La vida, ¿orden a partir del orden o del desorden?

En concordancia con la segunda ley de la termodinámica y el concepto de entropía, los estados ordenados (u organizados) son los menos probables (entropía negativa); mientras los estados desordenados son los más probables (entropía positiva). Un fenómeno ocurre cuando la variación de entropía total o del universo aumenta. Esta es la suma de la entropía del sistema y del medio. Si el sistema es un ser vivo, en un organismo ordenado su entropía será negativa a expensas de un mayor desorden del medio debido a que la suma de ambas debe ser mayor a cero si el hecho ocurre.
El premio Nobel Erwin Schrödinger  preguntaba:                      
¿Cómo consigue un organismo concentrar una corriente de orden en sí mismo y escapar así al caos atómico prescripto por la segunda ley de la termodinámica?
Los organismos continúan existiendo y desarrollándose  al incorporar energía de alta calidad, se alimentan de “entropía negativa”, es decir mantienen su organización interna a expensas de un mayor incremento de la desorganización en el exterior de sus cuerpos. Mientras su entorno tiende al desorden ellos incrementan su orden. He aquí el orden dentro el desorden para la vida.
En cambio la organización ordenada de  los seres vivos proviene de la copia de su material genético. Schrödinger  se maravillaba de que un proceso originado en la copia de una larga cadena de átomos (ADN) pueda producir más de cien billones de copias, en el caso de un mamífero. He aquí como se genera  orden a partir del orden, mediante un sistema químico de copia.

La tierra pasó de contener de 2500 millones de habitantes en 1950 a 8000 en el año 2023 produciendo mucha más materia ordenada a expensas de un planeta caóticamente desordenado energéticamente.

El padre de la economía biofísica Nicholas Georgescu-Roegen solía hablar del metabolismo de la sociedad humana centrado en las trasformaciones de energía y materiales necesarias para su existencia. Introdujo los conceptos de metabolismo endosomático y metabolismo exosomático para diferenciar las transformaciones de energía y materiales que tienen lugar dentro y fuera del cuerpo humano. Así el metabolismo endosomático está relacionado a  una alimentación con entropía negativa a través del consumo de alimentos conteniendo energía ordenada en uniones químicas provenientes en última instancia de la fotosíntesis, cuya eficiencia fotosintética general máxima de 3 al 6% de la radiación solar total, el resto de la radiación solar aumenta la entropía del medio.

El sol es la única fuente de energía que ha abastecido y abastece a las “fábricas de vida” que son las células. Desde el punto de vista del aprovechamiento por las células de la energía solar existen dos variedades: las fotosintéticas que hacen acopio o “empaquetan energía” y las que no contienen clorofila: las células de los individuos del reino animal, incluido el hombre. Comprende a los animales que comen vegetales (herbívoros) y a los animales que comen animales quienes a su vez comieron vegetales (carnívoros). 
En cambio el metabolismo exosomático está vinculado con la energía consumida en nuestras actividades diarias tales como la utilización de la electricidad y el transporte asociados por lo general a un megaconsumo de combustible.
Basta realizar unos cálculos para determinar que un ser humano consume por día 53 veces más energía (mayoritariamente de origen fósil) de la necesaria para su vida celular natural. Consumo de energía extraordinario conducente a un aumento de la entropía del planeta. Un verdadero horror consecuencia del error inicial de haber creado una sociedad dependiente de un consumo de energía exorbitante y también de no haber desarrollado un sistema para el metabolismo exosomático vinculado a las actividades de la sociedad a semejanza del endosomático relacionado con la esencia misma de la vida. De no haber implementado un sistema centrado en el consumo de la energía proveniente del sol.
La complejidad de la vida no se debe únicamente al procesamiento de datos químicos, sino también a su función como transformadora de energía. De las reflexiones sobre el orden a partir del orden y del orden en el desorden surge que la vida no es una mera identidad genética, es un sistema abierto y cíclico, interpretado  por las leyes de la fisicoquímica. 

Bibliografía:

Eric D. Schneider y Dorion Sagan. La termodinámica de la vida. Tusquets Editores. 2008. Barcelona. España. 

Alberto L. D'Andrea. El error-horror de nuestro metabolismo exosomático. Biotecnología & Nanotecnología al Instante. Noviembre 2022.

¿Qué es la vida? Conversando con Erwin Schrödinger

Definir la vida de modo satisfactorio ha sido durante mucho tiempo más una preocupación de los filósofos que de los científicos. No obstante existen científicos con interesantes inquietudes filosóficas. Uno de ellos es el académico Alexander Oparin quién en el libro El Origen y la Evolución de la Vida ha dado un enfoque químico objetivo al planteo: “...en los cuerpos vivos varias decenas, y aún centenas de millares de reacciones químicas individuales, cuyo conjunto constituye el metabolismo, son estrictamente coordinadas en el tiempo y en el espacio, y se combinan según un orden unificado de autorrenovación continua”. Otro ha sido el físico Erwin Schrödinger. En su pequeño libro titulado ¿Qué es la vida? (1944) avanza sobre aspectos físicos: ¿Viola la vida las leyes de la física? ¿Faltan aún leyes en la física, precisamente las necesarias para describir la vida? ¿Qué caracteriza al ser vivo?

¿Qué es la vida? Es la pregunta primera, fundamental de nues-tra existencia, una pregunta simple pero siempre motivo de interminables polémicas. La intención del Premio Nobel Erwin Schrödinger al escribir este libro es doble: por una parte, apunta hacia un fin científico, procura acercar el concepto de orden termo- dinámico de la función entropía (Segunda Ley de la Termo-dinámica) al de complejidad biológica. La otra parte centrada en la existencia de la conciencia aparece en el Epílogo. La entropía (del griego ἐντροπία, evolución o trans-formación) es una magnitud física que permite “conocer” la energía incapaz de producir movimiento (trabajo), o sea, la energía no aprovechada o perdida. En general cualquier proceso natural implica un aumento de la entropía del universo tendiente a producir mayor desorden o, con más precisión, el aumento de los grados de libertad independientes de un sistema, algo tendiente en el tiempo a un inevitable y caótico final. La vida constituye una excepción, la organización de millones componentes químicos y de millones de células ubican al ser humano en el culmen del orden. Nuestros cuerpos, pensamientos y actos tienden al orden. No obstante el balance es desventajoso: cada vez que un ser humano mantiene su orden es a costa de un desorden mayor en alguna otra parte. La función de estado entropía del universo aumenta cuando algo ocurre y por lo ende tendrá signo positivo. A su vez la entropía de universo es la suma de la del sistema más la de su medio o alrededores. Entonces si un fenómeno ocurre y el sistema en consideración (nosotros) se mantiene ordenado (entropía negativa) el medio debe desordenarse lo suficiente para hacer la suma de ambas, la del universo, positiva. El ser vivo debe de mantener baja su entropía para poder vivir en un universo tendiente al “desorden” entrópico.

Eric D. Schneider y Dorion Sahan, en el libro La termodinámica de la vida hablan de la “paradoja de Schrödinger” quién se preguntó: ¿Cómo consigue un organismo vivo concentrar una corriente de orden en sí mismo y escapar así de la desorganización del caos atómico prescripto por la Segunda Ley de la Termodinámica? Erwin Schrödinger buscaba nuevos conceptos para conciliar la teoría termodinámica con los hechos de la biología. Tal vez orden no sea el término más adecuado, es mejor la palabra organización, los organismos vivos se organizan para vivir, reproducirse y mantenerse. Dicho de otro modo, los organismos se organizan para resistirse al equilibrio termodinámico, manteniendo su organización interna a expensas de la organización en su exterior.

Schrödinger esbozó dos programas de investigación ineludibles para la biología. El primero centrado en la idea del “orden a partir del orden” vinculado a la indagación sobre cómo se implantaba la herencia en el material genético transferido de un organismo a otro. Pregunta motivante para los investigadores y conducente en última instancia al descubrimiento de la estructura y función del ADN. Decía: “Puede que la vida sea una conjunción de genética almacenadora de información y de termodinámica transformadora de energía”. Su segundo plan a largo plazo se trató de investigar “el orden a partir del desorden” para abordar la aparente inobservancia de la Segunda Ley de la Termodinámica por la vida. La solución esbozada por él a su pregunta paradojal ha sido que los organismos no desobedecen a la Ley porque ésta, tal como se la formuló, se ha aplicado más a sistemas aislados que a sistemas abiertos (seres vivos). Es así como en el tiempo ha aparecido la termodinámica de la vida, una subdisciplina de la termodinámica del no equilibrio. La complejidad biológica en cuanto al flujo de la información genética dista mucho hoy de la atesorada en 1944 cuando Schrödinger ha presentado su libro. Recién el 25 de abril del año 1953 se ha publicado en la revista Nature la estructura molecular del ADN, la compleja molécula en la que se condensa la vida, constituyente del material hereditario, capaz de codificar la información genética necesaria para el desarrollo de un organismo complejo. Es en la complejidad cuando desaparece la paradoja de Schrödinger, al considerar el contexto de los sistemas complejos, incluidos los organismos. Estos no son sistemas aislados, se alimentan de la organización externa rica en energía y de los gradientes existentes en su entorno. En la termodinámica de los sistemas abiertos, Lars Onsager, establece que la producción de entropía total de un sistema debida a los flujos materiales y energéticos alcanza un mínimo en el estado estacionario de no equilibrio.

Finalmente, en el Epílogo de ¿Qué es la vida? encara el tema de la mente en función de dos premisas vinculadas:

“I) Mi cuerpo funciona como un mecanismo puro que sigue las leyes de la Naturaleza. II) Sin embargo, mediante experiencia directa incontrovertible, sé que estoy dirigiendo sus movimientos, cuyos efectos preveo y cuyas consecuencias pueden ser fatales y de máxima importancia, caso en el cual me siento y me hago enteramente responsable de ellas.”

De ambas saca una interesante conclusión “...es que yo (es decir yo en el sentido más amplio de la palabra, o sea, toda mente consciente que alguna vez haya dicho o sentido el Yo) soy la persona, si es que existe alguna, que controla el movimiento de los átomos, de acuerdo con las leyes de la Naturaleza”. Conclusión considerada blasfema y extravagante por la religión debido a la concepción de un hombre todopoderoso, un dios termodinámico con facultad para manejar-controlar la naturaleza...

Con el nacimiento de ciencias-tecnologías integradas como la Nanotecnología (1974), capaz de transformar la naturaleza debido a su capacidad de innovar haciendo construcciones con átomos y moléculas, aparece una perspectiva más inquietante: además de manejar la naturaleza ahora se la puede transformar.

Erwin Schrödinger, usted ha tenido razón, nuestra mente consciente puede manejar átomos y moléculas incluso para intentar sobrevivir e inmortalizarse, por ejemplo, a través de su incorporación en cerebros artificiales colocados en robots. En definitiva, ¿qué es lo más trascendente del ser humano? Su carne, sus huesos, sus genes o su mente, esa energía en codificación creciente originada en el Big Bang.

Alberto L. D'Andrea

Bibliografía

El origen y la evolución de la vida. Alexander Oparin. Ediciones Curie. 1968. Buenos Aires. Argentina.

¿Qué es la vida? Erwin Schrödinger. Editorial Espasa-Calpe. 1947. Buenos Aires. Argentina.

La termodinámica de la vida. Eric D. Schneider y Dorion Sagan. Tusquets Editores. 2008. Barcelona. España.

La convergencia de las tecnologías exponenciales & la singularidad tecnológica. Alberto L. D’Andrea (coordinador). Editorial TEMAS. 2017. Buenos Aires. Argentina.