LAS ESTRUCTURAS DISIPATIVAS EN LA EVOLUCIÓN

Guillermo Agudelo Murguía
J. Guillermo Alcalá Rivero

Introducción

En este trabajo trataremos con sistemas abiertos. Sistemas que intercambian tanto materia como energía con el exterior, específicamente, trataremos con sistemas biológicos y su relación con las estructuras disipativas.

De acuerdo con Prigogine, proponemos que las estructuras disipativas tienen un papel muy importante en la evolución. Los siguientes cinco enunciados son fundamentales para la sustentación de esta propuesta.

Todos los eventos que se dan en la naturaleza son regidos por principios y sus correspondientes leyes y reglas. Corolario: nada esta determinado por el azar, la irreversibilidad de la vida está inscrita en las leyes básicas, incluso a nivel microscópico.

  1. Los principios extremos permiten cierto grado de aleatoriedad. Esta aleatoriedad está en proporción directa a la complejidad de las leyes que de estos principios se derivan. Corolario: el rango de incertidumbre del futuro está en relación directa con la complejidad de los sistemas: a mayor complejidad, mayor aleatoriedad e incertidumbre.
  2. Existe un principio constructivo que antecede a la segunda ley de la termodinámica. Corolario: La macroevolución requiere siempre de una inversión de entropía.
  3. La evolución cósmica es en sí un proceso irreversible. Corolario: la vida como parte de la evolución es un proceso irreversible.
  4. La entropía de un sistema se decrementa obedeciendo el principio constructivo de autoorganización al tomar de su medio materia y energía. Corolario: La ley de la complejidad regula en las estructuras disipativas su emergencia, irreductibilidad, jerarquía y auto-organización.

1. Todos los eventos que se dan en la naturaleza son regidos por principios y sus correspondientes leyes y reglas.

Robert B Laughlin, en su libro A DIFFERENT UNIVERSE (Reinventing Physics from the Bottom Down),(NOTA 1) afirma que los principios de organización son leyes, que se organizan en nuevas leyes, las que en turno, se organizan en principios y leyes más nuevas (y más complejas) y así sucesivamente. Por ejemplo, las leyes del electrón dan origen a las leyes de la termodinámica y la química, de las cuales a su vez emergen las leyes de la cristalización, progenitoras de las leyes de la flexibilidad y la plasticidad, de la cuales emergen las leyes de la ingeniería.

Sin embargo, en las leyes de la cristalización se presenta una bifurcación, que da origen a otra descendencia, las leyes de la polimerización, las que a su vez son progenitoras de las leyes que rigen a las moléculas orgánicas, las que en turno dan origen a las leyes que rigen la vida.

Es un mito la distinción entre las leyes fundamentales y las que de ellas emanan, así como es un mito la idea de entender el universo sólo a través de las matemáticas. Generalmente, una ley física no puede ser anticipada por el pensamiento puro, sino que debe ser descubierta experimentalmente, dado que el control de la naturaleza solamente permite esto a través de un principio de organización."

Esto nos lleva a afirmar que el descubrimiento del principio de la complejidad es producto de la observación. Este autor también argumenta que relaciones confiables de causa-efecto en el mundo natural tienen mucho que decir acerca de nosotros mismos, ya que deben su confiabilidad más a principios de organización que a reglas microscópicas.

Las leyes de la naturaleza, de las que los científicos se ocupan, emergen a través de una autoorganización colectiva y realmente no requieren el conocimiento de sus partes componentes para ser comprendidas y utilizadas. Es así que las leyes que rigen la química no requieren del conocimiento de las leyes de la física que les dieron origen, más aun, esto se agrava con la separación que existe con la biología y llega a su máximo con las ciencias sociales. Esto se debe a la compartamentalización que existe en la ciencia.

Coincidimos con Laughlin cuando afirma que entender el universo es más que sólo entender sus principios esenciales, es también buscar las implicaciones más sofisticadas y globales que estos principios pudiesen alcanzar. Así el conflicto es físico, no sólo cosa de percepción. El mundo natural se regula tanto por principios esenciales como por los principios de poder que emanan de ellos. (Por ejemplo, un principio esencial es la segunda ley de la termodinámica, un principio de poder que emanara de ella y de otros principios esenciales sería el que regula los sismos).

Estos principios son trascendentes, ya que se sostienen aunque los esenciales lleguen a sufrir algún pequeño cambio. Nuestra visión de la naturaleza refleja un conflicto en la naturaleza misma, el cual consiste en que elementos primitivos y estables, regidos por sus leyes de menor complejidad, existen simultáneamente con las estructuras organizativas complejas que estos elementos forman y que a su vez son regidas por leyes de mayor complejidad.

Corolario: nada esta determinado por el azar, la irreversibilidad de la vida está inscrita en las leyes básicas, incluso a nivel microscópico.

Entre los principios extremos, mencionaremos dos de los más universalmente reconocidos:

  • Segunda ley de la termodinámica
  • Ley de la conservación de la energía

Sin embargo, muchos científicos se han dado cuenta de que éstos son precedidos por leyes constructivas que emanan del principio extremo de

  • Ley de la Información y la complejidad

Todo sistema atraviesa cuando menos dos etapas básicas. La primera está regida por el principio constructivo. En la segunda se inicia la entropía, segunda ley de la termodinámica, pero dentro de fluctuaciones que alternan ambos principios, ya que todo lo que se arma se desarma.(NOTA 2) En las estructuras disipativas lo que se arma se vuelve a armar, integrando otros sistemas y dando por resultado un sistema con mayor grado de complejidad.

2.  Los principios extremos permiten cierto grado de aleatoriedad. Esta aleatoriedad está en proporción directa a la complejidad de las leyes que de estos principios se derivan.

Einstein afirmaba que cuando el número de factores que entran en juego en un complejo de fenómenos es excesivamente amplio, el método científico falla en la mayoría de los casos…en el tiempo atmosférico…resulta imposible hacer predicciones…Sin embargo, nadie pone en duda que también aquí nos hallamos ante una serie de conexiones causales cuyos componentes nos resultan fundamentalmente conocidos. Lo que ocurre en este campo se escapa del alcance de toda predicción exacta a causa de la diversidad de factores en juego (complejidad), no porque no haya un orden en la naturaleza.

En el reino de los seres vivos no hemos sido capaces de captar regularidades en una medida tan profunda, pero, a pesar de todo, hemos profundizado lo suficiente como para captar al menos el hecho de estar regidos también por pautas fijas, necesarias.(NOTA 3)

Einstein señala el alto grado de aleatoriedad inherente a los fenómenos atmosféricos, que hace imposible en muchos casos el hacer predicciones, no obstante nuestro amplio conocimiento de los mismos ¿Qué puede decirse en el caso de lo biológico en el que el conocimiento no ha profundizado en muchos factores que intervienen en su fenomenología?

Corolario: el rango de incertidumbre del futuro está en relación directa con la complejidad de los sistemas: a mayor complejidad, mayor aleatoriedad e incertidumbre.

En su libro “Cosmic Evolution” Eric J. Chaisson acepta que la aleatoriedad impregna todo cambio dinámico en cualquier escala temporal o espacial. Él enfatiza que la ciencia actualmente no es de tipo predictivo, cuando menos no tanto como en el mundo newtoniano. La evolución cósmica predice muy poco del futuro aunque se esfuerza por explicar el pasado.

En la historia evolutiva del sistema que determina las características profundas de un nuevo estado, éste puede tener un grado más alto de aleatoriedad aunque su forma superficial sea la misma. No se debe olvidar que “aleatoriedad” en sí significa variaciones, cuyos límites están especificados por reglas.

3. Existe un principio constructivo que antecede a la segunda ley de la termodinámica.

La neguentropía es resultado de un principio extremo que da sustento a la segunda ley de la termodinámica. Para que esta ley opere se requiere que exista un orden que pueda ser desordenado. Obviamente, esta ley, la ley de la complejidad y la información, exige construir estructuras de creciente orden y complejidad con base en la Información que recibe y transmite.

La Complejidad es el aumento de orden en los sistemas biológicos.(NOTA 4) Es evidente que la organización de los sistemas biológicos no es consecuencia de una evolución hacia el desorden molecular. El orden biológico es arquitectónico, funcional y cognitivo, además, en el nivel celular y supra-celular, se manifiesta por una serie de estructuras y funciones acopladas de creciente Complejidad y carácter jerárquico.

La Complejidad es la interacción de muchas partes de un sistema que da origen a conductas y propiedades no encontradas en los elementos individuales del sistema.(NOTA 5)

Por lo tanto, este principio extremo se puede formular de la siguiente manera: la complejidad estructural de un sistema es directamente proporcional a la complejidad de la información que contiene.

Corolario: La macroevolución requiere siempre de una inversión de entropía.

La física moderna sostiene que el universo globalmente considerado, de acuerdo con la segunda ley de la termodinámica tiende de forma irreversible hacia el desorden. Esto implica una aparente contradicción, ya que en las muchas y variadas estructuras que contiene se observa una tendencia hacia un orden evidente de complejidad creciente. Éstas, al completar su ciclo físico natural, inician un proceso de desorden que podrá dar origen a un nuevo orden en un plano de complejidad superior.

Maxwell propone a su famoso demonio para tratar de explicar que la segunda Ley de la Termodinámica es una ley estadística, que describe exclusivamente las propiedades de un sistema formado por un inmenso número de elementos. Imagina Maxwell un gas encerrado en un recipiente dividido en dos partes iguales –A y B- por un diafragma. Se supone que el gas en A está más caliente que en B, lo cual implica que la ley de distribuciones del mismo Maxwell exige que exista una gama de velocidades (o de momentos) tanto en A como en B. Maxwell habla de "un ser sujeto a las leyes naturales", su demonio, capaz de percibir el movimiento y velocidad de cada molécula. Además, existe una compuerta en el diafragma, que este ser es capaz de abrir y cerrar a voluntad. (Demonio de Maxwell)

Lo interesante es que este "demonio" hace una selección de moléculas, de manera tal que fuerza el paso, a través de la compuerta, de las moléculas más rápidas y calientes de B hacia A, a la vez que fuerza el paso de las moléculas, más lentas y frías, de A hacia B ¿Cuál es el resultado de esta acción? El resultado es que "la energía de A se incrementa y la de B disminuye; es decir, el sistema caliente se calienta más y el frío se enfría más…” (P.M Harman, 1990, pp. 168-169)

El argumento del "demonio" permite llegar a conclusiones muy interesantes:

  • La única posibilidad que tiene el "demonio" de percibir las moléculas es por medio de una fuente de energía, una lámpara, dado que está al interior de un "cuerpo negro".
  • La absorción de la radiación por parte del sistema disminuye su entropía, más de lo que hubiera podido disminuir por la acción sola neguentrópica del "demonio". Luego, no hay contradicción con la segunda ley de la Termodinámica. (Leon Brillouin, 1956, p.68)
  • A partir de este análisis del "demonio" de Maxwell, Leon Brillouin establece la equivalencia entre información y neguentropía, llamándole "el principio de neguentropía de la información".
  • De esta manera, la información es transformada en neguentropía. El "demonio", con su selección, se opone al aumento de la entropía del gas, con lo que adquiere conocimiento. Por lo tanto, neguentropía « información.

4. La evolución cósmica es en sí un proceso irreversible.

En el libro Modern Thermodynamics, Prigogine y Kondepudi (NOTA 6) afirman que de acuerdo con la termodinámica clásica, toda transformación irreversible que ocurre en la naturaleza también se logra por medio de un proceso reversible.

Toda transformación irreversible, resultante de un cierto cambio en la entropía, puede ser exactamente reproducida por medio de un proceso reversible en el que el cambio de entropía se deba al intercambio de calor. Dado que el cambio en la entropía depende sólo de los estados iniciales y finales, el cambio en entropía que se calcula utilizando un camino reversible será igual al cambio de entropía producido por procesos irreversibles.

Para ellos, un proceso es reversible sólo en el límite de una lentitud infinita: al acercarse la perfecta reversibilidad, la velocidad del proceso tiende a cero. Max Planck afirma en su Treatise on Thermodynamics que “El que los procesos reversibles existan o no en la naturaleza no es evidente a priori o demostrable.” Aunque, de acuerdo con Prigogine, si existe la irreversibilidad, tiene que ser universal, debido a que un decremento espontáneo de entropía en un sistema puede ser utilizado para decrecer la entropía de cualquier otro sistema por medio de una interacción apropiada: un decremento espontáneo de entropía de un sistema implica un decremento espontáneo de entropía de todos los sistemas (con los que interactúa). De aquí que o todos los sistemas son irreversibles o ninguno lo es.

Sin embargo, nosotros estimamos que la irreversibilidad no es necesariamente universal, ya que un incremento de entropía en un sistema puede tener el resultado opuesto de decrementar la entropía en otro. Por supuesto que este proceso sólo se da en un número muy reducido de sistemas.

Experimentos que demuestran la aleatoriedad y la inversión de entropía en estructuras disipativas son los siguientes:


Las deformaciones causadas en una barra de acero sujeta a tensión desaparecen al remover la carga de tensión. El material tiene un punto de fluencia bien definido, limite elástico, punto en el que el proceso es reversible por lo que no hay deformaciones permanentes. El material se comporta elástica y linealmente si el esfuerzo se mantiene debajo del punto de fluencia. Sin embargo, si se llega al límite de fluencia, el material sufre deformaciones aun cuando se suspenda el incremento de carga. Sobrepasado el límite elástico, las deformaciones ya no son lineales con respecto a la carga.

Si la tensión se retira después del punto de fluencia, el esfuerzo y la deformación decrecen linealmente a lo largo de la línea CD paralela a la recta AB de la curva de carga. En este caso el material sufre deformaciones permanentes, el proceso se ha tornado irreversible.

En la Universidad de California se llevó a cabo un experimento similar, solamente que aplicado a una molécula orgánica. A diferencia de lo que sucede en la barra de acero, el punto llamado de fluencia se da a diferentes esfuerzos, es decir en forma aleatoria debido a que el comportamiento de la molécula orgánica es muy sensible a las condiciones ambientales.

La molécula orgánica se sujeto a dos pequeñas esferas de acero recubiertas con una biotina muy afín a ella. La tensión que se ejerció presentó la siguiente gráfica de esfuerzo-deformación:


Es interesante ver que la molécula, al incrementarse la carga, después de la etapa de fluencia, casi recupera su resistencia inicial hasta antes de llegar al punto de ruptura. Esto indica que la molécula siempre toma energía del medio en mayor grado que la materia inerte. La conclusión a la que llegaron los investigadores es que se decrementa la entropía de la molécula, demostrando así su capacidad de auto-organización dependiendo ésta de su mayor capacidad de interacción con su medio ambiente.

En los resultados observados se notó que el punto de fluencia varió en cada ocasión en que se repitió el experimento. Al ser la molécula muy sensible a las condiciones ambientales y con mayor complejidad que la barra de acero, su grado de aleatoriedad es mucho mayor que la del material inerte. Es imposible predecir a que grado de tensión aplicada va a tener su punto de fluencia cada molécula.

Esto demuestra que una molécula orgánica al ser mucho más compleja que una barra de acero,  tiene un comportamiento aleatorio mucho más amplio y toma energía del medio para recuperar su resistencia.

De todo lo anterior se puede concluir que los organismos que han seguido la línea macroevolutiva son aquellos más afines a las leyes que rigen las estructuras disipativas.

Corolario: la vida como parte de la evolución es un proceso irreversible.

La vida al ser un proceso irreversible está regida por principios extremos aun cuando no pueda predecirse el estado hacia el cual evolucionará, debido a la aleatoriedad permitida por sus grados de complejidad, como ya se dijo antes. Se puede deducir de la termodinámica del no equilibrio el rol dual de los procesos irreversibles: destructores del orden cerca del equilibrio y creadores del orden lejos del equilibrio. (Kondepudi, Prigogine 1998)

Así un proceso entrópico por naturaleza como puede ser la erupción de un volcán puede en algún momento generar las condiciones para que algunos sistemas biológicos utilicen la energía liberada para un decremento de su entropía. La energía solar es otro proceso entrópico que es aprovechado por sistemas biológicos capaces de llevar a cabo la fotosíntesis y en el ser humano la energía se aprovecha para elaborar, por ejemplo, la vitamina D.

Creemos que esta aparente discordancia con Prigogine se debe a una falta de discriminación de las diferentes etapas por las que puede atravesar un sistema. Así, la afirmación de Prigogine se sostiene para las etapas constructivas, en tanto que desde el momento en que la segunda ley de la termodinámica entra en juego, incrementos de entropía son inevitables. La entropía que se libera es una medida de la información del sistema la cual es aprovechada, como ya se dijo, por aquellos sistemas que poseen las condiciones necesarias para incrementar su complejidad.

Se considera que existe una relación inversa entre la entropía y la Información de los sistemas. A nivel cósmico, a mayor temperatura, la información requiere de mayor energía para transmitirse y su complejidad es mínima. En el Big Bang, la información sólo contenía un mínimo de mensajes: únanse y sepárense (movimiento). Al disminuir la temperatura el número de mensajes se incrementa, con lo que la Información se complejifica.

5. La entropía de un sistema se decrementa obedeciendo el principio constructivo de autoorganización al tomar de su medio materia y energía.

Como ya se dijo, todo sistema atraviesa por una etapa inicial de crecimiento, en la que la ley de la complejidad actúa determinándolo y alejándolo del equilibrio. En cierto momento, se inicia una segunda etapa cuando la ley de la complejidad y la segunda ley de la termodinámica actúan simultáneamente produciendo incrementos y decrementos de complejidad. En esta etapa, la segunda ley de la termodinámica eventualmente conduce al sistema al equilibrio.

Sin embargo, la ley de la Complejidad y la Información está presente en las etapas para regular el comportamiento de las estructuras disipativas, que se refieren a la creación y mantenimiento de aquellos procesos de estados organizados alejados del equilibrio y que siguiendo la ley de la complejidad y la información son capaces de invertir la entropía y evolucionar hacia estados de orden lejos del equilibrio, aceptando más información y por lo tanto disipando más energía.(NOTA 7)

Estamos de acuerdo con Kondepudi y Prigogine cuando dicen que es imposible predecir la evolución de las estructuras disipativas basándose en ecuaciones de tasa macroscópica. Las estructuras disipativas, generan orden fuera del equilibrio, lo cual implica que la entropía decrezca. Esto quiere decir que las estructuras que rebasando sus límites de adaptación evolucionan son disipativas y son más improbables en la medida en que generen un mayor orden, en un salto que implica la integración de sistemas complejos.

En estos procesos no sólo el sistema toma energía de su medio, sino también materia en forma de sistemas complejos que rebasan con mucho el simple proceso adaptativo de integración de nutrientes. Estos procesos están determinados por la ley de la complejidad pues actúan organizando las estructuras disipativas como contraparte y complemento de la 2ª ley de la termodinámica. La ley de la complejidad debe actuar en principio, pues sólo se puede desarmar aquello que está armado.

En su obra ¿Tan Sólo una Ilusión? (1993, págs. 159, 160), Prigogine (NOTA 8) define las estructuras disipativas como:

"... la formación de «estructuras disipativas» en condiciones muy alejadas del equilibrio, y en el que la estructura surge a partir del caos térmico, del azar molecular... cuando nos apartamos mucho de las condiciones de no equilibrio, se originan nuevos estados en la materia. Llamo a estos casos «estructuras disipativas», porque presentan estructura y coherencia, y su mantenimiento implica una disipación de energía (G Nicolis, I Prigogine. Self-organization in Non-equilibrium Systems. John Wiley Interscience, 1977)." (NOTA 9)

Para F. Capra,(NOTA 10)la clave para entender las estructuras disipativas es comprender que se mantienen en un estado estable lejos del equilibrio… termodinámico. Un organismo vivo se caracteriza por un flujo y un cambio continuos en su metabolismo, comprendiendo miles de reacciones químicas. El equilibrio químico y térmico se da únicamente cuando estos procesos se detienen. En otras palabras, un organismo en equilibrio es un organismo muerto. Los organismos vivos se mantienen constantemente en un estado alejado del equilibrio, en el estado de vida. Siendo muy distinto del equilibrio, este estado es sin embargo estable (Como ya se dijo, este estado “estable” es un periodo de fluctuaciones en el que se alternan procesos constructivos con procesos entrópicos.) a lo largo de períodos prolongados de tiempo, lo que significa que, como un remolino, mantiene la misma estructura general a pesar del incesante flujo y cambio de componentes...

Más lejos del equilibrio los flujos son más fuertes…y se podrá encontrar con inestabilidades que le conduzcan a nuevas formas de orden que alejarán al sistema más y más del estado de equilibrio. En otras palabras, lejos del equilibrio las estructuras disipativas pueden desarrollarse hacia formas de complejidad creciente (siempre y cuando sean capaces de tomar de su medio la energía e información disponible y adecuada)...

Prigogine enfatiza que las características de una estructura disipativa no pueden deducirse de las propiedades de sus partes, sino que son consecuencia de su «organización supramolecular». Nosotros estimamos que ésta «organización supramolecular» se determina por la ley de la complejidad, la cual determina que la nueva organización, más compleja, contiene mayor información.

Cuanto más alejado del equilibrio está un sistema, mayor es su complejidad y más alto el grado de no-linealidad de las ecuaciones matemáticas que lo describen… Cerca del equilibrio, podemos encontrar fenómenos repetitivos y leyes universales. A medida que nos alejamos de él, nos desplazamos de lo universal a lo único, hacia la riqueza y la variedad. Esta, sin duda, es una característica bien conocida de la vida" (Capra 1996, Cap. 8).

Ilya Prigogine (1993) resume su teoría de las estructuras disipativas afirmando que dependen de flujos continuos de energía y recursos.

Al alejarse del equilibrio y tender a una mayor complejidad, las leyes que rigen las nuevas estructuras son más complejas, les otorgan un mayor grado de libertad por lo que su inducción es mucho más difícil, dada la creciente cantidad de información que manejan. Investigadores como Stuart Kauffman (NOTA 11) proponen que se deben encontrar las leyes que rigen la vida y los ecosistemas.

Corolario: La ley de la Complejidad y la Información regula en las estructuras disipativas su emergencia, irreductibilidad, jerarquía y auto-organización.

Emergencia

El conflicto entre una frontera abierta, por un lado, y un conjunto de reglas maestras por el otro es resuelto por el fenómeno de la emergencia. Emergencia es resultado de un principio físico de organización. El mundo inanimado tiene también reglas de organización, las que similarmente explican muchas cosas que nos interesan incluyendo la mayoría de las leyes físicas de alto nivel utilizadas en la vida diaria. Cosas tan comunes como la cohesión del agua o la rigidez del acero son sólo dos ejemplos.

La emergencia se da en las estructuras disipativas cuando se integran en un sistema organizado desde y dependiente del nivel anterior de complejidad, que a su vez son base del nivel superior, lo que presenta al universo como un proceso evolutivo, estructurado en capas. Sólo porque las estrellas produjeron los químicos que forman las moléculas inorgánicas y éstas las moléculas que dan origen a la vida, pudo ésta emerger. Sólo porque las procariotas produjeron el oxígeno de la tierra primitiva, pudieron emerger los animales superiores.

Jerarquía

La estratificación jerárquica controla el poder de la materia para ejecutar funciones de coherencia global. Ocurre en cada nivel de su organización, desde las partículas elementales hasta el cerebro. Es el problema central del origen de la vida, cuando agregados (un grupo o masa de distintas cosas o elementos) de materia que obedecen sólo a las leyes elementales de la física y la química empiezan a forzar a las moléculas individuales a un comportamiento funcional colectivo.

Por ejemplo, en los sistemas orgánicos, grupos de células controlan el crecimiento o la expresión genética de células individuales, también grupos de células se organizan en números crecientes de subgrupos, generando así jerarquías entre ellos. En el cerebro parece haber posibilidades sin límite para nuevos niveles jerárquicos de descripción. En conclusión, se puede afirmar que la restricción es lo que determina la organización jerárquica. Ya nos hemos referido a la jerarquización como los grados de libertad que los sistemas poseen y que están en relación directa con su grado de evolución y por lo tanto con la cantidad de información que son capaces de procesar y transmitir.

El mundo natural es una jerarquía de descendencias interdependientes. Esta tendencia organizativa es tan poderosa que en algunos casos puede ser difícil distinguir una ley fundamental de alguna de su progenie. La tendencia de la naturaleza a formar sociedades jerárquicas de leyes físicas es mucho más que un mero debate retórico. Es la razón por la que el mundo puede ser conocido.(NOTA 12)

Irreductibilidad

Los sistemas, como sistemas emergentes, no pueden ser explicados o reducidos simplemente a la suma de las propiedades de sus partes constituyentes. Aquí toma toda su valor la nueva teoría de la Información, pues a las propiedades de las partes debe sumarse la información (enlaces) que las une para formar un todo coherente con propiedades emergentes. Ésta es la clave característica de las estructuras emergentes. Cuando una estructura compleja se desarma en estructuras de nivel anterior, se libera Información.

Como ejemplo de que las estructuras aumentan su complejidad en función de la información y que ésta constituye los enlaces de los sistemas complejos, se presenta un cuadro sinóptico con la relación que existe entre éstos y la temperatura, teniendo en cuenta que los enlaces contienen la información complementaria que permite acceder al nuevo nivel evolutivo.

Temperatura Era Características

>1010k

>10-24 seg

  • Las fuerzas nucleares (enlaces) fuertes no pueden mantener unidos a los protones y neutrones debido a la temperatura.
  • Movimientos muy violentos entre los elementos.

109 a 107K

100 seg
a
104 años

  • El núcleo se empieza a formar y ocurren reacciones nucleares. El principio extremo: únanse, da lugar a los enlaces.
  • Aparecen las estrellas, los elementos más pesados sintetizados del H y del He.

107 a 104K

104 años

  • Los electrones se unen con el núcleo y forman átomos, pero la temperatura impide a los enlaces formar moléculas estables.
  • Los átomos de hidrógeno se ionizan.
  • La materia existe como núcleos y electrones libres en un estado llamado plasma.
104 a 10K

106 años
a
1010

  • Ocurren reacciones químicas porque los enlaces químicos empiezan a formarse.
  • Aparecen los enlaces biológicos.

años Adaptada de Modern Thermodynamics. Kondepudi, Prigogine y de Cosmic Evolution. Chaisson

Auto organización

Científicos de esta corriente argumentan que la auto-organización es la propiedad que poseen los sistemas para ordenarse. Sin embargo, el término auto-organización en sí es discutible. En realidad, los sistemas no se organizan por sí mismos, sino por sus contextos y las leyes que rigen tanto a los sistemas como a sus contextos.

Es la Información que el sistema posee, la que le permite o no interactuar con la nueva Información que el medio ambiente proporciona. El universo mismo es un todo organizado en el contexto de las leyes de la física. Para nosotros, ésta es la fuente de creatividad biológica, no el azar.

Modelos basados en genotipos que incluyen efectos colectivos y no lineales sugieren que la evolución puede ser vista como un proceso donde los sistemas se auto-organizan. Ésta es una dirección importante en la investigación, la búsqueda de leyes que rijan la auto-organización de los ecosistemas.(NOTA 13)

La imagen de la auto-organización es la de un remolino que ordena los fluidos y que inexorablemente los jerarquiza en niveles de complejidad creciente. La conducta “espiral” global y auto organizativa del torbellino es la respuesta a leyes, principios y reglas y no al azar. De acuerdo con el enfoque auto organizativo para la complejidad biológica, de la misma forma que el agua en condiciones apropiadas produce un remolino, así las leyes de la física, la química, la biología, etc. construyen en la materia propiedades auto-organizativas que, en condiciones apropiadas, producen estructuras biológicas más complejas.

6. Conclusiones

En su artículo “Oncología, caos, sistemas complejos adaptativos y estructuras disipativas”, José Félix Patiño propone que los seres vivos combinan la estabilidad de la estructura con la fluidez del cambio, lo cual permite su desarrollo, reproducción y evolución. Al respecto dice: “Propongo mirar el cáncer más allá de la ciencia natural, a la luz de la teoría caos y de la ciencia de la complejidad, como un fenómeno aleatorio en un organismo complejo adaptativo de no-equilibrio termodinámico. Así concebido, el cáncer de por sí, según el concepto de Ilya Prigogine, es una estructura disipativa, muy alejada del equilibrio, un nuevo estado de la materia que depende de flujos continuos de energía y recursos provenientes del huésped, o sea del organismo humano sobre el cual se conformó, pero que exhibe una tendencia hacia el crecimiento continuo e ilimitado y un comportamiento caótico e impredecible por los métodos de análisis convencionales, que sólo puede ser expresado en términos no de certidumbres sino de probabilidades.

A través de este trabajo y esta instancia del Dr. José Félix Patiño se ve la enorme importancia que las estructuras disipativas tienen en la biología. Pero no nada más debe circunscribirse su estudio a esta área. La microevolución, para nosotros, es meros procesos adaptativos inherentes a todos los elementos orgánicos. En tanto que la macroevolución requiere de las estructuras disipativas para que se dé.

La macroevolución se da en sistemas improbables cuando el proceso irreversible que genera estructuras disipativas no sólo toma del medio la energía necesaria sino que también integra materia. La célula es un buen ejemplo, en ésta se integran moléculas inorgánicas como proteínas, ADN, ARN, etc. que carecen de vida pero cuya integración da lugar a la célula, organismo con vida. Es la información que da origen a los enlaces entre estas moléculas, la que origina la vida.

Los seres vivos combinan la estabilidad de la estructura con la fluidez del cambio, lo cual permite su desarrollo, reproducción y evolución. Son «estructuras abiertas», estructuras disipativas, que dependen de flujos continuos de energía y recursos.


(NOTA 1) LAUGHLIN, Robert B. A Different Universe (Reinventing Physics from the Bottom Down) Basic Books Cambridge 2005
[al texto]
NOTA 2) TEILHARD de Chardin, Pierre, El Fenómeno Humano, Taurus, Madrid, 1963, Colección Ensayistas de hoy, No. 32.
[al texto]
(NOTA 3) Editado por Ken Wilber. Cuestiones Cuánticas. EINSTEIN, Albert. El sentimiento cósmico de lo religioso. pág.168, cuarta edición, Kairos. Barcelona, 1994
[al texto]
(NOTA 4) TEILHARD de Chardin, Ibíd.
[al texto]
(NOTA 5) SANDÍN, Máximo, Guillermo Agudelo Murguía y José Guillermo Alcalá Rivero, Evolución: un nuevo paradigma, IIEH. Madrid 2003
[al texto]
(NOTA 6) KONDEPUDI, Dilip e Ilya PRIGOGINE,  Modern Thermodynamics, John Wiley & Sons, England, 1998
[al texto]
(NOTA 7) SANDIN, Máximo. Ibid.
[al texto]
(NOTA 8) PRIGOGINE, Ilya, ¡Tan solo una ilusión!,  Tusquets editores, Barcelona, cuarta edición, 1997.
[al texto]
(NOTA 9) G. Nicolis, Ilya Prigogine. Self-organization in Non-equilibrium Systems. John Wiley Interscience, 1977
[al texto]
(NOTA 10) CAPRA, Fritjof. THE WEB OF LIFE. Capítulo 8. Anchor Books, Nueva York,1996
[al texto]
(NOTA 11) KAUFFMAN, A. Stuart. The origins of order (self-organization and selection in evolution). Oxford University Press. New York. 1993
[al texto]
(NOTA 12) LAUGHLIN, Robert B. A different universe (Reinventing Physics from the Bottom Down), Basic Books, Cambridge, 2005
[al texto]
(NOTA 13) STEWART, Ian. ¿Juega Dios a los dados? La nueva matemática del caos. Drakontos-Crítica. Barcelona, 2001
[al texto]