Envoltura de la naturaleza: un dispositivo simple que revela el alcance y la magnitud de todos los procesos biológicos

La envoltura de la naturaleza incluye, en verde, todas las operaciones llevadas a cabo por, involucrando o como resultado de las actividades de todos y cada uno de los seres vivos. Los ejes representan la duración del evento y los volúmenes de participantes utilizando una escala log10. Crédito David G. Patterson

A medida que la biología avanza hacia la era digital, crea nuevas oportunidades para el descubrimiento.

Cada vez más, la información de las investigaciones sobre aspectos de la biología, desde la ecología hasta la biología molecular, está disponible en forma digital. Se está digitalizando información antigua, «antigua». La información digital se ensambla en bases de datos que se pueden recopilar y examinar utilizando un conjunto creciente de algoritmos y herramientas de visualización.

De esta dirección surgió la visión de que, algún día, deberíamos poder analizar todos y cada uno de los aspectos de la biología en este mundo digital.

Sin embargo, antes de que esto pueda suceder, se necesitará una infraestructura que recopile información de todas las fuentes, la remodele como datos unificados utilizando ontología y metadatos globales, y la haga disponible gratuitamente para su análisis.

Esta información también debe llegar a repositorios confiables para garantizar que los datos estén siempre accesibles en un estado pulido que sea adecuado para su reutilización.

La primera capa de la infraestructura es la que recopila toda la información antigua y nueva, ya sea que tenga que ver con la migración de los mamíferos marinos, las secuencias de bases en el ARN ribosomal o las ubicaciones conocidas de ciertos tipos de protozoos ciliados.

¿Cuántos subdominios habrá? Para responder a esto, necesitamos comprender el alcance y la escala de la biología.

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Con Nature’s Envelope tenemos, por primera vez, un modelo simple que representa el alcance y la escala de la biología. El sobre de la naturaleza fue presentado como recurso retórico por su autor, el Dr. David J. Patterson (Universidad de Sydney, Australia), en un artículo del foro, publicado en la revista de ciencia abierta Research Ideas and Outcomes (RIO).

Esto se logra mediante la acumulación de información sobre los procesos llevados a cabo por todos los organismos vivos. Los procesos ocurren en todos los niveles de organización, desde transacciones submoleculares, como las que sustentan los impulsos nerviosos, hasta aquellas dentro y entre plantas, animales, hongos, protistas y procariotas. Además, también son las acciones y reacciones de los individuos y las sociedades; sino también la suma de las interacciones que componen un ecosistema; Y finalmente, las consecuencias de la biosfera como un sistema completo.

En el sobre de la naturaleza, la información sobre el tamaño de los participantes y la duración de los procesos de todos los niveles de la organización se traza en una cuadrícula. La red utiliza una escala logarítmica (base 10), que tiene alrededor de 21 órdenes de magnitud y 35 órdenes de magnitud mayor. La información sobre procesos que van desde subatómicos, pasando por moleculares, celulares, tejidos, organismos, especies y comunidades hasta ecosistemas se asigna a los grupos nodales correspondientes.

Los ejemplos incluyen movimientos del movimiento paso a paso de moléculas como la cinesina que avanzan 8 nm en aproximadamente 10 ms; o migraciones de charranes árticos que siguen rutas de 30.000 km o más desde Europa a la Antártida durante un período de 3 a 4 meses

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Los extremos de los procesos de vida están determinados por las entidades más pequeñas y más grandes involucradas, y los procesos más cortos y duraderos. El evento más breve implicado es la transferencia de energía de un fotón a un pigmento fotosintético cuando el fotón atraviesa una molécula de clorofila de varios nanómetros de ancho a una velocidad de 300.000 kilómetros por segundo. Esta transacción tarda entre 10 y 17 segundos. Dado que incluye las partículas subatómicas más pequeñas, define la esquina inferior izquierda de la red.

El más duradero es el proceso de evolución que duró casi 4 mil millones de años. La influencia de este último crea la biosfera (el organismo vivo más grande) y afecta el contenido de gas en la atmósfera. Este proceso creó el extremo superior derecho de la cuadrícula.

Todos los procesos biológicos encajan en una amplia envoltura en forma de S que incluye aproximadamente la mitad de las masas nodales de la red. La portada dibujada alrededor de los principales ejemplos es Nature’s Envelope.

«The Nature’s Hardcover será una adición útil a muchas discusiones, ya sea que se trate de la infraestructura que ejecutará la era digital de la biología, o que proporcione un contexto para la educación sobre la diversidad y la gama de procesos en los que están involucrados los sistemas vivos. publicado en la revista RIO es visto como la primera edición, para ser refinado y mejorado a través de la participación de la comunidad», comenta Patterson.

fuente original:
Patterson DJ (2022) Alcance y escala de las ciencias de la vida («Nature Envelope»). Ideas y hallazgos de investigación 8: e96132. https://doi.org/10.3897/rio.8.e96132

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