación. Pero este tema es asunto de una consideración aparte.