Las 7 lecciones de la madre naturaleza para un mundo más seguro

Auando el nuevo coronavirus comenzó a filtrarse a través de las fronteras nacionales hace tres años, las respuestas de los gobiernos variaron enormemente. Algunos emitieron prohibiciones de viaje. Otros ordenaron cierres completos. Algunos sugirieron que los residentes se mantuvieran solos y usaran máscaras cuando no pudieran hacerlo. Otras naciones instaron a los jóvenes y sanos a hacer negocios como de costumbre, con la esperanza de que suficientes infecciones conduzcan rápidamente a la inmunidad colectiva.

Las respuestas individuales fueron tan variadas como permitidas. Algunas personas se aíslan en casa y adoptan tecnologías virtuales para socializar, hacer negocios, recibir atención médica y aprender. Otros hicieron del enmascaramiento una nueva norma cada vez que se aventuraban a salir. Algunos que podrían mudarse al campo, cambiaron de trabajo o crearon grupos sociales. Otros continuaron desafiantes como de costumbre, decididos a no cambiar su comportamiento frente a la nueva amenaza. La mayoría dejó sus apuestas, mientras los recuentos de muertes aumentaban en todo el mundo, convencidos de que su reacción era la reacción correcta.

La defensa es simplemente difícil.

A pesar de estas variadas respuestas, cientos de millones de personas se han infectado, muchos millones han muerto y muchos más viven con consecuencias para la salud a largo plazo. ¿Por qué fue tan difícil encontrar una respuesta efectiva?

Hay muchas razones por las que, colectiva e individualmente, nos resultó tan difícil responder de manera efectiva a la llegada de un nuevo coronavirus. Llevó tiempo aprender cómo se propagó el virus, los líderes tuvieron que equilibrar la salud pública con la salud económica. Y los individuos fueron bombardeados con mensajes cambiantes y, a veces, contradictorios.

Pero hay otro desafío fundamental. La defensa es simplemente difícil, ya sea ideando respuestas de salud pública a una pandemia, protegiendo una empresa contra ataques cibernéticos de ransomware o asegurando una frontera contra incursiones hostiles.

Por supuesto, no somos los primeros en enfrentar amenazas dañinas, incluso existenciales. El montaje de ataques y defensas es una danza tan antigua como la vida en nuestro planeta. Y la coreografía se registra profundamente en los sistemas inmunológicos de la vida. El sistema inmunológico de algo como el platelminto ha tenido casi 840 millones de años para evolucionar. Esos lapsos de tiempo permitieron intentos casi incalculables de experimentar, rechazar, ajustar e innovar para combatir enemigos diversos y astutos.

Afortunadamente, los ingenieros humanos no necesitan esperar a la evolución por selección natural para cambiar de estrategia: pueden experimentar e innovar en tiempo real. Al dar forma a las estrategias de defensa para seguir la dinámica inmunológica, podemos encontrar modelos útiles que podrían ayudarnos a salvarnos de futuros ataques.

Desde el engaño hasta los daños colaterales, los sistemas inmunológicos están constantemente monitoreando, adaptando y ejecutando estrategias energéticamente económicas. Aquí hay siete desafíos centrales de la defensa, y las formas en que el sistema inmunitario puede mostrarnos un camino a seguir para mantenernos más seguros en el futuro, independientemente del enemigo.

Engaño: Los atacantes sigilosos pueden ser casi indistinguibles de partes de su objetivo, evadiendo la detección a través del mimetismo, el disfraz, el camuflaje o el engaño absoluto. Los patógenos infecciosos pueden evolucionar para parecerse mucho a sus anfitriones (o al menos a las células dentro de sus anfitriones), los espías se mezclan con las comunidades a las que se dirigen y los ataques de phishing se hacen pasar por correos electrónicos inocuos. El diseño de un sistema de detección para discriminar con precisión entre el “yo” y el “otro” requiere que el sistema sea extremadamente preciso para evitar cometer errores y perder algunos ataques, o corregir en exceso y dañarse a uno mismo.

Autoinmunidad: La defensa de un sistema de cualquier complejidad significativa casi siempre corre el riesgo de una identidad equivocada, donde la respuesta se dirige contra una parte del propio sistema. Estamos aprendiendo que una variedad cada vez mayor de enfermedades humanas (enfermedad celíaca, diabetes tipo 1, artritis reumatoide) son problemas autoinmunes de raíz. De manera similar, el fuego amigo accidental es un problema conocido en la guerra; las carpetas de spam pueden eliminar correos electrónicos legítimos; y los profesionales del servicio a domicilio pueden ser confundidos con intrusos.

El sistema inmunológico de algo como el platelminto ha tenido casi 840 millones de años para evolucionar.

Ambigüedad: En muchos casos, la detección perfecta es imposible debido a las ambigüedades inherentes. Los ciudadanos confiables pueden ser convertidos por operativos extranjeros, la información que es inofensiva en un contexto puede ser engañosa en otro, y la llamada “niebla de guerra” puede aumentar las probabilidades de fuego amigo.

Límite: Muchas amenazas son tolerables a niveles bajos pero peligrosas cuando superan un umbral. Un par de intentos de contraseña mal escritos pueden interpretarse como un error involuntario, mientras que 100 intentos de este tipo pueden interpretarse como un intento de descifrado de contraseña. Decidir dónde establecer tales umbrales no solo afecta la efectividad defensiva, sino también su costo: si desplegamos recursos cada vez que hay una amenaza menor, los gastos defensivos (ya sea que se midan en tiempo, dinero o energía) pueden volverse prohibitivos.

Daños colaterales: Los sistemas defensivos deben evitar que el remedio sea peor que la enfermedad. Durante los primeros meses de la pandemia de COVID-19, muchos de nosotros aprendimos por primera vez sobre las “tormentas de citocinas”, una inflamación sistémica potencialmente mortal provocada por una respuesta inmunitaria demasiado entusiasta al virus. Un sistema de defensa exitoso debe, en la medida de lo posible, implementar una respuesta proporcional, una que no cause más daño que la amenaza original.

Lo completo: Un sistema de detección que sea lo suficientemente preciso para evitar la autoinmunidad y al mismo tiempo detectar casi todos los ataques requiere muchos recursos. Por ejemplo, no es económicamente factible buscar en cada centímetro cuadrado de cada importación que llega a las costas de un país en busca de posibles especies invasoras. Pero tampoco es económicamente prudente renunciar a todas las búsquedas de especies invasoras. El desafío radica en averiguar qué nivel de integridad funciona mejor para la situación.

Evolución del enemigo: La adaptación, la evolución y la innovación permiten a los atacantes descubrir debilidades y vulnerabilidades en un sistema de defensa, lo que les permite estar un paso por delante de un sistema de defensa. Los atacantes también suelen adaptar sus estrategias a lo largo del tiempo. Algunos virus, por ejemplo, se vuelven menos virulentos a medida que se propagan a través de una población, para evitar matar a sus huéspedes antes de que puedan infectar a más personas.

GRAMODados los muchos desafíos de la defensa—contra la propagación global de patógenos, especies invasoras, estafadores informáticos, ejércitos invasores—es poco probable que una sola táctica de defensa pueda ser perfecta. Pero eso no significa que debamos dejar de intentar mejorar. Que es donde podemos tomar prestadas más tácticas de la sabiduría acumulada de los sistemas inmunológicos evolucionados.

Primero, nosotros puede ser adaptativo. Una característica de la pandemia de COVID-19 fue la frustración asociada con el cambio de consejo. Pero los consejos siempre cambian a medida que mejora el conocimiento o la tecnología. Las mejores formas de defender una casa en la década de 1960 no son las mejores formas de defenderla hoy. Las nuevas tecnologías hacen que las viejas sean menos útiles. Los consejos sobre protección personal contra el coronavirus cambiaron a medida que los científicos obtuvieron una mejor comprensión de los modos de transmisión y desarrollaron vacunas.

Las lecciones de la inmunidad nos enseñan que la mejor estrategia defensiva puede cambiar con el tiempo. Del mismo modo, debemos adaptarnos a las circunstancias personales cambiantes, a los atacantes y ataques cambiantes, a un clima político o económico cambiante a un virus en evolución, para implementar estrategias defensivas efectivas y adecuadamente adaptadas.

A veces nos ayudamos mejor a nosotros mismos ayudando a los demás.

En segundo lugar, debemos reconocer que la defensa es costosa y continua. Con cientos de millones de células inmunitarias circulando constantemente por nuestro cuerpo y residiendo en cada órgano, está claro que la respuesta evolutiva a la amenaza constante es la vigilancia constante.

Parece que reconocemos en la defensa nacional que no podemos darnos el lujo de bajar la guardia, incluso cuando ningún enemigo está atacando actualmente. Hemos sido menos efectivos en la vigilancia para defendernos de las enfermedades. A medida que aumenta el tiempo transcurrido desde la última enfermedad aterradora o catastrófica, disminuyen las inversiones en infraestructura de salud pública, monitoreo y ciencia. Los virus están siempre presentes (y mucho más abundantes) que los combatientes enemigos.

En tercer lugar, cuando los sistemas que estamos tratando de proteger son todos idénticos, el atacante solo necesita idear un ataque contra un sistema, e inmediatamente tiene un método para atacar a todos, como en el caso de los monocultivos agrícolas donde se puede aniquilar una cosecha entera. por una sola especie de plaga. El sistema inmunitario utiliza muchos trucos que varían de un individuo a otro en una población, proporcionando solidez a nivel de población a través de la heterogeneidad.

Cuarto, tenemos que reconocer que gran parte de la defensa es un problema de “eslabón más débil”. La puerta de seguridad delantera con cerradura de entrada con llave, vidrio inastillable y alarma no sirve si la ventana trasera está abierta de par en par. Esto puede significar que proteger las cosas o las personas que más nos importan significa invertir en los demás. Si estamos tratando de proteger a la nación contra las especies invasoras, un dólar gastado en un puerto extranjero para mejorar sus medidas fitosanitarias puede ser más rentable que uno gastado en el territorio nacional. Cuando se trata de virus que no respetan las fronteras nacionales, enviar vacunas a los países más pobres puede tener mucho más sentido, incluso si somos completamente egoístas y nos preocupamos solo por el bienestar nacional, que administrar un cuarto refuerzo en casa. A veces nos ayudamos mejor a nosotros mismos ayudando a los demás.

Todavía hay mucho más que estamos aprendiendo sobre la maquinaria afinada del antiguo sistema inmunológico. Cuanto más aprendemos sobre las defensas diversas y en capas que han surgido en los sistemas inmunológicos después de millones de años de innovación, más podemos identificar caminos prometedores que se pueden usar para proteger otras cosas que apreciamos.

Stephanie Forrest dirige el Centro de Biodiseño para Biocomputación, Seguridad y Sociedad de la Universidad Estatal de Arizona, es profesora de informática y profesora externa en el Instituto Santa Fe. Su investigación interdisciplinaria se centra en la intersección de la biología y la computación, incluida la ciberseguridad, la ingeniería de software y el modelado biológico.

Ann Kinzig es profesora de la Escuela de Ciencias de la Vida, Iniciativa de Complejidad Biosocial, Escuela para el Futuro de la Innovación en la Sociedad de la Universidad Estatal de Arizona y directora del programa de ecología, economía y ética del medio ambiente en el Centro de Biología y Sociedad de la universidad.

Stuart Feldman es científico informático y científico jefe de Schmidt Futures, que dirige los programas de conocimiento científico.

Andrea L. Graham es profesora de ecología y biología evolutiva en la Universidad de Princeton y miembro externo de la facultad en el Instituto Santa Fe. Su investigación se centra en las causas y consecuencias de la heterogeneidad inmunológica entre animales, especialmente mamíferos infectados por gusanos parásitos o plagados de enfermedades autoinmunes.

Simon Levin es el Profesor Universitario Distinguido James S. McDonnell en Ecología y Biología Evolutiva en la Universidad de Princeton y el director del Centro de BioComplejidad en el Instituto Ambiental de Princeton.

Jennifer Rexford es científica informática y profesora Gordon YS Wu y jefa del Departamento de Ingeniería de la Universidad de Princeton. Su investigación incluye redes y visualización de redes.

Edward Schrom es un inmunólogo matemático e investigador postdoctoral en el Laboratorio de Biología del Sistema Inmune de los Institutos Nacionales de la Salud.

Imagen principal: SkyPics Studio / Shutterstock