Creo que hay una razón fundamental por la que la bioingeniería es mucho más difícil que la ingeniería con tecnologías hechas por el hombre.
El proceso que describió, donde los bloques de construcción simples se convierten en herramientas simples, que luego se utilizan y se vuelven a muestrear en sistemas cada vez más complejos, es de hecho la forma en que se han creado las tecnologías humanas. Eso nos facilita entender cómo unir las partes de una manera diferente para hacer otra cosa.
Sin embargo, la biología no está construida de una manera tan jerárquica. Más bien, la biología ha evolucionado por mutación y selección, donde cada cambio en el camino puede afectar a todo el sistema al mismo tiempo. Eso significa que no hay ningún requisito de que sus diseños consten de capas aisladas que se puedan despegar y entender una a una, ni tampoco hay un límite real a la complejidad de las capas que existen, o del sistema en general. En biología, los sistemas funcionales pueden emerger de una manera caótica que es muy difícil de encajar en nuestra forma de pensar modular.
Por eso, hasta ahora, la biología ha resistido nuestros mejores esfuerzos para realizar ingeniería inversa, ¡porque nunca fue diseñada en primer lugar! Claro, hemos hecho muchas observaciones útiles sobre lo que sucede en los sistemas biológicos, pero sabemos muy poco acerca de cómo funcionan estas cosas.
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Un ejemplo famoso de la dificultad de entender los sistemas que no fueron diseñados de la manera jerárquica usual proviene del campo de los algoritmos genéticos. La historia dice que algunos ingenieros querían crear un diseño de procesador más eficiente, que implica descubrir cómo unir las puertas para realizar ciertas operaciones aritméticas. Hay muchas maneras de juntar los bloques de construcción básicos para crear las funciones deseadas, y algunas son más eficientes que otras en términos de velocidad o número de puertas requeridas. Sin embargo, al usar algunas matemáticas sofisticadas, se demostró que no hay forma de usar menos de X número de puertas para realizar la función Y.
Lo que hicieron estos ingenieros fue crear algunos diseños en un chip de matriz de compilación reprogramable y luego evolucionarlos utilizando algoritmos genéticos, seleccionando los que eran más eficientes. Finalmente, se encontraron con un dispositivo que podía realizar con éxito la función Y especificada, ¡con menos puertas de las que teóricamente es posible! Resulta que el dispositivo había evolucionado para depender de un defecto sutil en el hardware del chip, que esencialmente permitía que algunas puertas se comunicaran con otras puertas cuando no estaban conectadas directamente.
Este es un resultado que nunca podría haber sido predicho o explicado basándose solo en una comprensión de la capa tecnológica de puertas y diseño del procesador. Sin embargo, surgió muy fácilmente de la evolución genética. Esto muestra las dificultades que surgen cuando los sistemas pueden evolucionar sin la restricción en la interacción entre las capas jerárquicas. Ahora imagine los tipos de complejidades entre capas que existen en los sistemas biológicos que han evolucionado durante miles de millones de años sin esta restricción, en un sustrato que es mucho más flexible que un chip reprogramable.
En resumen, elegimos la ingeniería de hardware en lugar de la bioingeniería porque es exponencialmente más fácil para nosotros.