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Metazoan complexity
   and evolution:
    it is a trend?

     Laura Castillo
     Paola Corbín
     Carlota Davó
     Andrea Escudero
     Silvia Espada
Daniel W. McShea

·Profesor asociado de biología
en la Universidad de Duke
·Es co-autor de:
La Primera Ley de la
Biología:la tendencia de la
Diversidad y Complejidad
para aumentar en Sistemas
Evolutivos
Filosofía de la Biología: una
introducción contemporánea
LAMARK   DARWIN   COPE
Tendencias en medios y máximos
Partes del articulo


 Definición y un esquema general de
  la complejidad
 Cuatro tipos de complejidad

 Medidas y evidencias

 Causas de la tendencia y limites
Definiendo complejidad...




                               No hay una definición ni una forma de
   ¿Qué es la complejidad? →
                               medir de forma universal e inequívoca
                               cualquier sistema
Una visión estrecha
(the narrow view)
La complejidad de un sistema
vendría dada por el aumento del
número de diferentes partes o
interacciones que éste tiene.
Una visión estrecha
(the narrow view)
La complejidad de un sistema
vendría dada por el aumento del
número de diferentes partes o
interacciones que éste tiene.

Es puramente estructural.
Cuatro tipos de complejidad


          OBJETOS Y PROCESOS
      JERÁRQUICO Y NO JERÁRQUICO
Cuatro tipos de complejidad

     Complejidad de objetos → número de las
     diferentes partes físicas que forman un sistema




              ¿Mayor complejidad de objetos?
Cuatro tipos de complejidad

     Complejidad de procesos → número de las diferentes
     interacciones entre las diferentes partes de un sistema




              ¿Mayor complejidad de procesos?
Cuatro tipos de complejidad

     Complejidad de objetos jerárquica→ número de
     niveles de anidamiento de las partes en las totalidades




          ¿Mayor complejidad jerárquica de objetos?
Cuatro tipos de complejidad

     Complejidad de procesos jerárquica→ número de
     niveles de una jerarquía provocada por una causa




        ¿Mayor complejidad jerárquica de procesos?
Cuatro tipos de complejidad

   Complejidad total
Objeciones a la visión estrecha
                     Complejidad y aleatoriedad


- Dificultad de separar en biología lo
aleatorio de lo funcional.
- Todo sistema presenta un componente
‘regular’ y uno ‘aleatorio’. Se debe
intentar    restringir   complejidad a
características ‘regulares’.
- Distinguir los tipos de partes
por:
     -La funcionalidad
     -Las regularidades
Complejidad y procesos generadores


 Complejidad de un organismo debido a
 la complejidad de lo que lo ha generado.



 Problema: sistemas simples presentan
 complejos mecanismos generadores y
 viceversa.
Complejidad y procesos generadores


 Expectativa:
 organismos más avanzados 
 organismos más complejos 
 requieren más largos genomas


Ausencia de relación entre
complejidad estructural y
complejidad del mecanismo
que la genera.
PRUEBAS Y MEDIDAS DE
LAS TENDENCIAS
Complejidad morfológica no jerárquica
                               MEDIDAS
Complejidad morfológica no jerárquica
      Según el número de tipos celulares   EVIDENCIAS
Complejidad morfológica no jerárquica
   Extremidades pares en artrópodos acuáticos   EVIDENCIAS
Complejidad morfológica no jerárquica
                                  EVIDENCIAS
              Columna vertebral
Complejidad de desarrollo no jerárquica

 MEDIDAS      Número de interacciones independientes




 EVIDENCIAS
COMPLEJIDAD MORFOLÓGICA
JERÁRQUICA
   Definición: Es el número de niveles de
    anidamiento del conjunto de las partes.
       Sistemas artificiales.




       Sistemas naturales  Grado de individualización.
MEDIDAS
   Problema: Contar los niveles en los
    sistemas naturales es difícil.
   Solución: Suponer que la complejidad
    jerárquica de todos los metazoos es
    aproximadamente la misma (Individuos
    pluricelulares).
Medidas de la individualización

   Número de interacciones entre las partes.
   Intensidad de esas interacciones.
       Coeficientes de correlación.
“Fallos” de esta forma de medir

   No tiene en cuenta el espacio y el tiempo en
    que se sitúan los sistemas.
   No tiene en cuenta la funcionalidad de las
    partes (de forma deliberada).
¿Porqué se excluye la funcionalidad?

   Estudiando estructura y función por separado
    es posible encontrar de forma empírica la
    relación entre ellas.
   Es probable que la selección de la
    funcionalidad sea la principal causa de un
    mayor nivel de individualización.  Pero
    puede que la correlación sea imperfecta.
Grado de
individualización
Sociedades o colonias

   Son el principal nivel de estudio. Debido a:
       En el pre-Phanerozoic hubo una tendencia en el
        máximo de complejidad jerárquica.
           Procariotas  Eucariotas  Pluriceluares




       Se pueden descomponer en partes bien
        diferenciadas.
   Secuencialmente  nivel 1, nivel 2, nivel 3, etc.
   Interpolación  nivel 1, nivel 3, nivel 2, etc.
PRUEBAS
   1)




         Briozoos

                    Cheilomata
   2)
   3)
COMPLEJIDAD DESARROLLATIVA
JERÁRQUICA
   Definición: Es el número de niveles implicados en
    una relación causal jerárquica.
MEDIDAS

   Contar el número de niveles implicados.
   El promedio donde los nodos divergen.


         Character entrenchemt
PRUEBAS
CAUSAS
DE LA
COMPLEJIDAD
BIOLÓGICA
Posibles causas de las tendencias

                            Causas de las tendencias




                Pasiva                                 Conducida




       Tendencia que ocurre sin             Tendencia general a aumentar
    fuerzas conductoras o parciales                la complejidad
        Tendencia conducida         Tendencia pasiva




                                   tiempo
tiempo




                                            complejidad
             complejidad
Cambios en la complejidad

   Se distingue entre:




      CRECIMIENTO         CRECIMIENTO
       OCASIONAL           NECESARIO
Análisis y evidencias de las causas


   Algunos autores previos a este artículo han
    propuesto que la complejidad implica una
    tendencia conducida.
   Otros han dicho que hay posibles causas
    para que existan límites en la complejidad.
Análisis y evidencias de las causas



     El estudio de estas causas se ha hecho
      simulando la diversificación de grupos.
     Con esto no podemos identificar la causa
      precisa, pero si intentar reducir el camino
      para encontrarla.
Análisis y evidencias de las causas

   Primer test: comportamiento del mínimo.

                   tiempo
     tiempo




                                   tiempo


              complejidad   complejidad     complejidad
Análisis y evidencias de las causas
          Algunos no muestran una tendencia conducida o pasiva
  tiempo




                                      tiempo

                 complejidad                   complejidad
Análisis y evidencias de las causas:
metazoos
  Estudio centrado en los metazoos.
- Tipos de células:
   el mínimo se mantiene constante



                      Pasiva     Conducida
Análisis y evidencias de las causas:
metazoos
-Tipos de patas en artrópodos:

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        Pasiva
Análisis y evidencias de las causas:
metazoos
-Número de vértebras:
 Mínimo constante
 No fuerzas conductoras




        Pasiva
LÍMITES
   Hay razones teóricas para pensar que los
    límites existen.




                                                           tiempo
    tiempo




                                    tiempo
                           tiempo




             complejidad                     complejidad            complejidad

                                             complejidad
Great Chain of Being
      Complejidad   Perfección
Conclusión


  ¿Qué es la
   complejidad?
ORGANIZACIÓN
‘’Los habitantes de cada periodo
  sucesivo han derrotado a sus
  predecesores en la lucha por la
  vida, y son, en ese sentido,
  superiores en la escala de la
  naturaleza. Este hecho puede
  explicar la imprecisa sensación de
  muchos paleontólogos de que la
  organización en su totalidad ha
  progresado.’’
Algo está aumentando.
         Pero,
 ¿es la complejidad?

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Complejidad

  • 1. Metazoan complexity and evolution: it is a trend? Laura Castillo Paola Corbín Carlota Davó Andrea Escudero Silvia Espada
  • 2.
  • 3. Daniel W. McShea ·Profesor asociado de biología en la Universidad de Duke ·Es co-autor de: La Primera Ley de la Biología:la tendencia de la Diversidad y Complejidad para aumentar en Sistemas Evolutivos Filosofía de la Biología: una introducción contemporánea
  • 4.
  • 5.
  • 6.
  • 7. LAMARK DARWIN COPE
  • 8.
  • 9. Tendencias en medios y máximos
  • 10. Partes del articulo  Definición y un esquema general de la complejidad  Cuatro tipos de complejidad  Medidas y evidencias  Causas de la tendencia y limites
  • 11. Definiendo complejidad... No hay una definición ni una forma de ¿Qué es la complejidad? → medir de forma universal e inequívoca cualquier sistema
  • 12. Una visión estrecha (the narrow view) La complejidad de un sistema vendría dada por el aumento del número de diferentes partes o interacciones que éste tiene.
  • 13. Una visión estrecha (the narrow view) La complejidad de un sistema vendría dada por el aumento del número de diferentes partes o interacciones que éste tiene. Es puramente estructural.
  • 14. Cuatro tipos de complejidad OBJETOS Y PROCESOS JERÁRQUICO Y NO JERÁRQUICO
  • 15. Cuatro tipos de complejidad Complejidad de objetos → número de las diferentes partes físicas que forman un sistema ¿Mayor complejidad de objetos?
  • 16. Cuatro tipos de complejidad Complejidad de procesos → número de las diferentes interacciones entre las diferentes partes de un sistema ¿Mayor complejidad de procesos?
  • 17. Cuatro tipos de complejidad Complejidad de objetos jerárquica→ número de niveles de anidamiento de las partes en las totalidades ¿Mayor complejidad jerárquica de objetos?
  • 18. Cuatro tipos de complejidad Complejidad de procesos jerárquica→ número de niveles de una jerarquía provocada por una causa ¿Mayor complejidad jerárquica de procesos?
  • 19. Cuatro tipos de complejidad Complejidad total
  • 20. Objeciones a la visión estrecha Complejidad y aleatoriedad - Dificultad de separar en biología lo aleatorio de lo funcional. - Todo sistema presenta un componente ‘regular’ y uno ‘aleatorio’. Se debe intentar restringir complejidad a características ‘regulares’. - Distinguir los tipos de partes por: -La funcionalidad -Las regularidades
  • 21.
  • 22. Complejidad y procesos generadores Complejidad de un organismo debido a la complejidad de lo que lo ha generado. Problema: sistemas simples presentan complejos mecanismos generadores y viceversa.
  • 23. Complejidad y procesos generadores Expectativa: organismos más avanzados  organismos más complejos  requieren más largos genomas Ausencia de relación entre complejidad estructural y complejidad del mecanismo que la genera.
  • 24. PRUEBAS Y MEDIDAS DE LAS TENDENCIAS
  • 25. Complejidad morfológica no jerárquica MEDIDAS
  • 26. Complejidad morfológica no jerárquica Según el número de tipos celulares EVIDENCIAS
  • 27. Complejidad morfológica no jerárquica Extremidades pares en artrópodos acuáticos EVIDENCIAS
  • 28. Complejidad morfológica no jerárquica EVIDENCIAS Columna vertebral
  • 29. Complejidad de desarrollo no jerárquica MEDIDAS Número de interacciones independientes EVIDENCIAS
  • 30. COMPLEJIDAD MORFOLÓGICA JERÁRQUICA  Definición: Es el número de niveles de anidamiento del conjunto de las partes.  Sistemas artificiales.  Sistemas naturales  Grado de individualización.
  • 31. MEDIDAS  Problema: Contar los niveles en los sistemas naturales es difícil.  Solución: Suponer que la complejidad jerárquica de todos los metazoos es aproximadamente la misma (Individuos pluricelulares).
  • 32. Medidas de la individualización  Número de interacciones entre las partes.  Intensidad de esas interacciones.  Coeficientes de correlación.
  • 33. “Fallos” de esta forma de medir  No tiene en cuenta el espacio y el tiempo en que se sitúan los sistemas.  No tiene en cuenta la funcionalidad de las partes (de forma deliberada).
  • 34. ¿Porqué se excluye la funcionalidad?  Estudiando estructura y función por separado es posible encontrar de forma empírica la relación entre ellas.  Es probable que la selección de la funcionalidad sea la principal causa de un mayor nivel de individualización.  Pero puede que la correlación sea imperfecta.
  • 36. Sociedades o colonias  Son el principal nivel de estudio. Debido a:  En el pre-Phanerozoic hubo una tendencia en el máximo de complejidad jerárquica.  Procariotas  Eucariotas  Pluriceluares  Se pueden descomponer en partes bien diferenciadas.
  • 37. Secuencialmente  nivel 1, nivel 2, nivel 3, etc.  Interpolación  nivel 1, nivel 3, nivel 2, etc.
  • 38. PRUEBAS  1) Briozoos Cheilomata
  • 39. 2)
  • 40. 3)
  • 41. COMPLEJIDAD DESARROLLATIVA JERÁRQUICA  Definición: Es el número de niveles implicados en una relación causal jerárquica.
  • 42. MEDIDAS  Contar el número de niveles implicados.  El promedio donde los nodos divergen. Character entrenchemt
  • 45. Posibles causas de las tendencias Causas de las tendencias Pasiva Conducida Tendencia que ocurre sin Tendencia general a aumentar fuerzas conductoras o parciales la complejidad
  • 46. Tendencia conducida  Tendencia pasiva tiempo tiempo complejidad complejidad
  • 47. Cambios en la complejidad  Se distingue entre: CRECIMIENTO CRECIMIENTO OCASIONAL NECESARIO
  • 48. Análisis y evidencias de las causas  Algunos autores previos a este artículo han propuesto que la complejidad implica una tendencia conducida.  Otros han dicho que hay posibles causas para que existan límites en la complejidad.
  • 49. Análisis y evidencias de las causas  El estudio de estas causas se ha hecho simulando la diversificación de grupos.  Con esto no podemos identificar la causa precisa, pero si intentar reducir el camino para encontrarla.
  • 50. Análisis y evidencias de las causas  Primer test: comportamiento del mínimo. tiempo tiempo tiempo complejidad complejidad complejidad
  • 51. Análisis y evidencias de las causas  Algunos no muestran una tendencia conducida o pasiva tiempo tiempo complejidad complejidad
  • 52. Análisis y evidencias de las causas: metazoos  Estudio centrado en los metazoos. - Tipos de células: el mínimo se mantiene constante Pasiva Conducida
  • 53. Análisis y evidencias de las causas: metazoos -Tipos de patas en artrópodos: Crecimiento del mínimo Pasiva
  • 54. Análisis y evidencias de las causas: metazoos -Número de vértebras: Mínimo constante No fuerzas conductoras Pasiva
  • 55. LÍMITES  Hay razones teóricas para pensar que los límites existen. tiempo tiempo tiempo tiempo complejidad complejidad complejidad complejidad
  • 56. Great Chain of Being Complejidad Perfección
  • 57. Conclusión ¿Qué es la complejidad?
  • 58. ORGANIZACIÓN ‘’Los habitantes de cada periodo sucesivo han derrotado a sus predecesores en la lucha por la vida, y son, en ese sentido, superiores en la escala de la naturaleza. Este hecho puede explicar la imprecisa sensación de muchos paleontólogos de que la organización en su totalidad ha progresado.’’
  • 59. Algo está aumentando. Pero, ¿es la complejidad?