{"id":6979,"date":"2022-10-03T07:55:26","date_gmt":"2022-10-03T05:55:26","guid":{"rendered":"https:\/\/blogs.comillas.edu\/FronterasCTR\/?p=6979"},"modified":"2022-10-03T07:57:26","modified_gmt":"2022-10-03T05:57:26","slug":"fisica-nueva-para-entender-la-vida-en-el-cosmos","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogs.comillas.edu\/FronterasCTR\/?p=6979","title":{"rendered":"F\u00edsica nueva para entender la vida en el Cosmos"},"content":{"rendered":"

[Eduardo Battaner, profesor Em\u00e9rito de la Universidad de Granada \u2014Instituto Carlos I de F\u00edsica Te\u00f3rica y Computacional]<\/strong><\/p>\n

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La materia viva, si bien no elude las \u2018leyes de la f\u00edsica\u2019, tal como est\u00e1n establecidas hasta la fecha, probablemente implica \u2018otras leyes f\u00edsicas\u2019 desconocidas por ahora, las cu\u00e1les, una vez descubiertas, formar\u00e1n una parte tan integral de esta ciencia como las anteriores.<\/em><\/p>\n

Esta frase del gran f\u00edsico Schr\u00f6dinger en su gran libro \u00bfQu\u00e9 es la vida? <\/em>ha estimulado muchos trabajos, y el nuestro en particular. Lo escribi\u00f3 en 1944, pero pensamos que esas \u201cotras leyes de la f\u00edsica desconocidas\u201d siguen estando por encontrar. As\u00ed, el conocido y citad\u00edsimo bioqu\u00edmico Stuart Kauffman dec\u00eda en el 2000 en su libro Investigaciones:<\/em><\/p>\n

\u00bfExiste una cuarta ley de la termodin\u00e1mica aplicable a los sistemas termodin\u00e1micos abiertos autoconstructivos? <\/em><\/p>\n

En el art\u00edculo \u201cAn astrophysical perspective of life. The Growth of Complexity\u201d<\/em>, publicado en la Revista Mexicana de Astronom\u00eda y Astrof\u00edsica, los autores Francisco S\u00e1nchez del Instituto de Astrof\u00edsica de Canarias y yo mismo, proponemos nueva f\u00edsica para un problema viejo de biolog\u00eda como es la vida y su evoluci\u00f3n. Los autores somos astrof\u00edsicos y tratamos el tema de la complejidad en el Cosmos, no limit\u00e1ndonos a la explicaci\u00f3n de la vida terrestre.<\/p>\n

La biolog\u00eda y, en particular la astrobiolog\u00eda, se pregunta c\u00f3mo es posible <\/em>la complejidad de la vida. La participaci\u00f3n de la f\u00edsica ha de centrarse, en cambio, en la pregunta complementaria de si es probable<\/em>. La bioqu\u00edmica ha hecho, y sigue haciendo, admirablemente su labor, pero pensamos que la f\u00edsica no ha hecho la suya. En consecuencia, esta teor\u00eda no pretende una sustituci\u00f3n de la teor\u00eda de la evoluci\u00f3n; pretende a\u00f1adir<\/em>. Y hacerlo desde el punto de vista de la f\u00edsica.<\/p>\n

Y tambi\u00e9n en consecuencia, no pretende decir que el paradigma darwiniano est\u00e9 mal, sino que est\u00e1 incompleto. Claro est\u00e1 que si est\u00e1 incompleto, no es perfecto. Tal paradigma se basa esencialmente en dos pilares: \u00a0mutaciones aleatorias y selecci\u00f3n natural. En el art\u00edculo citado se conserva el segundo pero se modifica el primero. Las mutaciones se deben al azar pero con otra forma de entender el azar.<\/p>\n

Muchos creemos que la perfecci\u00f3n de los seres vivos no se explica s\u00f3lo por el mero azar. Pensemos en el asombroso cerebro humano o pensemos simplemente en la perfecci\u00f3n de la hoja de un \u00e1rbol; no puede ser el fruto del azar tal como lo conocemos. Hay cient\u00edficos que piensan que s\u00ed, que el paradigma darwiniano se basta para explicar el origen y la evoluci\u00f3n de la vida. Los c\u00e1lculos de la probabilidad de la vida dan n\u00fameros baj\u00edsimos. Con estos c\u00e1lculos o sin ellos, los autores de este art\u00edculo son de los que piensan (y no son pocos) que el paradigma actual necesita ser ampliado.<\/p>\n

No se asume en este trabajo ninguna intervenci\u00f3n de tipo de\u00edsta o te\u00edsta, ni contiene ninguna connotaci\u00f3n religiosa. No se acude al llamado principio antr\u00f3pico, ni pretende una interpretaci\u00f3n teleol\u00f3gica. Los autores no desde\u00f1an este tipo de creencias, pero \u00e9stas se excluyen tajantemente en el art\u00edculo, escrito con la consabida asepsia del lenguaje cient\u00edfico.<\/p>\n

La densidad vital y el flujo vital<\/strong><\/h3>\n

Se supone un campo vital<\/em> extendido en todo el espacio del Universo y presente en todo tiempo, fluidiforme, que tiene como variables la densidad vital<\/em> y el flujo vital<\/em>. La definici\u00f3n de estas dos magnitudes f\u00edsicas est\u00e1 expresada mediante dos ecuaciones que, aprovechando la similitud con la mec\u00e1nica de fluidos, se denominan ecuaci\u00f3n de continuidad y ecuaci\u00f3n del flujo vital.<\/p>\n

La primera, la ecuaci\u00f3n de continuidad viene a decir que la integral de la densidad vital<\/em> en todo el espacio es una constante en el tiempo. Eludimos aqu\u00ed todo tipo de formulaci\u00f3n matem\u00e1tica.<\/p>\n

La segunda, la del flujo vital<\/em>, nos dice que \u00e9ste se debe a la contribuci\u00f3n de dos gradientes de tendencias opuestas. Por una parte, el flujo se dirige hacia el interior de un volumen de menor entrop\u00eda espec\u00edfica (entrop\u00eda por unidad de masa o, equivalentemente, entrop\u00eda por bari\u00f3n). Y por otra, el flujo se dirige buscando zonas de menor densidad vital.<\/p>\n

El flujo cesa cuando se alcanzan condiciones estacionarias, en cuyo caso se obtiene que la densidad vital es inversamente proporcional a la entrop\u00eda espec\u00edfica. En un viviente, la entrop\u00eda es extremadamente baja por lo que su densidad vital tiende a ser muy alta. Aunque las condiciones estacionarias se alcanzan muy r\u00e1pidamente, no hay que pensar que densidad vital y entrop\u00eda espec\u00edfica son magnitudes \u00edntimamente relacionadas. Eso s\u00ed, en general, un viviente tiene una distribuci\u00f3n de densidad vital no homog\u00e9nea pero de valores alt\u00edsimos. Podr\u00edamos decir metaf\u00f3ricamente, que los vivientes son como agujeros negros de la densidad vital.<\/p>\n

Cuando el ser vivo se mueve, la ecuaci\u00f3n del flujo hace que la distribuci\u00f3n de densidad vital se desplace con un cierto retraso muy breve de tal forma que las distribuciones de densidad vital y de la inversa de la entrop\u00eda espec\u00edfica tiendan r\u00e1pidamente a coincidir.<\/p>\n

Tambi\u00e9n, debido a la ecuaci\u00f3n de continuidad, los altos valores de entrop\u00eda en el interior del viviente llevan aparejados unos valores inferiores al caracter\u00edsticos de las regiones est\u00e9riles inhabitadas del Universo. Una forma de expresarlo es que el viviente debe conservar su baja entrop\u00eda a pesar de la ingesta de entrop\u00eda asociada a la energ\u00eda qu\u00edmica ingerida y a la generada por procesos internos; por tanto, debe expulsar entrop\u00eda al medio. Un ser vivo no solamente consume grandes cantidades de energ\u00eda para mantener su complejidad, sino que es adem\u00e1s un poderoso eyector de entrop\u00eda al medio, del tipo basura, calentamiento o similares.<\/p>\n

Las ecuaciones muestran que el fluido vital es capaz de soportar ondas de densidad vital que se propagan a la velocidad de la luz o una velocidad muy pr\u00f3xima a ella. En la interpretaci\u00f3n cl\u00e1sica de la dualidad onda-corp\u00fasculo las ondas llevan asociados unos corp\u00fasculos que llamamos vitones. <\/em>Posteriormente veremos que tales vitones pueden jugar un papel importante en la transmisi\u00f3n y difusi\u00f3n de mutaciones.<\/p>\n

Una vez definido qu\u00e9 es<\/em> el campo vital, su densidad, su flujo, y las ondas que soportan, comentemos qu\u00e9 hace. <\/em>Se asume que la acci\u00f3n de la densidad vital sobre las especies es triple.<\/p>\n

La triple acci\u00f3n de la densidad vital: animaci\u00f3n, mutaci\u00f3n, evoluci\u00f3n<\/strong><\/h3>\n

La primera acci\u00f3n es la animaci\u00f3n <\/em>del viviente, dot\u00e1ndole de las propiedades caracter\u00edsticas de los seres vivos, como amar u odiar en el caso del hombre. Parece entonces que la densidad vital ser\u00eda equivalente a lo que muchas religiones llaman alma<\/em>, y as\u00ed es, en efecto, pero el alma que conlleva la densidad vital es diferente, no tiene nada de inmortal y es una magnitud f\u00edsica con su unidad (la inversa a la de la entrop\u00eda espec\u00edfica) y su medida.<\/p>\n

La segunda acci\u00f3n que se atribuye al campo vital es crucial para entender la evoluci\u00f3n. Es capaz de producir otro tipo de mutaciones llamadas mutaciones VID (de Vital Intensity Driven<\/em>) que implican un descenso de entrop\u00eda. Las mutaciones VID conviven con las mutaciones cl\u00e1sicas debidas al azar, aquellas que producen tanto incrementos como decrementos de entrop\u00eda. Su eventual \u00e9xito evolutivo, en ambos casos, est\u00e1 sentenciado por la selecci\u00f3n natural.<\/p>\n

Cuando la informaci\u00f3n del viviente est\u00e1 contenida en el ADN u otro c\u00f3digo molecular equivalente en vivientes extraterrestres, una mutaci\u00f3n supone un salto cu\u00e1ntico no s\u00f3lo de energ\u00eda sino tambi\u00e9n de entrop\u00eda, puesto que se altera la informaci\u00f3n contenida en el c\u00f3digo gen\u00e9tico, dada la relaci\u00f3n existente entre entrop\u00eda e informaci\u00f3n.<\/p>\n

Al salto entr\u00f3pico sucede un salto en la densidad vital y esta perturbaci\u00f3n estimula ondas que se propagan en todas direcciones, disminuyendo su intensidad inversamente proporcional al cuadrado de la distancia o, equivalentemente, se emiten vitones en todas direcciones. Estos vitones llevan la informaci\u00f3n del salto entr\u00f3pico y, al encontrar otro genoma similar pueden inducir en \u00e9l una mutaci\u00f3n, normalmente la misma, o bien otra con la misma disminuci\u00f3n de entrop\u00eda. Esto favorece la transmisi\u00f3n de una mutaci\u00f3n de un individuo para propagarse por toda la especie. Este proceso dota a la transmisi\u00f3n de mutaciones mucha mayor velocidad, siendo esto uno de los puntos de la evoluci\u00f3n m\u00e1s sujetos a controversia.<\/p>\n

Las mutaciones VID podr\u00edamos decir que son semi-azarosas, puesto que hay un n\u00famero indefinido de mutaciones con la ligadura de que conlleven un salto negativo de entrop\u00eda. \u00bfCu\u00e1les son m\u00e1s eficaces? Cuando una nueva especie se encuentra en trance de precisar una mutaci\u00f3n, las cl\u00e1sicas puramente azarosas son dominantes y el paradigma darwiniano da cuenta de los hechos adecuadamente.<\/p>\n

La tercera acci\u00f3n contempla el efecto de las mutaciones VID en la evoluci\u00f3n. Para considerar este efecto se admite como hip\u00f3tesis m\u00e1s simple que la disminuci\u00f3n secular diferencial de entrop\u00eda espec\u00edfica es proporcional a la misma entrop\u00eda espec\u00edfica y al diferencial de tiempo. Esto hace que el decremento sea mucho mayor cuanto mayor sea la complejidad. Entonces, cuando la complejidad es alta, las mutaciones VID pueden pasar a ser dominantes.<\/p>\n

Hay una retroalimentaci\u00f3n. La baja entrop\u00eda crea alta densidad y la alta densidad hace disminuir la entrop\u00eda. Sin embargo, las dos ramas de este ciclo se producen en escalas de tiempo muy diferentes. La atracci\u00f3n de flujo por parte de los individuos de la especie es muy r\u00e1pida, con velocidades pr\u00f3ximas a la velocidad de la luz, mientras que las mutaciones VID (y las mutaciones en general) operan en tiempos caracter\u00edsticos de la evoluci\u00f3n, digamos del orden del mill\u00f3n de a\u00f1os.<\/p>\n

Se llega as\u00ed a una de las conclusiones del art\u00edculo m\u00e1s hermosas y susceptibles de reflexi\u00f3n: la complejidad crea complejidad.<\/em><\/p>\n

La complejidad crea complejidad<\/strong><\/h3>\n

Pero la entrop\u00eda no puede decrecer indefinidamente por ser una magnitud positiva. Se alcanza as\u00ed lo que se llama \u201cespecie de entrop\u00eda cero\u201d. Este concepto es una idealizaci\u00f3n y no debe verse en \u00e9l un final predeterminado. No es un final pues las otras mutaciones est\u00e1ndar y, especialmente, las modificaciones f\u00edsico-qu\u00edmicas ambientales en tiempos geol\u00f3gicos pueden sacar a las especies de tal condici\u00f3n. Es m\u00e1s, podr\u00eda interpretarse que las especies tanto presentes como extinguidas pudieran estar pr\u00f3ximas a esta situaci\u00f3n ideal, lo que explicar\u00eda su perfecci\u00f3n. Pero adem\u00e1s esta situaci\u00f3n no ser\u00eda ni mucho menos \u00fanica puesto que habr\u00eda una diversificaci\u00f3n muy grande de caminos caracterizados por un decremento de entrop\u00eda; y esto en cada paso evolutivo.<\/p>\n

Existe una similitud aprovechable en la interpretaci\u00f3n. Los fotones son producidos por un salto cu\u00e1ntico de energ\u00eda. De igual forma, los vitones est\u00e1n producidos por un salto cu\u00e1ntico de entrop\u00eda. Los fotones tienen una magnitud que los caracteriza: la frecuencia. Los vitones tienen una magnitud que los caracteriza: el salto entr\u00f3pico. Puede sorprender que hablemos de un car\u00e1cter cu\u00e1ntico de una magnitud tan cl\u00e1sica como la entrop\u00eda, pero una mutaci\u00f3n en el ADN es de naturaleza cu\u00e1ntica, supone un salto de informaci\u00f3n y por tanto de un salto entr\u00f3pico.<\/p>\n

Todas estas propiedades parecen referirse o precisar la existencia de un genoma, bien el basado en el c\u00f3digo terrestre o en otro equivalente. Pero la adopci\u00f3n del lenguaje del ADN tuvo que ser uno de los saltos evolutivos m\u00e1s grandes. Sin duda hubo un mundo pre-ADN y se dice que la mol\u00e9cula de ARN pudiera haber jugado su papel. Pero a\u00fan as\u00ed, tuvo que haber una fase pre-ARN. \u00bfpueden extrapolarse estas ideas a la vida elemental primitiva? \u00bfPudo haber pre-zoos? O, en otras palabras: todo esto pudiera tener incidencia en la evoluci\u00f3n de la vida pero, \u00bfpodr\u00eda tener incidencia en la aparici\u00f3n misma de la vida?<\/p>\n

Probablemente s\u00ed. Si tenemos un sistema en equilibrio termodin\u00e1mico, todo sistema en equilibrio sufre fluctuaciones estad\u00edsticas. La entrop\u00eda espec\u00edfica fluctuar\u00eda tambi\u00e9n aleatoriamente y podr\u00eda alcanzar transitoriamente un valor ligeramente menor. A esta seguir\u00eda un aumento peque\u00f1o de densidad vital. Si esta peque\u00f1a transformaci\u00f3n pudiera resistir un tiempo largo en t\u00e9rminos evolutivos, la capacidad de la mayor densidad vital har\u00eda disminuir la entrop\u00eda espec\u00edfica y el ciclo generador de complejidad empezar\u00eda a funcionar. As\u00ed que estas ideas son extrapolables para la explicaci\u00f3n del problema del origen de la vida.<\/p>\n

Bibliograf\u00eda<\/strong><\/p>\n