UN POCO DE BIOFÍSICA:

Antes de tratar buscar seres vivientes en otros mundos fuera de la Tierra, los exobiólogos debemos conocer y describir lo que vamos a buscar.

Los conceptos biológicos son de suma importancia para la práctica de la Exobiología; por ejemplo, la definición operacional de vida, ¿Cómo vamos a buscar vida en otros mundos, si no podemos definirla científicamente?

Definición Científica Operacional de Vida:

Desde el enfoque de la Biofísica, vida es un estado de la energía en algunos sistemas cuasi-estables que determina una serie de intervalos que demoran la dispersión espontánea de la energía interna de esos sistemas hacia más microestados potenciales.

Es preciso que nos detengamos un poco para explicar rápidamente algunos términos contenidos en la definición de vida:

Definición operacional es una descripción de una variable, un término, o un objeto en términos del proceso específico o del conjunto de pruebas de validación usado para determinar su presencia y cantidad. Las propiedades descritas de esta manera deben ser públicamente accesibles para que las personas distintas a la persona que definió el concepto puedan medir o puedan probarlo independientemente a voluntad, para ellos mismos.

Una definición operacional se diseña generalmente para modelar una definición conceptual, es decir, usando palabras y conceptos para describir una variable.

Espacio fásico es el espacio en el cual se representan todos los estados posibles de un sistema. El espacio fásico se forma por las posiciones generalizadas y sus momentos conjugados correspondientes.

Momento conjugado es la derivada de la diferencia entre la energía cinética y la energía potencial con respecto a una coordenada integral.

Demora no es lo mismo que reversión. Muchos autores dicen que la vida consiste en revertir o contraponer la segunda ley de la termodinámica, lo cual no es verdadero. La ley referida se refiere a que la energía siempre fluye desde un espacio o sistema con alta densidad de energía hacia otro espacio o sistema con una densidad de energía menor, y esto es precisamente lo que ocurre en la vida. El Universo posee una densidad de energía mayor que la de los biosistemas. Si fuese de otra forma, la vida no sería posible.

La confusión se originó cuando se subordinaron las propiedades asociadas con la entropía como alternativas para explicar el principio térmico; por ejemplo, el orden, la complejidad, etc. Sin embargo, para adquirir orden o para ser complejo, el biosistema debe transferir desorden hacia el Universo y tomar complejidad desde el Universo. Visto de esta manera, no existe violación alguna al principio de la termodinámica, toda vez que los biosistemas son más desordenados que el Universo y su desorden fluye desde el sistema más desordenado (los biosistemas) hacia el menos desordenado (el Universo). El mayor orden del Universo -como un todo- en contraste con cualquiera de sus partes, es especificado en la teoría de los campos de densidad de energía de Higgs.

Dado que la vida implica un estado de la energía, es preciso que sepamos qué es la energía. Energía es la capacidad para hacer trabajo, o sea, una función de las propiedades cuantificables de un sistema proporcionado.

Otro término usado en la conceptuación de vida, de suma importancia para su formulación, es el de la Energía Cuántica. El término se refiere a la suma de la energía cinética y la energía potencial en una partícula, que puede ser fermión o bosón.

La Energía Cuántica (para ser preciso, la energía contenida por una partícula o cuanto) es proporcional a la frecuencia de la radiación electromagnética a la que esa partícula de energía corresponde.

La fórmula para obtener el valor de la Energía Cuántica es E = h f, donde E es la energía cuántica del fotón, h es la constante de Planck (6.626 X 10e-34 J.s) y f es la frecuencia de vibración de la energía radiante.

En la definición operacional de vida usé el concepto de energía interna: Energía interna de un sistema es la energía asociada al movimiento de las moléculas en un sistema termodinámico, es decir, la energía subordinada a la temperatura de tal sistema. En una transferencia de energía, la energía interna de un biosistema es la que ya ha traspasado los límites, reales o imaginarios, hacia el interior de dicho sistema. Por ejemplo, un bionte multicelular posee una cubierta externa protectora que lo aísla parcialmente del entorno.  Cada célula de un bionte multicelular posee una membrana o una pared que se constituyen como sus límites reales. Dentro de cada célula existen organelos, como las mitocondrias, los cloroplastos, etc., que poseen membranas como límites reales. Etc.

En la definición de energía interna evité mencionar las palabras “desordenadamente”, “azar” y “caos” en relación con el movimiento molecular porque los movimientos a nivel mesoscópico los movimientos están sujetos a las leyes fundamentales microscópicas que pueden trazarse formalmente por ser nociones matemáticas de fenómenos naturales; por lo tanto, los movimientos moleculares no son caóticos, desordenados o al azar. Una pequeña variación en las condiciones iniciales puede producir un cambio en el desplazamiento de las partículas, ya sea que nosotros percibamos o no esa oscilación microscópica o la ley que la gobierna.

Lo que denominamos Estado Cuántico consiste en la posición, movimiento y densidad de la energía que sigue una trayectoria de onda en cantidades mínimas o cuantos. En este caso, nos referimos a las partículas, como los fermiones y los bosones, que establecen la función de distribución de la energía en los intervalos de retardo en la transferencia espontánea de la misma.

Los fermiones son partículas que tienen momento angular intrínseco que, medido en unidades de ћ [spin], es igual a un número impar de semi-enteros (1/2, 3/2, etc.) y que por lo tanto obedecen al Principio de Exclusión de Pauli. Los fermiones no pueden coexistir en una misma posición. Todas las partículas que constituyen a la materia son fermiones; por ejemplo, electrones, quarks, leptones, protones, neutrones, etc.

Por otra parte, los bosones son partículas cuyo momento angular siempre es un número entero (0, 1, 2, 3, etc.), por lo que no obedecen al Principio de Exclusión de Pauli y pueden coexistir en la misma posición. Por ejemplo, fotones, gluones, partículas ω- y ω+, gravitones, etc.

Momento Angular Spin se refiere a la presencia de momento angular en una partícula elemental cuantizada y no a su movimiento rotatorio. La magnitud del spin de una partícula cuantizada se obtiene por la relación,

L = ћ √ s (s + 1)

En donde ћ es Constante de Planck Reducida [ћ = h/2π = 1.054572 x 10-27 g-cm2/s] y s es una integral o una media-integral no negativa.
h = 6.6260693 x 10-34 J.s
π = 3.1415926535897932384626433832795

Densidad de energía es la cantidad de energía almacenada en un sistema dado, o en una región espacial, por unidad de masa o de volumen. Por ejemplo, el Hidrógeno líquido posee una densidad de energía de 120 Mega-Joules por kilogramo. La glucosa posee 17 Mega-Joules por kilogramo, etc.

Proceso espontáneo es aquél en el cual la energía siempre se dispersa hacia más microestados potenciales. Por ello, cuando hablamos de vida, nos referimos a un estado no-espontáneo. Para que ocurra un proceso espontáneo no se requiere la agregación de energía del entorno, sino de la transferencia de energía hacia el entorno (proceso exergónico). En cambio, en la vida los procesos son endergónicos, o sea, no-espontáneos.

En la definición de vida también introduje el concepto de intervalo. Un intervalo es un subconjunto de estados situado entre un estado inicial y un estado final.

Por último, el estado cuántico de la energía en un sistema biótico se establece mediante el flujo de fermiones y bosones que poseen una densidad de energía cuasi-estable durante la transferencia y almacenamiento de la energía considerada durante períodos limitados de tiempo. Por ejemplo, en el proceso de Biotransferencia Térmica Transcuántica de la fotosíntesis estudiamos las posiciones, la densidad y los movimientos de la energía interna de un bosón (fotón) y de los fermiones (electrones y protones) implicados en las transferencias consecutivas de la energía liberada por ese bosón. En la Biotransferencia Térmica Transcuántica de la fermentación estudiamos la densidad y los movimientos de la energía interna de los fermiones. Etc.

Cuando estudiamos partículas que constituyen a la materia, solo podemos estudiar un tipo de partícula, posición o movimiento dado a la vez. De igual manera, al estudiar las funciones durante la transferencia y almacenamiento de la energía solo podemos estudiar una función a la vez. Cuando completamos el estudio de cada partícula y de cada función, integramos enseguida el conjunto total para formular el proceso completo.

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EXOBIOLOGÍA
Por Biól. Nasif Nahle Sabag
Certificado por Harvard en Investigación Científica ICAM

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