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Inteligencia artificial para leer textos antiguos / La aparición de los primeros organismos…

10/04/2024 SMadmin

«El médico que solo sabe medicina, ni medicina sabe»
José de Letamendi y Manjarrés (1828-1897)

Algunas de las noticias científicas más importantes ocurridas en los últimos meses y que nada tienen que ver directamente con la medicina, pero que sería bueno que usted, como médico, conociera

La inteligencia artificial ha entrado en nuestras vidas con una fuerza inusitada. Muchos la consideran el avance más importante ocurrido en los últimos años y el que más va a cambiar nuestra forma de trabajar y de vivir en el futuro.

Algunos la consideran un demonio, un instrumento maligno, y otros, en cambio, ven en ella una herramienta útil con un gran potencial de mejorar nuestras vidas. Hoy traemos aquí un ejemplo de esta última consideración, en concreto, la capacidad de la inteligencia artificial de descifrar textos antiguos considerados ya irrecuperables por su avanzado deterioro.

Un artículo reciente de la revista Nature relata una historia fascinante. Un equipo de tres investigadores estudiantes de Egipto, Suiza y EE. UU. ha entrenado a su algoritmo de inteligencia artificial para leer un rollo de papiro totalmente carbonizado encontrado en el siglo XVIII en la ciudad romana de Herculano bajo la lava expulsada por el Vesubio hace 2.000 años. Formaban parte de una biblioteca encontrada en una villa, y no había podido leerse hasta ahora por su fragilidad. Se hicieron algunos intentos, pero la manipulación de algunos de estos rollos de papiro acababa con su destrucción en pedazos ilegibles. La biblioteca contenía casi 300 rollos que, en la actualidad, están guardados en su mayoría en la Biblioteca Nacional de Nápoles, pero también en París, Londres y Oxford.

Brent Seales, un científico informático estadounidense se había sentido siempre intrigado por esos rollos de papiro y había intentado leerlos en varias ocasiones sin resultado. En 2019, su equipo elaboró un algoritmo informático para «desenrollar de forma virtual» las superficies de los papiros a partir de imágenes en tres dimensiones de tomografía computarizada. Consiguieron dos de los rollos guardados en París y los llevaron al acelerador de partículas Diamond Light Source, cerca de Oxford, para realizar el escaneo, pero no consiguieron leerlos. La densidad del papiro y de la tinta usada para escribir sobre ellos era la misma, y esto impedía su lectura.

Inteligencia artificial para leer textos antiguos Seales se planteó entonces la posibilidad de que la inteligencia artificial pudiera ayudar en este punto y, junto a un empresario de Silicon Valley llamado Nat Friedman, convocó un concurso abierto en marzo de 2023 llamado Desafío del Vesubio, con un premio de 700.000 dólares para los que pudieran leer cuatro pasajes de al menos 140 caracteres cada uno antes del final del año. Se ofrecieron además entregas de premios parciales para incentivar el progreso de los diferentes equipos que serviría para apoyar a los demás, un ejemplo de fomento de la cooperación.

Al cabo de unos meses, el físico Casey Handmer notó una textura tenue en los escaneos, un craquelado que parecía tener la forma de letras griegas. Con este craquelado, un estudiante estadounidense llamado Luke Farritor entrenó a una inteligencia artificial que reveló una palabra griega escrita en el papiro: porphyras (púrpura). Un estudiante egipcio llamado Youssef Nader consiguió imágenes más claras del texto y quedó en segundo lugar. Con su código, varios equipos consiguieron avanzar en el descifrado del papiro, y al final del año solo uno, formado por estos dos estudiantes y otro suizo llamado Julian Schilliger, consiguió el objetivo del premio.

Posibilidad de descifrar textos inéditos

En la actualidad se está trabajando en la lectura del rollo con este nuevo algoritmo recién premiado. Algunos de los rollos encontrados en Herculano y que estaban menos deteriorados se habían podido leer parcialmente en el pasado, y la mayoría se relaciona con la escuela filosófica epicúrea, fundada por el filósofo ateniense Epicuro (341-270 a.C.). Los rollos parecen haber formado la biblioteca de trabajo de un poeta y filósofo seguidor de Epicuro llamado Filodemo de Gagara (110-40/35 a.C.). El nuevo texto descifrado ahora no menciona al autor, pero probablemente también sea de Filodemo. Además de gustos y vistas placenteras, el texto menciona una figura llamada Xenophantus, posiblemente el flautista de ese nombre mencionado por los antiguos autores Séneca y Plutarco, cuya interpretación hizo aparentemente que Alejandro Magno tomara las armas. En los textos ahora descifrados se habla, además, de cómo vivir una buena vida y cómo evitar el dolor, temas epicúreos clásicos. Pero lo más importante es que esta nueva tecnología permitirá descifrar cientos de rollos pendientes a los que ya se había renunciado y en los que podría haber textos inéditos de otros filósofos, como Aristóteles o Platón, quién sabe. De hecho, Friedman ha anunciado una nueva serie de premios del Desafío del Vesubio para 2024, con el objetivo de leer el 90% de un papiro antes de que acabe el año.

En resumen, la inteligencia artificial ha logrado descifrar textos griegos de un papiro muy deteriorado encontrado hace cientos de años en Herculano. Las técnicas de aprendizaje automático desarrolladas por Seales y los concursantes del Desafío del Vesubio podrían utilizarse ahora para estudiar otros tipos de textos antiguos y así mejor nuestro conocimiento de la cultura antigua.

Referencia bibliográfica:

Marchant J. First passages of rolled-up herculaneum scroll revealed. Nature 2024,626:461-2.Early Education and Development, DOI 10.1038/d41586-024-00346-8

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La aparición de los primeros organismos generadores del oxígeno que ahora respiramos

Todo el oxígeno que abunda en nuestra atmósfera y del que dependemos para respirar ha sido generado por la materia viva a través de la fotosíntesis. En el último número de nuestra revista comentábamos precisamente un artículo sobre la temperatura máxima en la que la fotosíntesis puede tener lugar y avisábamos del peligro de llegar a ese límite en un futuro demasiado temprano debido al calentamiento antropogénico de nuestro planeta. Hoy traemos a la revista otro artículo relacionado con este importante tema.

Hace unos 3.500 millones de años que algunas bacterias, llamadas ahora cianobacterias, aprendieron por primera vez a convertir la energía del Sol en enlaces químicos. Para ello utilizaron electrones que extraían de sustancias reductoras presentes en su entorno. Mucho tiempo después, hace unos 2.400 millones de años, algunas de estas cianobacterias empezaron a robar esos electrones necesarios para la fotosíntesis al agua (H2O), muy abundante en el planeta, lo que generaba oxígeno que empezó a oxidar el suelo y a acumularse poco a poco en el aire. Es lo que se ha llamado fotosíntesis oxigénica (o productora de oxígeno). Lo importante de ese proceso para las bacterias no era generar ese oxígeno, sino robarle los electrones al agua. En aquella época temprana, el aire empezó a acumular en torno a un 1% de oxígeno (lo que se ha llamado Gran Oxidación), pero esto fue solo el principio, porque la capacidad de producir oxígeno de estas cianobacterias aumentó en los siguientes años de forma exponencial, enriqueciendo progresivamente el aire atmosférico con él y estableciendo las condiciones para la vida eucariota y pluricelular, tipos de vida más complejos que necesitaban el oxígeno para un metabolismo más eficaz. En este aumento del oxígeno tuvieron mucho que ver algunas cianobacterias que incorporaron unas estructuras más evolucionadas llamadas tilacoides, una especie de plegado múltiple de sus membranas, que multiplicaba enormemente su capacidad para producir oxígeno. Pero no sabemos con seguridad cuándo se produjo este avance, porque el registro fósil de las cianobacterias es ambiguo a este respecto por su pequeño tamaño y fragilidad. Esto ha dificultado la comprensión de cómo se diversificaron las cianobacterias en esos tiempos remotos.

Las cianobacterias actuales incluyen el género Gloeobacter, que carece de los tilacoides, y el resto de las cianobacterias que sí muestran los tilacoides. Se acepta que las primeras fueron el ancestro de las segundas. Sin embargo, el momento de la aparición de las cianobacterias con tilacoides es desconocido, y solo existen estimaciones aproximadas basadas en relojes moleculares y filogenias inferidas a partir del registro fósil indiscutible más antiguo de una cianobacteria, Eoentophysalis belcherensis, datado en unos 2.000 millones de años. El microfósil más antiguo en que se han identificado tilacoides de forma directa tiene solo en torno a 500 millones de años.

La aportación importante del trabajo presentado aquí es la identificación directa y por primera vez de tilacoides en disposición paralela en una cianobacteria. Nos referimos a Navifusa majensis, un fósil de 1.750 millones de años encontrado en la Formación McDermott (Australia) por el grupo liderado por la investigadora belga Catherine F. Demoulin, de la Universidad de Lieja. Las estructuras externas e internas de N. majensis se observaron con técnicas de microscopía de alta resolución, dado que las cianobacterias presentan un rango de tamaño que va de tan solo desde 0,5 a 60 micrómetros.

La relevancia de este descubrimiento es que establece una prueba de la edad mínima para la divergencia de las cianobacterias con tilacoides a partir de género Gloeobacter de aproximadamente 1.750 millones de años, muy anterior al registro anterior. Esto nos permite una identificación inequívoca de los primeros fotosintetizadores oxigénicos para sondear los primeros ecosistemas de la Tierra y su importante producción de oxígeno. Destaca además la importancia del examen de la ultraestructura de las células fósiles para descifrar su paleobiología y evolución temprana. En resumen, se ha obtenido una prueba directa de la antigüedad mínima de la fotosíntesis oxigénica en 1.750 millones de años, un hito en la comprensión de la evolución de la vida en nuestro planeta Tierra.

Referencia bibliográfica:

Demoulin CF et al. Oldest thylakoids in fossil cells directly evidence oxygenic photosynthesis. Nature 2024;625:529-34. DOI: 10.1038/ s41586-023-06896-7.

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Mejorar la capacidad de matar impulsó la evolución de los mamíferos

El éxito evolutivo de los primeros grandes depredadores terrestres se debió a su necesidad de mejorar como máquinas de matar, según sugieren investigadores de la Universidad de Bristol y la Open University.

Todos los mamíferos procedemos de un grupo de animales conocidos como sinápsidos que, aunque tenían un aspecto muy parecido al de un reptil, eran muy diferentes a ellos. Estos sinápsidos surgieron hace 315 millones de años y dominaron la Tierra durante más de 60 millones de años, mucho antes del origen de los primeros dinosaurios. Durante ese largo período, estos animales carnívoros fueron los principales depredadores terrestres. Esto ocurrió en la época en la que los animales empezaron a vivir, comer y reproducirse completamente en tierra, alejándose de los entornos acuáticos de los que habían dependido antes.

Un grupo de investigadores liderados por el Dr. Suresh Singh, de la Universidad de Bristol y la Open University, estudiaron la anatomía de la mandíbula y el tamaño corporal de estos sinápsidos para reconstruir sus posibles hábitos alimentarios y trazar su evolución ecológica a lo largo del tiempo. El grupo descubrió un cambio importante en la función de sus mandíbulas hace unos 270 millones de años que se ha vinculado a un cambio significativo en su comportamiento depredador. A medida que los herbívoros se hacían más grandes y rápidos, los sinápsidos se adaptaron para convertirse en depredadores más grandes y mejores para sobrevivir.

Los primeros depredadores sinápsidos, como el famoso Dimetrodon, tenían mandíbulas bastante largas con muchos dientes para asegurarse de que, una vez atrapada la presa, ésta no escapara. Pero después se observó un cambio hacia el desarrollo de mandíbulas más cortas con una mayor eficacia muscular y menos dientes que se concentraban en la parte delantera de la mandíbula. Eran mandíbulas adaptadas para dar mordiscos profundos y potentes. Este cambio muestra que los sinápsidos posteriores ponían más énfasis en herir fuertemente y así matar más rápidamente a sus presas, una adaptación a las nuevas presiones selectivas que presentaban sus presas. El momento en que se produjo este cambio se corresponde con la evolución de nuevos herbívoros más grandes que habrían supuesto un mayor desafío para los depredadores.

Estos cambios no solo hicieron que la mandíbula fuera más eficaz, para evitar resultar heridos o muertos por sus potenciales presas, sino que también marcaron la primera reestructuración de la mandíbula que daría lugar al oído complejo de los mamíferos y, mucho más tarde, a la evolución del lenguaje en ese mamífero depredador que somos nosotros. Es decir, que este cambio refleja un nuevo dinamismo en las interacciones depredador-presa que demuestra que la vida en tierra se movía con mayor rapidez que en el agua.

Los investigadores también descubrieron que la diversidad morfológica de los carnívoros sinápsidos aumentó tras el cambio, con la adición de nuevos grupos funcionales adaptados a velocidades de mordedura más rápidas o a mordeduras aún más potentes hasta mediados del Pérmico tardío, hace unos 265-251 millones de años. Al evaluar cómo se comparaban los tamaños de estas nuevas especies de carnívoros dentro de las distintas comunidades a lo largo del tiempo, se dieron cuenta de que estas comunidades podían haber empezado a parecerse mucho a las de los mamíferos carnívoros modernos.

En conclusión, este estudio nos habla de cómo las interacciones entre depredadores y presas son un importante motor de evolución que pueden dar lugar a grandes saltos en nuestra propia historia evolutiva. En este caso, la ventaja de matar rápidamente a las presas en los sinápsidos impulsó el desarrollo de un oído especial del que disfrutarían los mamíferos y que más adelante permitiría el desarrollo del lenguaje en una especie concreta de ellos.

Referencia bibliográfica:

Singh SA, Elsler, A, Stubbs, TL et al. Predatory synapsid ecomorphology signals growing dynamism of late Palaeozoic terrestrial ecosystems. Communications Biology, 2024;201. DOI https://doi.org/10.1038/ s42003-024-05879-2