Una Fórmula 1 con nanotecnología.

 Los nanomateriales están jugando un papel importante en el desarrollo de los autos de Fórmula 1, donde cada mejora puede marcar la diferencia en términos de rendimiento, seguridad y eficiencia. Los nanomateriales se están usando para reducir el peso, aumentar resistencia, mejorar la eficiencia de las baterías y optimizar sistemas electrónicos avanzados, entre otros. Algunos de los nanomateriales utilizados son:

Nanotubos de carbono en chasis y carrocería: Los chasis y partes de la carrocería de algunos coches de F1 han incorporado nanotubos de carbono en las fibras compuestas, haciéndolas más resistentes y ligeras. Este tipo de estructura se usa para proteger a los pilotos en caso de choque, ya que puede absorber mejor el impacto al redistribuir la fuerza a través del material.

Grafeno en componentes de frenado: El grafeno, que es ultra-resistente y ligero, se está usando en discos y pastillas de freno. Ayuda a disipar el calor de manera mucho más eficiente que los materiales convencionales, lo cual es crucial en los sistemas de frenado de F1, donde las temperaturas pueden alcanzar cientos de grados.

Recubrimientos cerámicos nanoestructurados: Algunos equipos utilizan recubrimientos de cerámica a escala nano en el sistema de escape y componentes cercanos al motor. Estos recubrimientos ayudan a resistir el calor extremo y protegen partes críticas de deformaciones, además de mejorar la eficiencia al mantener temperaturas óptimas en el motor

Fibra de carbono con refuerzos nano en el habitáculo de seguridad: Los nanomateriales se integran en la fibra de carbono que forma el "halo" protector y el monocasco, que son fundamentales para la seguridad del piloto. El refuerzo a nivel nano ayuda a que la fibra sea más resistente sin añadir peso extra.

Nanopartículas de sílice en neumáticos: Algunas investigaciones han explorado la inclusión de nanopartículas de sílice en los neumáticos para mejorar la tracción y la resistencia a la abrasión, optimizando el rendimiento en diferentes condiciones de carrera para un mejor manejo de la temperatura y mayor durabilidad.

Baterías y supercondensadores con nanomateriales: En los coches híbridos de F1, las baterías y supercondensadores para el sistema de recuperación de energía (KERS) utilizan nanomateriales como el litio-nanotubos para incrementar la capacidad de carga y descarga rápida, lo que permite un almacenamiento de energía más eficiente y menos pesado.

 Un ejemplo concreto lo podemos encontrar en la empresa Nanoprom por su famoso producto Polysil, un nanomaterial que hizo su debut en la Fórmula 1 hace años y que mejoró significativamente el comportamiento de los neumáticos, al tiempo que redujo el peso de los monoplazas. Polysil se rocía sobre las llantas de un monoplaza de F1 y actúa como una barrera térmica. Esto permite que se transfiera más calor a los neumáticos, incluido el de los discos de freno. El calor se almacena mejor dentro de la llanta, lo que permite que los neumáticos alcancen la temperatura óptima más rápido y se enfríen más lentamente. Ni que decir tiene que los neumáticos más calientes proporcionan una mejor tracción, y es por eso que los coches cuyas llantas están tratadas con Polysil se adhieren mejor a la pista. Para hacer las cosas aún más espectaculares, las superficies tratadas con Polysil tienen una mejor resistencia a la abrasión y también evitarán que los trozos de goma que salen volando de los neumáticos durante una carrera se peguen a las llantas.

  Varios equipos de Fórmula 1 han estado a la vanguardia de la adopción de nanomateriales, aunque los detalles específicos suelen mantenerse en secreto debido a la competencia. Cada escudería sigue innovando con el uso de nanomateriales para obtener una ventaja competitiva. Su utilización es una tendencia creciente, y los equipos continúan colaborando con empresas de estos materiales avanzados para mantenerse a la vanguardia en un deporte donde cada milisegundo cuenta.

Nanopsicología del humano robotizado inmortal

En el artículo Nanopsicología II. Un marco de referencia actualizado publicado en Biotecnología & Nanotecnología al Instante (13/08/22) decíamos “[...] podemos intentar ofrecer un marco de referencia actualizado para una futura nanopsicología presentándola como la ciencia destinada a estudiar, en lo externo al individuo, el impacto de los productos nanotecnológicos en su vida psíquica y, en lo interno, a ayudar la comprensión y modificación conductas mediante una comunicación informática bidireccional no quirúrgica desde y hacia el cerebro eliminando la interfaz lenguaje, y además posibilitar la construcción de distintas estructuras neuronales para incorporar al cerebro, en forma directa, nuevos conocimientos sin pasar por otra interfaz: los procesos de enseñanza- aprendizaje”.

El el artículo Hombre virtual & Hombre robotizado. Ambos inmortales publicado en Biotecnología & Nanotecnología al Instante (14/05/23) se reflexionaba sobre “[...] la posibilidad de hacer un cerebro cuasi similar al humano a partir de los sorprendentes avances de la nanotecnología: nanochips neuromóficos, menristores, nanorrobots y nanochips reconfigurables; cerrando un circulo virtuoso para el paso del software-mente del humano a un cerebro artificial ubicado en un robot”.

El software-mente humano, se refiere a un software avanzado capaz de emular las capacidades cognitivas, emocionales y de toma de decisiones de un ser humano. Este software podría ser un modelo de inteligencia artificial (IA) altamente avanzado que replica funciones de la mente humana como la memoria, el razonamiento, el aprendizaje, las emociones, la creatividad y la autoconciencia.

La especie humana, tal como la conocemos, se ve gravemente amenazada debido a incendios forestales, sequías prolongadas, pandemias globales, accidentes nucleares-desastres atómicos, inundaciones-aumento del nivel del mar, guerras-conflictos geopolíticos, pérdida de biodiversidad-colapso de ecosistemas, contaminación ambiental, calentamiento global-cambio climático y desastres tecnológicos y cibernéticos. Ante la posibilidad de una crisis existencial de supervivencia de la humanidad, el humano robotizado inmortal emerge como la única opción. No requiere para su subsistencia ni agua, ni oxígeno, ni alimentos, sólo necesita baterías solares y/o de una alimentación con pastillas basadas en energía nuclear. Todo un paso hacia la prevista singularidad tecnológica.

Lo expuesto nos condiciona a la aplicación de la nanopsicología en un robot al que se le ha transferido el software-mente de un cerebro humano mediante comunicación inalámbrica bidireccional. Algunos aspectos a considerar en la intersección entre la nanotecnología y la psicología en el robot:

Nanopsicología y modelos cognitivos: La nanopsicología, al estar basada en principios de la nanotecnología aplicada al estudio de la mente y el comportamiento, proporcionaría herramientas para crear modelos cognitivos precisos dentro del cerebro artificial del robot. A través de la integración de redes neuronales a nanoescala, se podrían replicar los procesos cognitivos humanos, como el aprendizaje, la memoria, la toma de decisiones, y la percepción.

Interfaz cerebro-máquina a nivel nano: Una interfaz cerebro-máquina bidireccional operando a nivel nano permitiría una transferencia de datos extremadamente rápida y precisa. Esta comunicación bidireccional implicaría que tanto el robot como el cerebro humano puedan intercambiar información en tiempo real, permitiendo ajustes y sincronizaciones constantes. A nivel psicológico, esto significaría que las experiencias sensoriales, emocionales y cognitivas del robot podrían alinearse de manera muy estrecha con las del humano cuyo software fue transferido.

En función de lo expuesto la nanopsicología aplicada en este contexto sería crucial para entender, diseñar, y manejar los aspectos psicológicos de un robot que alberga un cerebro humano digitalizado. Esta disciplina ayudaría a desarrollar una inteligencia artificial que no solo imita, sino que también evoluciona en función de las características humanas. Esto nos lleva a completar el esquema presentado en el artículo Nanopsicología II. Un marco de referencia actualizado agregando, tal como se muestra en la figura, a lo señalado para el humano celular mortal los aspectos nanopsicológicos inherentes al humano robotizado mortal.

La nanopsicología de un robot autónomo al cual se le ha implementado un software mente humana representa un campo de investigación fascinante que une la inteligencia artificial avanzada, la nanotecnología y la psicología. Este enfoque ofrece un potencial increíble para aplicaciones en múltiples dominios, desde la salud hasta la exploración espacial, pero también plantea desafíos éticos, filosóficos y técnicos que deben ser abordados con cuidado. La diferencia fundamental radica en la naturaleza simulada de la cognición y la experiencia emocional del robot, en contraste con la experiencia subjetiva y biológica del cerebro humano.

Lecturas complementarias:

Nanopsicología II. Un marco de referencia actualizado. Biotecnología & Nanotecnología al Instante, 13 de agosto 2022.

Hombre virtual & Hombre robotizado. Ambos inmortales publicado en Biotecnología & Nanotecnología al Instante, 14 de mayo 2023. 

Nanopsychology of the immortal robotized human

In the article Nanopsychology II. An updated frame of reference published in Biotechnology & Nanotechnology in an Instant (13/08/22) we said “[.... we can try to offer an updated frame of reference for a future nanopsychology, presenting it as the science destined to study, externally to the individual, the impact of nanotechnological products on his psychic life and, internally, to help the understanding and modification of behaviors through a non-surgical bidirectional computer communication from and to the brain, eliminating the language interface, and also making possible the construction of different neuronal structures to incorporate new knowledge directly into the brain without going through another interface: the teaching-learning processes”.

In the article Virtual man & Robotic man. Both immortals published in Biotechnology & Nanotechnology in an Instant (14/05/23) reflected on “[...] the possibility of making a brain almost similar to the human brain from the surprising advances in nanotechnology: neuromorphic nanochips, menristors, nanorobots and reconfigurable nanochips; closing a virtuous circle for the passage from the software-mind of the human to an artificial brain located in a robot”.

Software-mind refers to advanced software capable of emulating the cognitive, emotional and decision-making capabilities of a human being. This software could be a highly advanced artificial intelligence (AI) model that replicates functions of the human mind such as memory, reasoning, learning, emotions, creativity and self-awareness.

The human species, as we know it, is severely threatened by forest fires, prolonged droughts, global pandemics, nuclear accidents-atomic disasters, floods-sea level rise, wars-geopolitical conflicts, biodiversity loss-ecosystem collapse, environmental pollution, global warming-climate change, and technological and cybernetic disasters. Faced with the possibility of an existential crisis of humanity's survival, the immortal robotic human emerges as the only option. It does not require for its subsistence neither water, nor oxygen, nor food, it only needs solar batteries and / or a power supply with pills based on nuclear energy. This is a step towards the foreseen technological singularity.

The above conditions us to the application of nanopsychology in a robot to which the software-mind of a human brain has been transferred by means of bidirectional wireless communication. Some aspects to consider in the intersection between nanotechnology and psychology in the robot:

Nanopsychology and cognitive models: Nanopsychology, being based on principles of nanotechnology applied to the study of mind and behavior, would provide tools to create accurate cognitive models within the robot's artificial brain. Through the integration of nanoscale neural networks, human cognitive processes such as learning, memory, decision making, and perception could be replicated.

Brain-machine interface at the nano level: A bidirectional brain-machine interface operating at the nano level would enable extremely fast and accurate data transfer. This two-way communication would mean that both the robot and the human brain could exchange information in real time, allowing constant adjustments and synchronizations. On a psychological level, this would mean that the sensory, emotional and cognitive experiences of the robot could be closely aligned with those of the human whose software was transferred.

Based on the above, nanopsychology applied in this context would be crucial to understand, design, and manage the psychological aspects of a robot that houses a digitized human brain. This discipline would help to develop an artificial intelligence that not only mimics, but also evolves according to human characteristics. This leads us to complete the outline presented in the article Nanopsychology II. An updated frame of reference by adding, as shown in the figure, to what was pointed out for the mortal cellular human the nanopsychological aspects inherent to the mortal robotic human.

The nanopsychology of an autonomous robot to which human mind software has been implemented represents a fascinating field of research that brings together advanced artificial intelligence, nanotechnology, and psychology. This approach offers incredible potential for applications in multiple domains, from healthcare to space exploration, but it also raises ethical, philosophical, and technical challenges that must be approached with care. The fundamental difference lies in the simulated nature of the robot's cognition and emotional experience, in contrast to the subjective, biological experience of the human brain.

Complementary readings:

Nanopsychology II. An updated frame of reference. Biotechnology & Nanotechnology in an Instant, August 13, 2022.

Virtual man & Robotic man. Both immortal. Biotechnology & Nanotechnology in an Instant, May 14, 2023. 

AI at the core of a new technological convergence: NBIA

The term NBIC refers to the convergence of technologies in four key areas: Nanotechnology, Biotechnology, Infotechnology (information technologies) and Cognotechnology. These areas are fundamental for their ability to transform and improve various aspects of society, the economy and the environment.

Infotechnology encompasses a set of tools, systems and processes used to manage, process and transmit information. These technologies include both hardware and software, as well as networks and systems that enable communication and data exchange. Within this category we find everything from computers and servers to applications, databases, information management systems, communication networks, internet and cybersecurity.

Cognotechnology, on the other hand, is an interdisciplinary field that focuses on developing and using technologies both to improve or enhance human cognitive abilities and to advance the development of artificial brains. It combines elements of neuroscience, artificial intelligence, cognitive psychology and computer science, creating tools and systems that assist in memory, learning, decision-making and other mental processes.

In recent years, cognotechnology has experienced exponential growth, driven by its integration with infotechnology through a common substrate: artificial intelligence (AI). In this context, it is proposed to change the name of the convergence from NBIC to NBIA (Nanotechnology, Biotechnology and Artificial Intelligence). This change not only reflects current trends in science and technology, but also responds to the increasing centrality of AI in these fields. The new acronym NBIA is not merely a semantic adjustment, but a conceptual reconfiguration that recognizes the transformative impact of AI on technological convergence.

AI has advanced significantly, surpassing expectations by demonstrating its ability to improve cognitive processes through advanced algorithms, neural networks and deep learning techniques. Today, it not only replicates certain cognitive functions, but also extends and transforms them in ways that classical cognitive sciences had not anticipated. This is evidenced by its application in fields as varied as medicine, economics, education, robotics and security.

Furthermore, the integration of AI in NBIA emphasizes the practical and applied approach that characterizes emerging technologies. AI not only studies the workings of the human mind, as do cognitive sciences, but also creates and applies models capable of overcoming human limitations in specific tasks. This pragmatic approach is increasingly necessary in a world where the complexity and quantity of information exceeds human processing capacity.

The transition from NBIC to NBIA reflects the recognition of AI as an indispensable agent of change in today's technological and scientific evolution. This change does not imply the abandonment of NBICs, but rather a reconfiguration that places AI at the center of innovation, allowing it to empower and transform other technologies in ways that were unthinkable in the previous conceptual framework. Thus, NBIA represents not only a new acronym, but a new vision of the technological convergence of the future.

Complementary reading: 

El pensamiento complejo, la cuarta cultura y las NBIC. Biotecnología & Nanotecnología al Instante. 1 de junio 2013.

La IA, el eje de una nueva convergencia tecnológica: NBIA

El término NBIC se refiere a la convergencia de tecnologías en cuatro áreas claves: Nanotecnología, Biotecnología, Infotecnología (tecnologías de la información) y Cognotecnología. Estas áreas son fundamentales por su capacidad de transformar y mejorar diversos aspectos de la sociedad, la economía y el medio ambiente.

La Infotecnología abarca un conjunto de herramientas, sistemas y procesos utilizados para gestionar, procesar y transmitir información. Estas tecnologías incluyen tanto el hardware como el software, así como las redes y sistemas que permiten la comunicación y el intercambio de datos. Dentro de esta categoría encontramos desde computadoras y servidores hasta aplicaciones, bases de datos, sistemas de gestión de la información, redes de comunicación, internet y ciberseguridad.

La Cognotecnología, por su parte, es un campo interdisciplinario que se enfoca en desarrollar y utilizar tecnologías tanto para mejorar o potenciar las capacidades cognitivas humanas como para avanzar en el desarrollo de cerebros artificiales. Combina elementos de neurociencia, inteligencia artificial, psicología cognitiva e informática, creando herramientas y sistemas que asisten en la memoria, el aprendizaje, la toma de decisiones y otros procesos mentales.

En los últimos años, la cognotecnología ha experimentado un crecimiento exponencial, impulsado por su integración con la infotecnología a través de un sustrato común: la inteligencia artificial (IA). En este contexto, se propone reconfigurar la convergencia NBIC a NBIA (Nanotecnología, Biotecnología e Inteligencia Artificial). Este cambio no solo refleja las tendencias actuales en ciencia y tecnología, sino que también responde a la creciente centralidad de la IA en estos ámbitos. La nueva sigla NBIA no es un mero ajuste semántico, sino una reconfiguración conceptual que reconoce el impacto transformador de la IA en la convergencia tecnológica.

La IA ha avanzado significativamente, superando expectativas al demostrar su capacidad para mejorar procesos cognitivos mediante algoritmos avanzados, redes neuronales y técnicas de aprendizaje profundo. Actualmente, no solo replica ciertas funciones cognitivas, sino que también las amplía y transforma de maneras que las ciencias cognitivas clásicas no habían anticipado. Esto se evidencia en su aplicación en campos tan variados como la medicina, la economía, la educación, la robótica y la seguridad.

Además, la integración de la IA en NBIA enfatiza el enfoque práctico y aplicado que caracteriza a las tecnologías emergentes. La IA no solo estudia el funcionamiento de la mente humana, como lo hacen las ciencias cognitivas, sino que también crea y aplica modelos capaces de superar las limitaciones humanas en tareas específicas. Este enfoque pragmático es cada vez más necesario en un mundo donde la complejidad y la cantidad de información superan la capacidad humana de procesamiento.

La transición de NBIC a NBIA refleja el reconocimiento de la IA como un agente de cambio indispensable en la evolución tecnológica y científica actual. Este cambio no implica el abandono de las NBIC, sino una reconfiguración que coloca a la IA en el centro de la innovación, permitiendo que potencie y transforme las demás tecnologías de maneras que eran impensables en el marco conceptual anterior. Así, NBIA no solo representa una nueva sigla, sino una nueva visión de la convergencia tecnológica del futuro.

Lectura complementaria: 

El pensamiento complejo, la cuarta cultura y las NBIC. Biotecnología & Nanotecnología al Instante. 1 de junio 2013.

La economía planetaria: átomos, moléculas y seres vivos.

La globalización constituye un proceso económico, tecnológico, político, social y cultural a escala mundial potenciado por la creciente comunicación e interdependencia entre los distintos países del mundo. La primera gran convergencia tecnológica abreviada TIC (Tecnologías de la Información y Comunicación) ha generado un nuevo espacio social en el cual las capacidades de acción de los seres humanos se han ampliado al ser posibles las interacciones dinámicas virtuales. En el contexto descripto, las empresas TIC, en constante desarrollo, cumplen un papel preponderante en la globalización económica debido a su capacidad de integrar los mercados globales. Constituyen la tecnología central de la economía globalizada desde fines del siglo XX (1975- ), es decir una economía globalizada con un motor tecnológico centrado en las TIC.    

Si bien la economía globalizada presenta algunas ventajas como el mayor acceso a los mercados y a recursos diversificados, la atracción de inversiones extranjeras, facilita la difusión de innovaciones tecnológicas, aumenta la competencia, y reduce los precios de bienes y servicio; sus desventajas son desbastadoras, incrementa la brecha entre ricos y pobres, produce desempleo y precariedad laboral, genera dependencia económica, lleva a la pérdida de identidades culturales y tradiciones locales, tiene un fuerte impacto ambiental contaminante al aumentar la explotación de recursos naturales y la interconexión de los mercados financieros puede hacer que las crisis económicas se propaguen rápidamente de un país a otro, afectando la estabilidad global.

A principio del siglo XXI (2001-) surge la segunda convergencia tecnológica, las  NBIC (Nano-Bio-Info y Cognotecnologías) producto de la necesidad de dar respuestas a todas las necesidades humanas, no solo a la comunicación, también a la alimentación, la energía, la salud, el cuidado del ambiente, la vivienda, el transporte, la vestimenta y la defensa. Las NBIC inician la transformación, el paso de la sociedad de la información hacia una sociedad multidireccional tendiente a dar respuestas integrales a las necesidades reales de los 8.000 millones de habitantes del planeta.

Esto implica pasar de la economía globalizada de las TIC responsable que hoy tengamos un planeta sin rumbo en lo económico y ambiental, por no haber considerado todas las necesidades de los seres humanos ni respetado las leyes de la naturaleza, a una economía convergente centrada en las potentes respuestas que tanto la biotecnología como la nanotecnología y la IA pueden brindar  las graves problemáticas actuales y futuras. 

La posibilidad de innovar construyendo con átomos y moléculas más la de utilizar seres vivos o partes de seres vivos, para dar respuestas a las crecientes necesidades humanas primarias constituye la base de la nanobioeconomía, la única economía posible para hacer viable la vida en el planeta y el planeta en el siglo XXI.”

Lectura complementaria:

Hacer viable lo otrora inviable con bio y nanoeconomía. Biotecnología & Nanotecnología al Instante. 29/04/24.

Nanoeconomía y/o Bioeconomía. Biotecnología & Nanotecnología al Instante. 10/12/23.

La economía de ayer, hoy y mañana. Biotecnología & Nanotecnología al Instante. 27/11/21.

En el vino hay sabiduría, en la cerveza libertad y en el agua nanoplásticos.

El título del presente artículo se basa en una frase de Benjamín Franklin “En el vino hay sabiduría, en la cerveza libertad y en el agua bacterias”. Con el transcurso del tiempo se fueron realizando controles y procesos para evitar que el agua potable tuviera microorganismos nocivos (ejemplo cloración, osmosis inversa,...). Tal vez la problemática actual no sean las bacterias sino la creciente presencia de micro y nanoplásticos con consecuencias para la salud poco claras hasta el presente. Los microplásticos son partículas de plástico menores a 5mm hasta tamaños tan pequeños que son imperceptibles; cuando su tamaño es menor a 100 nm se los identifica con la denominación particular de nanoplásticos.

En el reciente artículo Rapid single-particle chemical imaging of nanoplastics by SRS microscopy publicado en la revista PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences), investigadores de la Universidad de Columbia encontraron, en relación con los microplásticos, que en el agua embotellada hay entre 10 y 100 veces más de nanoplásticos  de los siguientes polímeros: PE polietileno, PP polipropileno, PS poliestireno, PVC policloruro de vinilo, PET Polietileno tereftalato, PA poliamidas y Acrilatos. 

Analizaron cinco muestras de cada una de las tres marcas comerciales más comunes de agua embotellada presentes en las naves de los supermercados. Los niveles de las nanopartículas presentes oscilaron entre 110.000 y 400.000 por litro, con un promedio de alrededor de 240.000. Gran parte el ellas parecían provenir de la propia botella y del filtro de la membrana de ósmosis inversa utilizado para evitar la entrada de otros contaminantes durante el proceso de elaboración. Potencialmente por su tamaño menor los nanoplásticos son más peligrosos para los seres vivos que los peligrosos microplásticos.

Los residuos de los más de 430 millones de toneladas de plástico producidas anualmente son hoy los responsables de los micro-nanoplásticos encontrados en los océanos, en los alimentos y el agua potable del planeta. Se ha detectado su presencia en numerosas especies y tejidos, incluso hasta en cerebro humano. Ahora nuevas técnicas analíticas como el microscopio láser dual permiten cuantificar y sumar a la micro contaminación la problemática de los nanoplásticos.

Los investigadores aún no pueden responder certeramente a la gran pregunta: ¿Cuán perjudiciales son para la salud esas piezas de micro y nanoplásticos?

Sabemos sobre su ingreso a los tejidos (de los mamíferos, incluidas las personas, ...). La investigación actual está analizando lo que hacen en las células. Algunos trabajos han demostrado la capacidad de los nanoplásticos para internalizarse en las células y a través de sus aditivos químicos causar estrés celular, daño al ADN y cambiar el metabolismo o la función celular. Se estima que la presencia de más de 100 sustancias químicas distintas en estos plásticos aumenta la probabilidad de originar algún tipo de cáncer. Lo inquietante de las pequeñas partículas es su aparición en diferentes órganos y su factibilidad de cruzar membranas que no deben cruzar, como la barrera hematoencefálica. 

Por lo expuesto, nos atrevimos a cambiar-actualizar la interesante frase de Benjamín Franklin “En el vino hay sabiduría, en la cerveza libertad y en el agua bacterias”. Hoy lo más peligroso en el agua potable son los micro-nano plásticos.

Lectura complementaria: 

Rapid single-particle chemical imaging of nanoplastics by SRS microscopy. PNAS , Vol 121, número 3, páginas 1-12. 2024.

¿Necesitamos formación curricular en insumos agrarios?

La ciencia no es sólo  conocimiento, es el conocimiento sistemático y ordenado.  A fines del siglo XX, ante la problemática de un planeta a la deriva en lo económico y ambiental, se fue pasando de las ciencias y tecnologías separadas, cuya función era comprender y explotar la naturaleza, a ciencias tecnologías integradas para potenciar la transformación de la naturaleza y posibilitar la vida en la tierra. Esta conjunción con crecimiento exponencial enfatiza la necesidad de sistematizar y ordenar  los  aspectos científicos-tecnológicos en áreas como la agricultura, de interés vital por su respuesta a las necesidades humanas primarias.  En la agricultura clasificar los insumos provenientes de la integración compleja de las ciencias básicas con las tecnologías de avanzada puede ayudar a una mejor comprensión sobre su origen, potenciar desarrollos  y optimizar las aplicaciones agrícolas. Con la finalidad de establecer algún tipo de ordenamiento actualizado en la temática podemos considerar tres aspectos/áreas centrales:

a)   Insumos basados en biotecnología.
b)   Insumos basados en la nanotecnología.
c)  Insumos basados en la infotecnología                                                                                          (ciencia de datos, IA, tecnología de la información y robótica).

a)  Insumos basados en biotecnología.

Biofertilizantes: Utilizan microorganismos como bacterias fijadoras de nitrógeno para mejorar la fertilidad del suelo.

Biopesticidas: Derivados de organismos vivos  o sustancias naturales para controlar plagas y enfermedades.

Semillas mejoradas genéticamente: Utilizan técnicas de ingeniería genética para desarrollar variedades de cultivos con características mejoradas, como resistencia a enfermedades o tolerancia a condiciones ambientales adversas.

b)  Insumos basados en la nanotecnología.

Nanofertilizantes: Utilizan nanopartículas para entregar fertilizantes de manera más eficiente a las plantas, aumentando la absorción de nutrientes y reduciendo la lixiviación, la cantidad necesaria y la contaminación.

Nanopesticidas: Emplean nanopartículas para entregar los pesticidas de manera más eficiente a las plantas, aumentando la absorción de nutrientes y reduciendo la lixiviación, la cantidad necesaria y la contaminación.

Nanomateriales: Usan nanopartículas para enriquecer el suelo y vinculadas con la tolerancia al stress (sequía, salinidad, stress UV).

Nanosensores: Dispositivos nanométricos que monitorean variables ambientales como humedad del suelo, pH, nivel de nutrientes, etc., para una gestión precisa de los cultivos.

Nanodelivery: Trasporte de material genético para realizar transgénesis en vivo (CRISPR-cas9)

c)  Insumos basados en infotecnología.

Agricultura de precisión: Utiliza datos recopilados por sensores remotos, drones, satélites y equipos de campo robotizados para optimizar el manejo de los cultivos, incluyendo la aplicación precisa de insumos como fertilizantes y pesticidas.

Plataformas de gestión agrícola: Software y aplicaciones que ayudan a los agricultores a gestionar y optimizar sus operaciones agrícolas, incluyendo la planificación de cultivos, el monitoreo del crecimiento y la salud de las plantas, y la gestión de insumos.

Esta clasificación refleja cómo diferentes áreas de las ciencias y las tecnologías convergentes (Nano-Bio-Infotecnología) con crecimiento exponencial contribuyen al desarrollo y aplicación de insumos agrícolas más eficientes, sostenibles y orientados hacia el futuro. La interacción entre ellas y su complejidad creciente requiere capacitarse en ciencias básicas,  nanotecnología, biotecnología, infotecnología,  gestión empresarial, bioeconomía, nanoeconomía, etc.

Sí, es necesaria una capacitación curricular en insumos agropecuarios para no ser consumidores solo informados por folletos de las comercializadoras sobre sus productos, sin los conocimientos necesarios para la toma de las decisiones adecuadas y para no ser observadores perplejos de los desarrollos de avanzada, sino partícipes de ellos. 

Lecturas complementarias:

Nanoeconomía y/o Bioeconomía. Biotecnología & Nanotecnología al Instante 2023. https://infobiotecnologia.blogspot.com/2023/12/bioeconomia-yo-nanoeconomia.html

                

Hacer viable lo otrora inviable con bio y nanoeconomía. Biotecnología & Nanotecnología al Instante. 2024.

https://infobiotecnologia.blogspot.com/2024/04/hacer-viable-lo-otrora-inviable-con-la.html

Viable the once unfeasible with bio and nanoeconomy.

There are areas on the planet that apparently have little benefit, they do not have minerals, fossil fuels, nor do their soils have the right characteristics to be cultivated. The lack of energy does not allow the establishment of industries and the generation of jobs. They are usually considered unviable areas by economists and abandoned to their fate. Young people emigrate in search of a better future and the existing towns languish. The picture described above is repeated across the entire surface of the planet. Now the bioeconomy and nanoeconomy based on the exponentially growing developments in biotechnology and nanotechnology seem to indicate that the once unfeasible is beginning to become viable. 

The following figure summarizes a series of possible, sustainable solutions, ranging from waste utilization and abundant energy generation to the production of advanced nanomaterials.    

Abundant energy production is based on the installation of solar panels, windmills, the generation of biogas from waste in biodigesters and thermoelectric power plants powered by biomass obtained from crops, microorganisms and microalgae, whether genetically modified or not, from which bioethanol, bio-oil and biodiesel can also be obtained.

Carbon dioxide from thermoelectric power plants and biogas generation can be used to obtain graphene, and to feed microalgae cultures capable of producing everything from medicines to omega-3 fatty acids. After extraction of the active principles, the rest of the microalgae can be used to obtain carbon nanotubes, a high value-added nanomaterial, by pyrolysis. In addition, new nanocatalysts also allow carbon dioxide to be converted into methane, increasing local energy production.

Energy self-sufficiency allows the installation of bioreactors to produce from “in vitro” meat to biopolymers and opens the door to multiple ventures, the installation of SMEs and businesses related to production and the general economic growth of the place. The economy of new technologies tends to horizontalize production in order to avoid the concentration of economic resources in a few. 

As an example, we will explain how from organic waste we can move on to the production of nanocomposite materials for 3D production in order to make products with high added value tending to make the area sustainable and with state-of-the-art technology. Biogas production generates methane and carbon dioxide. Both gases can be used to obtain nano-objects. 

Graphene and carbon nanotubes can be obtained from methane using the CVD (chemical vapor deposition) process. In parallel, organic waste can be used to produce polylactide (PLA), a biodegradable and recyclable polymer. Generally, fermentable waste is autoclaved at 121ºC for 20 minutes and then, by regulating the physicochemical conditions, a saccharification process is carried out with the enzyme glucosamylase and then Lactobacillus rhamnousus is added to convert the glucose produced into lactic acid. Finally, the lactic acid is used to synthesize PLA. Within nanostructured materials, nanocomposites of polymers with nano-objects present a high degree of current and future applications. In some nanocomposites, 1% graphene in the polymeric structure increases its strength by 100%. The possibility of being able to use PLA-graphene and PLA-carbon nanotube polymers obtained from waste in 3D printers allows the continuous or rotary production of a large number of products that can be used in the textile, food and automotive industries, among others.

A good example of the importance of the bioeconomy + nanoeconomy in the multidirectional society and its ability to make the once unfeasible viable.

Complementary reading:

Nanoeconomy and/or Bioeconomy

Hacer viable lo otrora inviable con bio y nanoeconomía.

En el planeta existen zonas aparentemente poco beneficiadas, no poseen minerales, combustibles fósiles, ni su suelo presenta las características adecuadas para ser cultivado. La falta de energía no posibilita la radicación de industrias y la generación de puestos de trabajo. Suelen ser consideradas como zonas inviables por los economistas y abandonadas a su suerte. La  gente joven emigra en busca de un porvenir mejor y los pueblos existentes languidecen. El cuadro descripto se repite en toda la superficie del planeta. Ahora la bioeconomía y la nanoeconomía sustentadas en los desarrollos con crecimiento exponencial de la biotecnología y la nanotecnología parece indicar que lo otrora inviable comienza a hacer viable. En la siguiente figura se trata de resumir una serie de soluciones posibles, sustentables, que abarcan desde el aprovechamiento de los residuos y la generación abundante de energía, hasta la producción de nanomateriales de avanzada.

La producción abundante de energía se basa en la instalación de paneles solares, molinos eólicos, en la generación de biogás a partir de residuos en biodigestores y en centrales termoeléctricas alimentadas por biomasa obtenida a partir de cultivos, microorganismos y microalgas modificadas o no genéticamente, de los cuales también se puede obtener bioetanol,  biopetróleo y biodiesel.

El dióxido de carbono proveniente de las centrales termoeléctricas y de la generación de biogás se lo puede utilizar para obtener grafeno,  y para alimentar cultivos de microalgas capaces de producir desde medicamentos  hasta ácidos grasos omega 3. Luego de la extracción de los principios activos, el resto de la microalga puede utilizarse para, por pirólisis, obtener nanotubos de carbono, nanomaterial de alto valor agregado. Adicionalmente nuevos nanocatalizadores también permiten pasar el dióxido de carbono a metano, aumentando la producción de energía local.
La autosuficiencia energética permite instalar biorreactores para producir desde carne  “in vitro” hasta biopolímeros y abre las puertas para múltiples emprendimientos, la instalación de pymes y comercios relacionados a la  producción y el crecimiento económico general del lugar. La economía de las  nuevas tecnologías tiende a horizontalizar la producción de modo de evitar la concentración de los recursos económicos en unos pocos.
A modo de ejemplo explicaremos como desde los residuos orgánicos podemos pasar a la producción de materiales nanocompuestos para la producción 3D de modo de realizar productos de alto valor agregado tendientes a hacer  la zona sustentable y con tecnología de punta. La producción de biogás genera metano y dióxido de carbono. Ambos gases se pueden utilizar para obtener nano-objetos. Del metano se puede, mediante el proceso CVD (Chemical vapour deposition) obtener grafeno y nanotubos de carbono. En forma paralela, con los residuos orgánicos se puede producir poliláctico (PLA), un polímero biodegradable y reciclable. Generalmente los residuos fermentables son autoclavados a 121ºC durante 20 minutos y luego regulando las condiciones fisicoquímicas se realiza un proceso de sacarificación con la enzima glucosamilasa y posteriormente se agrega Lactobacillus rhamnousus para pasar la glucosa producida a ácido láctico. Finalmente el ácido láctico se utiliza para sintetizar PLA. Dentro de los materiales nanoestructurados, los nanopcompuestos de polímeros con nano-objetos presentan en la actualidad un alto grado de aplicaciones actuales y futuras. En algunos nanocomposites, un 1% de grafeno en la estructura polimérica permite aumentar su resistencia en un 100%. La posibilidad de poder utilizar en las impresoras 3D polímeros de PLA-grafeno y PLA-nanotubos de carbono, obtenidos a partir de residuos, permite producir en forma continua o rotativa una importante cantidad de productos utilizables en la industria textil, alimenticia y automotriz, entre otras.
Un buen ejemplo de la importancia de la bioeconomía + la nanoeconomía en la sociedad multidireccional y de su capacidad para hacer viable lo otrora inviable.

Lectura complementaria

Nanoeconomía y/o Bioeconomía.

Nanomedicina. De suturar a soldar heridas.

Hace más de 5.000 años a la humanidad se le ocurrió la idea de suturar una herida con aguja e hilo. Desde entonces, este principio quirúrgico no ha cambiado mucho: dependiendo de la expertiz de la persona que realiza la operación y del equipo, los cortes o desgarros en el tejido se pueden unir de manera más o menos perfecta. Una vez que ambos lados de una herida están perfectamente unidos entre sí, el cuerpo puede comenzar a cerrar la brecha de tejido de forma permanente y natural. Sin embargo, la sutura no siempre logra lo que se supone que debe lograr. En tejidos muy blandos, el hilo puede atravesarlo y provocar lesiones adicionales y si el cierre de la herida no sella los órganos internos, las suturas permeables pueden suponer un problema potencialmente mortal. 

Investigadores del Laboratorio Federal Suizo de Ciencia y Tecnología de Materiales (EMPA) y del Instituto Federal Suizo (ETH) han encontrado una manera de soldar heridas utilizando láser. El método denominado "iSoldering" (soldadura inteligente), con solicitud previa de patente, se publicó en la revista Small Methods. Soldar normalmente implica unir materiales mediante calor y un agente adhesivo de fusión. El hecho de que esta reacción térmica deba permanecer dentro de límites estrechos de temperatura en los materiales biológicos y al mismo tiempo la temperatura sea difícil de medir de forma no invasiva, ha sido un problema para la aplicación de procesos de soldadura en medicina. No obstante los investigadores superaron el problema desarrollando un agente aglutinante con nanopartículas para calentar y para controlar por nanotermometría la temperatura.

Mediante impresora 3D realizan la pasta de unión que contiene 25% de albúmina, 6,5% de gelatina (aporta colágeno) y dos tipos de nanopartículas, plasmones de resonancia superficial localizada y puntos cuánticos. Mientras la pasta se irradia con láser, los plasmones de resonancia superficial localizada convierten la luz en calor. Las nanopartículas de puntos cuánticos por otro lado, actúan como pequeños nanotermómetros. La radiación no adsorbida por la resonancia de los plasmones incide en los puntos cuánticos quienes emiten fluorescencia de una longitud de onda específica en función de la temperatura, lo que permite su medición y regulación de forma extremadamente precisa y en tiempo real.

Crédito: Nanothermometry-Enabled Intelligent Laser Tissue Soldering. Snall Methods 7(11) Nov. 2023

Para que una soldadura exitosa obtenga un cierre inmediato de la herida y una unión firme es necesario que la soldadura alcance la temperatura de desnaturalización del colágeno, que puede variar de 60 a 80 °C para los tejidos humanos. El control de dosimetría de la irradiación láser y el correspondiente aumento de temperatura es crucial para controlar el riesgo de daño tisular irreversible.

Los investigadores, junto con cirujanos del Hospital Universitario de Zúrich, la Clínica Cleveland (EE.UU.) y la Universidad Carolina (República Checa) realizaron pruebas de laboratorio con diversas muestras de heridas en órganos como el páncreas o el hígado logrando una unión rápida, estable y biocompatible con los tejidos. También fue igualmente exitoso el sellado con iSoldering de partes de tejidos particularmente difíciles, como la uretra, las trompas de Falopio y el intestino.

El otorgamiento de la patente será el paso inicial para avanzar en pruebas clínicas y luego destronar más de 5000 años de reinado de la sutura heridas con aguja e hilo.

Lectura complementaria:

Nanothermometry-Enabled IntelligentLaser TissueSoldering.

Los extremos del universo: astronomía y atomonomía.

El sufijo nomía es de origen griego (nómos) y significa "conjunto de leyes o normas". Se usa en palabras compuestas como economía y astronomía entre otras. En tal sentido lo que hoy denominamos nanociencia, vinculado con el conocimiento ordenado y sistemático en la escala nanométrica (1 a 100 nanómetros) constituye sólo una visión parcial de la temática, como extremo del universo antagónico a la astronomía  debió  haberse denominado atomonomía (o nanononía). La atomonomía es entonces el conjunto de leyes y normas para comprender el mundo de lo pequeño a escala atómico-molecular; con ella se completa un espectro del conocimiento capaz de abarcar el límite de lo más grande observable al límite de lo más pequeño observable, y por ser pequeño también manipulable.

Los primeros registros astronómicos se ubican aproximadamente en el 1300 A.C. Resulta interesante reseñar los períodos evolutivos de la astronomía:

Prehistórico (antes 500 A.C.) Caracterizado por la observación de los movimientos cíclicos del sol, la luna y las estrellas, el desarrollo de los calendarios y la determinación de orientaciones. 

Clásico (500 A.C. − 1400 D.C.) Comienzan las medidas de posiciones y los movimientos y se hacen modelos geométricos del universo (geocéntricos) para explicar el movimiento de los planetas.

Renacimiento (1400 D.C. – 1609 D.C) Se acumulación datos más precisos y aparecen mejores modelos (heliocéntricos) para explicar los datos.

Moderno (desde 1609 D.C.) En el año 1609, Galileo Galilei dirige por primera vez, con espíritu científico, un telescopio hacia el cielo. El acontecimiento se considera  el inicio de la astronomía moderna y revolucionó completamente el concepto de universo y de nuestro lugar dentro de él. En este período aparecen nuevos modelos físicos y avances matemáticos. Nace y se  desarrolla de la astrofísica. .

La atomonomía recién se inicia la segunda mitad del siglo XX D.C. Hubo que esperar la aparición de la física cuántica (1900-Max Planck) y su aplicación en los primeros modelos atómicos confiables (1913-Modelo planetario de Niels Bohr y 1926-Modelo probabilístico de Erwin Schrödinger) para comenzar a comprender el mundo de lo pequeño. En 1974, por primera vez, el Dr. Norio Taniguchi, profesor de la Tokyo University of Science acuñó el término Nano-technology en una conferencia. No obstante algo similar a lo realizado por Galileo con el telescopio aparece recién en 1981 cuando Gerd Binnig  y Heinrich Rohrer (IBM) desarrollaron y perfeccionaron el microscopio de exploración de efecto túnel (STM- Scanning Tunneling Microscope), la primera herramienta para “ver” átomos de una manera relativamente fácil y rutinaria (a ambos se le concedió el premio nobel en 1986). 

Resulta interesante que la astronomía nos permite observar los planetas, mundo macro, desde el año 1609 y que recién en  1981 se haya comenzado a ver el mundo nano de los las moléculas y los átomos. Se necesitaron 372 años de desarrollo tecnológico más para llegar al otro extremo.

El paso del estudio de lo más grande, como la astronomía, al mundo de lo más pequeño, como la atomonomía-nanonomía conlleva una serie de reflexiones interesantes sobre el conocimiento humano.

El hecho de poder estudiar tanto el cosmos inmenso como las estructuras extremadamente pequeñas resalta la increíble amplitud de escalas en el universo y fundamentalmente la capacidad humana para comenzar a comprenderlas.

Ambas permiten explorar territorios relativamente desconocidos. En la astronomía, descubrimos exoplanetas, agujeros negros y la naturaleza misma del universo. La atomonomía permite a través de su aplicación, la nanotecnología,  manipular la materia a escala extremadamente pequeña para crear nuevos materiales, dispositivos y aplicaciones capaces de dar respuestas a las nueve necesidades humanas primarias.

Las dos tienen el potencial de revolucionar nuestra comprensión del mundo y nuestra capacidad tecnológica. Desde la comprensión de los orígenes del universo hasta la fabricación avanzada, estas disciplinas están en la vanguardia de la innovación científica y tecnológica.  

El paso del estudio de lo más grande  a lo más pequeño en 372 años refleja la capacidad humana para explorar y tratar de comprender los dos extremos del universo.

The extremes of the universe: astronomy and atomonomy

The suffix nomía is of Greek origin (nómos) and means "set of laws or rules". It is used in compound words such as economics and astronomy, among others. In this sense, what we now call nanoscience, linked to orderly and systematic knowledge at the nanometer scale (1 to 100 nanometers) is a partial vision of the subject, as the extreme of the universe antagonistic to astronomy should have been called atomonomy (or nanonony). Atomonomy is then the set of laws and rules to understand the world of the small at the atomic-molecular scale; with it is completed a spectrum of knowledge capable of covering the limit of the largest observable to the limit of the smallest observable, and for being small also manipulable.

The first astronomical  records date back to  approximately 1300 BC. It is interesting to outline the evolutionary periods of astronomy:  

Prehistoric (before 500 B.C.) Characterized by the observation of the cyclic movements of the sun, moon and stars, the development of calendars and the determination of orientations. 

Classical (500 B.C. - 1400 A.D.) Measurements of positions and motions begin and geometric models of the universe (geocentric) are made to explain the motion of the planets.

Renaissance (1400 A.D. - 1609 A.D.) More accurate data accumulates and better models (heliocentric) appear to explain the data.

Modern (from 1609 A.D.) In 1609, Galileo Galilei directed a telescope to the sky for the first time in a scientific spirit. The event is considered the beginning of modern astronomy and completely revolutionized the concept of the universe and our place within it. In this period new physical models and mathematical breakthroughs appear. It was born and developed from astrophysics.

Atomonomy did not begin until the second half of the 20th century AD. It was necessary to wait for the appearance of quantum physics (1900-Max Planck) and its application in the first reliable atomic models (1913-Niels Bohr's planetary model and 1926-Erwin Schrödinger's probabilistic model) to begin to understand the world of the small. In 1974, for the first time, Dr. Norio Taniguchi, a professor at Tokyo University of Science coined the term Nano-technology in a lecture. However, something similar to what Galileo did with the telescope appeared only in 1981 when Gerd Binnig and Heinrich Rohrer (IBM) developed and perfected the Scanning Tunneling Microscope (STM), the first tool to "see" atoms in a relatively easy and routine way (both were awarded the Nobel Prize in 1986). 

It is interesting that astronomy has allowed us to observe the planets, the macro world, since 1609 and it was only in 1981 that we began to see the nano world of molecules and atoms. It took 372 years of technological development to reach the other extreme.

The passage from the study of the largest, such as astronomy, to the world of the smallest, such as atomonomy-nanonomy, leads to a series of interesting reflections on human knowledge.

Being able to study both the immense cosmos and extremely small structures highlights the incredible breadth of scales in the universe and fundamentally the human capacity to begin to understand them.

Both allow us to explore relatively unknown territories. In astronomy, we discover exoplanets, black holes and the very nature of the universe. Through its application, nanotechnology, atomonomy allows us to manipulate matter on an extremely small scale to create new materials, devices and applications capable of providing answers to the nine primary human needs.

Both have the potential to revolutionize our understanding of the world and our technological capabilities. From understanding the origins of the universe to advanced manufacturing, these disciplines are at the forefront of scientific and technological innovation.  

The passage from the study of the largest to the smallest in 372 years reflects the human capacity to explore and try to understand both ends of the universe.

Genes creativos y emprendedores.

El sistema de neurotrasmisión, dependiente de la dopamina, vinculado a la cognición, la conducta y las emociones es uno de los más importantes del sistema nervioso central.

La dopamina producida en el cerebro nos hace sentir bien. Una descarga de dopamina es la respuesta a las actividades placenteras como comer o tener sexo. En cambio si no tenemos suficiente dopamina podemos sentirnos letárgicos, deprimidos o sin interés por la vida. Se han identificado 5 receptores de dopamina en el cerebro (D1, D2, D3, D4 y D5). Centraremos nuestro interés en el receptor D2 y en el receptor D4.

En el artículo científico “Thinking Outside a Less Intact Box: Thalamic Dopamine D2 Receptor Densities Are Negatively Related to Psychometric Creativity in Healthy Individuals” publicado en la revista científica PloSONE los investigadores establecieron que las personas muy creativas tienen menos densidad de receptores D2 de dopamina en el tálamo, una zona del cerebro encargada de filtrar los estímulos e impedir su llegada a la corteza cerebral, permitiendo un mayor flujo de información. La abundancia de información no censurada es la chispa necesaria para encender la creatividad; causa por la cual gente muy creativa es capaz de ver las conexiones más insospechadas a la hora de resolver problemas. Esa baja densidad de receptores D2 está asociada a quienes portan el alelo A1 del gen DRD2-TAQ.

Otro gen vinculado con la activación de ciertas zonas del cerebro por su incidencia en la producción de receptores D4 es el DRD4 presente en el brazo corto del cromosoma 11. Este gen se caracteriza por la repetición de su secuencia de ADN. Cuanto mayor sea el número de repeticiones, más ineficaz son los receptores que generan. Un gen DRD4 "largo" (más de 6 repeticiones) supone un bajo estímulo en ciertas partes del cerebro. Uno "corto", por el contrario, genera una alta sensibilidad. Las personas con el gen DDR4 "largo" tienen menos capacidad de respuesta al neurotransmisor necesitando tomar actitudes de riesgo tendientes a incrementar la producción de dopamina para lograr el mismo efecto de recompensa o placer que obtienen las personas con el gen "corto". Lo interesante del caso es que los poseedores del gen DRD4 "largo" frente a la necesidad de mayores estímulos desarrollaran una personalidad arriesgada y emprendedora.

Muchos se estarán preguntando si quienes no tienen las variantes genéticas citadas pueden  ser creativos y/o emprendedores exitosos. A ellos dos preguntas: ¿Cómo hará ese gran flujo de conocimientos para pasar la censura del tálamo con densidad de receptores D2 normal, llegar al cerebro y convertirse en asociaciones novedosas? ¿Podrá ese gran flujo de conocimiento mediante la motivación aumentar la generación de dopamina en quienes tienen el DRD4 “largo” logrando recompensa o placer al acometer nuevos emprendimientos?

Bibliografía

Thalamic Dopamine D2 Receptor Densities Are Negatively Related to Psychometric Creativity in Healthy Individuals.

Creatividad,¿otra forma de locura?. Biotecnología & Nanotecnología al Instante. 2012.

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.