El verano pasado, en una reunión en las afueras de Aspen, Colorado, se dieron cita varias docenas de físicos para celebrar lo que la revista Nature describió como "la sensación creciente de que la forma de pensar de su disciplina será crucial para levantar la cosecha de la era postgenómica de la bilogía". De hecho, puesto que la genética habrá de mejorar todo, desde la salud del ser humano hasta la agricultura, los físicos y matemáticos de todo el mundo se están volcando hacia las ciencias de la vida. La biología es el campo donde estará la acción científica (y el dinero) en este siglo.

Pero esta no es la primera ocasión en que los físicos y los matemáticos han buscado en la biología nuevos campos para plantar, y la historia de esos esfuerzos ha sido bastante deprimente. Los biólogos y los físicos tienen metas y tradiciones distintas, y buscan respuestas diferentes, porque hacen preguntas diferentes.

Mi primer encuentro con esta división entre las disciplinas sucedió hace muchos años cuando estaba dando un curso de métodos matemáticos en biología. Después de plantear un problema biológico con 11 variables, utilicé un método sencillo llamado análisis dimensional para demostrar que sólo era necesario estudiar empíricamente tres, puesto que las relaciones entre las demás variables se podían inferir con lógica. "Pero no ha hecho los experimentos", se quejaron los estudiantes, "así que ¿cómo puede saberlo?"

Desde entonces he estado pensando en esa pregunta. Mi formación como física teórica, me hacía confiar sólo en argumentos matemáticos y lógicos, y considerar las evidencias experimentales como falibles. Sin embargo, para muchos, sino es que para la mayoría de los biólogos, las evidencias experimentales, por falibles que fueran, seguían ofreciendo un camino más seguro hacia la verdad. ¿Dónde, en un argumento deductivo puro, había lugar para las sorpresas de la naturaleza, para mecanismos que no se parecieran en nada a lo que habíamos imaginado en nuestros supuestos iniciales?

Los filósofos de la ciencia tradicionalmente han abordado las preguntas que tienen que ver con qué es el conocimiento, qué es una explicación y qué es una teoría como si se pudieran contestar con respuestas universales. Pero la brecha de comunicación entre los biólogos experimentales y los biólogos matemáticos sugiere que las respuestas dependen de culturas disciplinarias específicas.

Consideremos los esfuerzos interdisciplinarios (y el fracaso al final) de Nicolás Rashevsky, un físico teórico ruso que emigró a los EU en 1924. Rashevsky se preguntaba si la división de las células biológicas y el inicio de la inestabilidad en pequeñas gotas de líquido podrían tener como explicación un mecanismo similar. Pronto se dedicó a construir "una biología matemática sistemática, similar en su estructura y en sus metas a la física matemática". Para 1940, había publicado su magnum opus, Biofísica matemática, había establecido un programa con ese mismo nombre en la Universidad de Chicago y había fundado el Boletín de biofísica matemática.

Pero hacia 1954, Rashevsky había perdido sus subvenciones y su presupuesto, y actualmente queda poco de sus esfuerzos institucionales y científicos. La principal crítica en su contra es que no se involucró con biólogos practicantes, Pero Rashevsky al menos hizo un esfuerzo inicial para interesar a los biólogos en su trabajo. En 1934 presentó un análisis "físico-matemático" de las fuerzas que actúan sobre una célula esférica idealizada, modelo que según él era suficiente para explicar la división celular.

Cuando los biólogos objetaron diciendo que no todas las células son esféricas, Rashevsky contestó que la teoría se debe aplicar primero a los casos más simples. E.B. Wilson, el célebre gigante de la biología celular, dijo la última palabra en un pequeño ensayo después de la presentación de Rashevsky en el que concluyó que las matemáticas pueden ser útiles para estudiar el crecimiento de poblaciones, pero no de individuos. El colega de Wilson, Eric Ponder, fue aún más agudo, al decir que lo que se requiere es "más mediciones y menos teoría".

Sin embargo, a principios de los años cincuenta, los biólogos todavía no podían explicar cómo un organismo reproduce su forma característica de una generación a otra. En 1952, Alan Turing (mejor conocido por su trabajo sobre el cómputo y la mente) propuso un modelo matemático consistente en un par de ecuaciones que describían la reacción y difusión de dos sustancias químicas imaginarias. Su modelo, que él mismo admitía que era una "simplificación y una idealización", buscaba subrayar las "características más importantes" del desarrollo de un embrión. El enfatizaba que las reacciones descritas no tenían parecido con las que se daban en la naturaleza. Reflejaban sólo el deseo de que "el argumento fuera fácil de seguir".

Turing aparece aquí como la caricatura del físico matemático. Al igual que Rashevsky estaba impregnado de la creencia de los científicos matemáticos y físicos de que un modelo imaginario que no pretende ser la verdad literal puede sin embargo capturar las "características más importantes" y por lo tanto tener una función explicativa útil.

Sin embargo, los biólogos experimentales hacen una pregunta distinta: no si los organismos podrían crecer como lo sugiere el modelo, sino si en efecto lo hacen. En este sentido, el modelo reacción-difusión de Turing ha sido muy decepcionante. En los últimos 20 años, los biólogos moleculares han descubierto que la activación progresiva de una jerarquía de genes (que no aparece en el modelo de Turing) define la estructura y forma final de un organismo. De manera más amplia, las mejores explicaciones sobre la forma en que los sistemas biológicos resuelven problemas específicos provienen de la genética experimental, no de las matemáticas y la lógica.

Sin embargo, los físicos y los matemáticos tienen motivos para celebrar. Desde 1983, la proporción del financiamiento para la investigación matemática y computacional que proviene de la División de Biología de la Fundación Nacional para las Ciencias de los EU ha aumentado aproximadamente 50 veces.

Para crédito suyo, muchos de los nuevos programas de biología matemática incitan a los investigadores que vienen de las ciencias matemáticas a convertires en biólogos practicantes. Mientras tanto, algunos programas de cómputo "amigables" permiten a los biólogos construir sus propios modelos teórico-matemáticos.

El efecto neto podría ser una nueva cultura disciplinaria que transforme los objetivos, métodos y bases epistemológicas de la investigación. Los modelos de la biología teórica se formularán no con unas cuantas ecuaciones simples, sino mediante un complejo de algoritmos, análisis estadísticos y simulaciones. Y, reconociendo la siempre presente posibilidad de excepciones, aspirarán a "generalidades", más que a "leyes", y dejarán espacio para las particularidades accidentales de las estructuras biológicas. La biología no es la física, e ignorar su historia evolutiva es invitar a la irrelevancia.

Copyright: Project Syndicate, abril de 2003.

Traducido del inglés por Mario de Gortari Rangel