I. Vida, evolución y organización
El concepto termodinámico de autoorganización. La Escuela de Bruselas
En un principio, el desarrollo de la termodinámica en la mitad del siglo diecinueve
pareció aportar resultados contrarios a la teoría darwiniana. La segunda ley implicaba
que el universo se dirigía hacia una muerte térmica, un proceso irreversible en el que las
diferencias energéticas se desvanecen paulatinamente hasta una situación de completa
homogeneidad y pérdida de orden o máxima entropía. Esto parecía entrar en
contradicción con el desarrollo de la vida en la Tierra, en el que no sólo se aprecia
heterogeneidad y estructura, sino incremento en su complejidad.
Schrödinger (1944) mostró que esta interpretación era en realidad un
“pseudoproblema”. Un ser vivo no es un sistema cerrado, es un sistema abierto, que
intercambia constantemente materia y energía con su entorno. Un sistema abierto puede
mantener su estructura interna a costa de aumentar la entropía de su entorno en mayor
medida, en efecto, la segunda ley sólo requiere que el universo en su totalidad
incremente su entropía. El trabajo de Schrödinger inspiró a muchos investigadores a
aplicar consideraciones termodinámicas a sistemas biológicos, que constatarían que la
capacidad de mantener la organización interna en detrimento de la de su entorno es
propia de sistemas abiertos que se mantienen lejos del equilibrio.
La Escuela de Bruselas (Glansdorf & Prigogine 1971, Prigogine & Stengers 1979,
1984, Nicolis & Prigogine 1977, Prigogine 1980, Nicolis 1989) ha estudiado cómo, en
sistemas estabilizados lejos del equilibrio termodinámico, el aumento de entropía y
orden van de la mano. Según Prigogine la segunda ley no sólo es consistente con la
evolución sino que ayuda a explicarla. Muchos de los sistemas que presentan dinámicas
no lineales están fuertemente ligados a sistemas alejados del equilibrio, sistemas
abiertos, que mantienen su estructura interna absorbiendo energía y materia y que luego
disipan en un estado más degradado a su entorno. Son sistemas abiertos cosas tan
dispares como tornados, células, comunidades ecológicas o sistemas económicos.
Prigogine llama a este tipo de sistemas estructuras disipativas9. Las estructuras
disipativas suelen formarse por algún tipo de autoorganización. En un sistema químico,
9 [“A partir de cierta distancia del equilibrio, de cierta intensidad de los procesos disipativos, el segundo principio ya no sirve para garantizar la estabilidad de ese estado estacionario. En ciertos sistemas existe un umbral, una distancia crítica respecto al equilibrio a partir de la cual el sistema se hace inestable, a partir de la cual una fluctuación puede eventualmente no remitir, sino aumentar. Una de las consecuencias más notables de la termodinámica de los sistemas alejados del equilibrio es que este umbral existe siempre en sistemas químicos en los que las reacciones están acopladas, y en los que existen circuitos de realimentación. Cuando una fluctuación aumenta más allá del umbral crítico de estabilidad el sistema experimenta una transformación profunda, adopta un modo de funcionamiento completamente distinto, estructurado en el tiempo y en el espacio, funcionalmente organizado”. Surge entonces “ (…) un proceso de autoorganización, (…) una estructura disipativa. Podemos decir que la estructura disipativa es la fluctuación amplificada, gigante, estabilizada por las interacciones con el medio, que sólo se mantiene por el hecho de que se nutre continuamente con un flujo de energía y de materia, por ser la sede de procesos disipativos permanentes” (Prigogine 1983, pp. 88-89).]
En un principio, el desarrollo de la termodinámica en la mitad del siglo diecinueve
pareció aportar resultados contrarios a la teoría darwiniana. La segunda ley implicaba
que el universo se dirigía hacia una muerte térmica, un proceso irreversible en el que las
diferencias energéticas se desvanecen paulatinamente hasta una situación de completa
homogeneidad y pérdida de orden o máxima entropía. Esto parecía entrar en
contradicción con el desarrollo de la vida en la Tierra, en el que no sólo se aprecia
heterogeneidad y estructura, sino incremento en su complejidad.
Schrödinger (1944) mostró que esta interpretación era en realidad un
“pseudoproblema”. Un ser vivo no es un sistema cerrado, es un sistema abierto, que
intercambia constantemente materia y energía con su entorno. Un sistema abierto puede
mantener su estructura interna a costa de aumentar la entropía de su entorno en mayor
medida, en efecto, la segunda ley sólo requiere que el universo en su totalidad
incremente su entropía. El trabajo de Schrödinger inspiró a muchos investigadores a
aplicar consideraciones termodinámicas a sistemas biológicos, que constatarían que la
capacidad de mantener la organización interna en detrimento de la de su entorno es
propia de sistemas abiertos que se mantienen lejos del equilibrio.
La Escuela de Bruselas (Glansdorf & Prigogine 1971, Prigogine & Stengers 1979,
1984, Nicolis & Prigogine 1977, Prigogine 1980, Nicolis 1989) ha estudiado cómo, en
sistemas estabilizados lejos del equilibrio termodinámico, el aumento de entropía y
orden van de la mano. Según Prigogine la segunda ley no sólo es consistente con la
evolución sino que ayuda a explicarla. Muchos de los sistemas que presentan dinámicas
no lineales están fuertemente ligados a sistemas alejados del equilibrio, sistemas
abiertos, que mantienen su estructura interna absorbiendo energía y materia y que luego
disipan en un estado más degradado a su entorno. Son sistemas abiertos cosas tan
dispares como tornados, células, comunidades ecológicas o sistemas económicos.
Prigogine llama a este tipo de sistemas estructuras disipativas9. Las estructuras
disipativas suelen formarse por algún tipo de autoorganización. En un sistema químico,
9 [“A partir de cierta distancia del equilibrio, de cierta intensidad de los procesos disipativos, el segundo principio ya no sirve para garantizar la estabilidad de ese estado estacionario. En ciertos sistemas existe un umbral, una distancia crítica respecto al equilibrio a partir de la cual el sistema se hace inestable, a partir de la cual una fluctuación puede eventualmente no remitir, sino aumentar. Una de las consecuencias más notables de la termodinámica de los sistemas alejados del equilibrio es que este umbral existe siempre en sistemas químicos en los que las reacciones están acopladas, y en los que existen circuitos de realimentación. Cuando una fluctuación aumenta más allá del umbral crítico de estabilidad el sistema experimenta una transformación profunda, adopta un modo de funcionamiento completamente distinto, estructurado en el tiempo y en el espacio, funcionalmente organizado”. Surge entonces “ (…) un proceso de autoorganización, (…) una estructura disipativa. Podemos decir que la estructura disipativa es la fluctuación amplificada, gigante, estabilizada por las interacciones con el medio, que sólo se mantiene por el hecho de que se nutre continuamente con un flujo de energía y de materia, por ser la sede de procesos disipativos permanentes” (Prigogine 1983, pp. 88-89).]
por ejemplo, la forma más efectiva de construir estructura y disipar entropía es por
medio de la autocatálisis. Una reacción química que produce una sustancia que puede
ayudar a la producción de esa misma reacción mostrará una rápida amplificación de la
concentración de la substancia en cuestión. Es lo que se denomina un ciclo
autocatalítico. Las estructuras disipativas, en virtud de los procesos autoorganizativos
no lineales que las originan, muestran una gran sensibilidad a las condiciones iniciales,
dependiendo de éstas pueden generar comportamientos ordenados, caóticos o
complejos.
Se han elaborado modelos matemáticos de gran cantidad de reacciones
fundamentales que se producen en las células vivas que muestran que pueden
considerarse estructuras disipativas temporales (ver Montero y Morán (1992) para una
buena compilación en castellano). También pueden explicarse desde esta perspectiva
ciertos fenómenos ecológicos, como las relaciones cazador-presa en un ecosistema, o
comportamientos sociales en insectos (Solé et al. 1993, Solé & Goodwin 2000). La
característica común de todos estos ejemplos es que el sistema está formado por
numerosas unidades en interacción, y que los sistemas se hallan abiertos a un flujo de
materia y energía. La no linearidad de los mecanismos de interacción, en ciertas
condiciones, da lugar a la formación espontánea de estructuras coherentes.
tesis doctoral completa en :
http://www.ehu.es/ias-research/garcia/TESIS.pdf
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