Johnson, steven. emergncia

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Text of Johnson, steven. emergncia

  • 1. Steven IohnsonEmergnciaA vida integrada de formigas,crebros, cidades e softwares Traduo: MARIA CARMELITA P DUA DIASReviso Tcnica: PAULOVAZECO/UFRJ Jorge Zahar Editor Rio de Janeiro

2. INTRODUOTodos por umEm agosto de 2000, um cientista japons chamado Toshiyuki Nakagaki anun-ciou que havia treinado um organismo semelhante a uma ameba, denomina-do Dictyostelium discoideum, a encontrar o caminho mais fcil dentro de umlabirinto. Nakagaki colocou o organismo num pequeno labirinto que continhaquatro rotas possveis e ps alimento em duas sadas. Apesar de ser um orga-nismo bastante primitivo (parente prximo dos fungos), sem qualquer tipo decentralizao cerebral, o discoideum conseguiu descobrir o caminho mais eficien- te para atingir o alimento, esticando o corpo pelo labirinto de modo a conec- tar-se diretamente com as duas fontes de alimento. Sem quaisquer recursos cognitivos aparentes, ele conseguiu "resolver" o quebra-cabea do labirinto.Para um organismo to simples, o discoideum tem uma bibliografia not- vel. O relato de Nakagaki, na verdade, foi o mais recente de uma longa cadeiade pesquisas sobre as sutilezas do comportamento do discoideum. Aos olhosdos cientistas empenhados em entender sistemas que usam componentes rela-tivamente simples para construir inteligncia de nvel mais alto, o discoideumpoder se tornar algum dia o equivalente dos tentilhes e das tartarugas queDarwin observou no arquiplago de Galpagos. De que forma um organismo to primitivo veio a desempenhar um papelcientfico to importante? Tudo comeou no final da dcada de 1960, em NovaYork,com uma cientista chamada Evelyn Fox Keller. Doutora em fsica pela Universidade de Harvard, Keller havia escrito uma tese sobre biologia molecu- lar e passou algum tempo explorando o novo campo da "termo dinmica do no-equilbrio", que mais tarde estaria associada com a teoria da complexida- de. Em 1968 ela trabalhava como pesquisadora associada no Instituto Sloan Ketteringem Manhattan, investigando a aplicao da matemtica a problemas biolgicos.Como a matemtica j havia desempenhado um papel crucial paraampliar nosso conhecimento sobre a fsica, Keller imaginou que talvez pudesseser til tambm para a compreenso de sistemas vivos.s 3. 10 EMERGNCIANo segundo trimestre de 1968, Keller conheceu um pesquisador visitantechamado Lee Segel, que tinha os mesmos interesses que ela e trabalhava commatemtica aplicada. Foi Segel quem primeiro lhe mostrou a conduta bizarrado Dictyostelium discoideum, e juntos comearam uma srie de pesquisas queiriam contribuir para transformar a nossa compreenso no apenas da evolu-o biolgica, mas tambm de mundos to diversos como a cincia do crebro,o design de software e os estudos urbanos.Se voc estiver lendo estas palavras durante o vero, em alguma regiosuburbana ou rural, possvel que um Dictyostelium discoideum esteja cres-cendo por perto. Em um dia seco e ensolarado, passeie no meio de um bosquenormalmente fresco e mido, ou caminhe sobre as folhas e cascas das rvoresvelhas do jardim, e ver, talvez, uma substncia esquisita cobrindo algunscentmetros de madeira apodrecida. primeira vista, a massa laranja-averme-lhada sugere que o cachorro do vizinho comeu alguma coisa desagradvel.Mas, se voc observar o Dictyostelium discoideum durante vrios dias - ou,melhor ainda, se fotograf-Io durante um espao de tempo -, vai descobrirque ele se move pelo cho muito vagarosamente. Se as condies climticas setornarem mais midas e frias, voc pode voltar ao mesmo lugar e verificar quea criatura simplesmente desapareceu. Ser que ela se foi para algum outrolugar no bosque? Ou de alguma forma sumiu no ar, evaporou-se como umapoa dgua?O que realmente aconteceu foi que o Dictyostelium discoideum fez algoainda mais misterioso, um truque de biologia que vinha intrigando os cientis-tas h sculos, antes que Keller e Segel iniciassem sua parceria. O comporta-mento desse fungo era to estranho que, para compreend-lo, seria necessriopensar para alm dos limites das disciplinas tradicionais - e talvez seja porisso que o mistrio do discoideum foi desvendado pela intuio de uma bilogamolecular com doutorado em fsica. O fato que nada desapareceu do jardim.52 discoideum passa grande parte de sua vida como milhares de outras criatu-ras unicelulares, cada uma delas movendo-se separadamente das companhei-ras. Sob condies adequadas, essas mirades de clulas aglomeram-se nova-mente em um nico organismo maior, que ento comea seu passeio tranqiloe rastejante pelo jardim, consumindo, no caminho, madeira e folhas apodreci-das. Quando o ambiente mais hostil, o discoideum age como um organismonico; quando o clima refresca e existe uma oferta maior de alimento, "ele" setransforma em "eles". O discoideum oscila entre ser uma criatura nica e uma multido.,Embora as clulas desse organismo sejam relativamente simples, elasatraram uma dose desproporcional de ateno de uma srie de disciplinasdiferentes - embriologia, matemtica, informtica - porque mostram um 4. INTRODUO11 exemplo realmente intrigante de comportamento de grupo coordenado. Qualquer pessoa que j tenha contemplado o grande mistrio da fisiologia humana - como todas as minhas clulas conseguem funcionar to bem juntas? - encontrar algo parecido no agregao do Dictyostelium discoi- deum. Se conseguirmos imaginar como ele consegue, ento talvez possamos ter algum insight acerca de nosso prprio e desconcertante conjunto. "Eu fazia parte do Departamento de Biomatemtica do Sloan-Kettering - e era um departamento muito pequeno; diz Keller hoje, rindo. Embora o.campo da biologia matemtica fosse relativamente recente no final da dcada~e 1960, contava com um precedente fascinante, ainda que enigmtico: umensaio, at ento pouco conhecido, escrito pelo ingls Alan Turing, brilhantedecifrado r de cdigos da Segunda Guerra Mundial que tambm ajudou ainventar o computador digital. Em um de seus ltimos artigos, antes de slglmorte em 1954, Turing havia estudado o mistrio da "morfognese" - acapacidade de todas as formas de vida de desenvolverem progressivamentecorpos mais elaborados a partir de incios incrivelmente simples. O .artigo deTuring se concentrava mais nos padres numricos recorrentes das flores, mas demonstrava, usando ferramentas matemticas, como um organismo comple- xo pode se juntar, sem que haja um lder para planejar e dar ordens."Eu estava pensando que a agregao do Dictyostelium discoideum pode- ria servir como um modelo para a evoluo, e me deparei com o texto de Turing", diz Keller, hoje, em seu escritrio no MIT. "E a, pensei: bingo!"Durante algum tempo, os pesquisadores achavam que as clulas do dis- coideum liberavam uma substncia comum chamada acrasina (tambm co- nhecida como AMP cclico), que, de algum modo, participava do processo de agregao. Porm, at Keller iniciar suas pesquisas, a crena geral era a de queas agregaes do discoideum se formavam pelo comando de clulas lderes, queordenavam que as outras clulas comeassem a se agregar. Em 1962, B.M.Shafer, de Harvard, mostrou de que maneira os "lderes" podiam usar o AMPcclico como um sinal para reunir a tropa; os generais "lderes" liberariam oscompostos nos momentos apropriados, desencadeando ondas de AMP cclico,o qual se espalhava por toda a comunidade, medida que cada clula isoladatransmitia o sinal para as vizinhas. A agregao do Dictyostelium discoideum,na verdade, era um gigantesco jogo de telefone sem fio -, mas apenas algumas clulas de elite faziam a chamada inicial. Parecia uma explicao perfeitamente razovel. Ns estamos naturalmente predispostos a pensar em termos de lderes, quer falemos de fungos, sistemas polticos ou nossos prprios corpos. Nossas aes parecem ser governadas, na maior parte dos casos, por clulas-lderes em nossos crebros e, durante mil- nios, fomentamos elaboradas clulas-lderes em nossas organizaes sociais, 5. 12EMERGNCIAseja na forma de reis ou ditadores, ou at de vereadores. A maior parte domundo nossa volta pode ser explicado em termos de hierarquias e sistemasde comando - por que seria diferente com o Dictyostelium discoideum? Contudo, a teoria de Shafer tinha um pequeno problema: ningum con-seguia encontrar os tais lderes. Embora todos os observadores concordassemque as ondas de AMP cclico de fato fluam pela comunidade do discoideumantes da agregao, todas as clulas da colnia eram efetivamente intercambi-veis. Nenhuma possua qualquer caracterstica distintiva que fizesse dela umcandidato a lder. A teoria de Shafer pressupunha a existncia de uma monar-quia celular regendo as massas, mas, no final das contas, todas as clulas deDictyostelium discoideum eram criadas iguais. Nos 20 anos que se seguiram publicao do ensaio original de Shafer, osmicologistas assumiram que a ausncia de clulas-lderes era um sinal dedados insuficientes ou de experimentos mal projetados: os generais estavamali no meio em algum lugar, imaginavam os pesquisadores - mas eles aindano sabiam como eram seus uniformes. Keller e Segel, no entanto, preferiramoutra abordagem, mais radical. O trabalho de Turing sobre morfognese tinhadelineado um modelo matemtico em que agentes simples seguindo regrassimples eram capazes de gerar estruturas surpreendentementecomplexas;!alvez a agregao do Dictyostelium discoideum fosse um exemplo desse com-portamento no mundo real. Turing focalizara principalmente as interaesen~ clulas~~m nico organismo, mas era perfeitamente razovel suporque a matemtica funcionaria para a agregao de clulas que flutuavamlivremente. E ento algumas perguntas vieram mente de Keller: e se Shaferestivesse errado esse tempo todo? E se as clulas do discoideum se organizassemem comunidade por si prprias? E se no houvesse um lder? O palpite de Keller e Segel se mostrou totalmente correto. Embora no dispusessem das avanadas ferramentas de visualizao dos computadores atuais, os dois rabiscaram uma srie de equaes, equaes que demonstraram"como as clulas do discoideum podiam provocar a agregao sem seguir um lder, simplesmente alterando a quantidade de AMP que elas liberavam indivi- d