ÍNDICEQUIÉNES SOMOSESCRÍBENOSTHIS PAGE IN ENGLISH
NO-EQUILIBRIOIRREVERSIBILIDADDE LARVA A MARIPOSA

¿MUEREN LAS ORUGAS DURANTE LA METAMORFOSIS?

LA ABIOGÉNESIS ES UN PROCESO IRREVERSIBLE

LOS SERES VIVOS Y LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA

ERGODICIDADCAOS Y MUERTEDEFINICIÓN DE MUERTE¿QUÉ ES LA VIDA?

TÉRMINOS Y ENUNCIADOS:   Entropía   Equilibrio Térmico   Estado Estable

PARA CITAR ESTE ARTÍCULO:

Nahle, N. S. (2007).  Irreversibilidad.  Biology Cabinet Organization. San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México. Acceso: (día, mes, año) de http://biocab.org/Irreversibilidad.html.

Publicación: 10 de Noviembre de 2003Actualización: 6 de febrero de 2009
IRREVERSIBILIDAD
Por Biól. Nasif Nahle
Council Leadership/Researcher Biology Cabinet Org., New Braunfels, Tx.

No existen sistemas aislados en el universo, excepto quizás el universo en sí. Un sistema aislado es un sistema que no mantiene una relación con el ambiente ni con el resto de los sistemas que le rodean, por lo tanto no intercambia energía y materia con el ambiente. Los sistemas aislados son idealizados en modelos matemáticos, pero no han sido observados en la naturaleza.

Los seres vivientes no son sistemas aislados ni cerrados, pues realizan intercambios de energía con el ambiente. Sin embargo, muchas veces tenemos que aislar imaginariamente a un sistema viviente para comprender algunos procesos bióticos, aunque estamos concientes de que solo lo estamos imaginando.

De igual manera, en la naturaleza viviente no existen procesos adiabáticos, esto es, procesos térmicos en los que no exista una transferencia de calor; sin embargo, para poder comprender algunos procesos biológicos -como la Fuerza Motriz Protónica realizada por una molécula de ATP Sintetasa- tenemos que considerar al proceso estudiado como un proceso adiabático, y al sistema en sí como un sistema aislado y cerrado, esto es, que no intercambia energía y materia con los demás sistemas que lo rodean.

Los organismos vivientes no violan la segunda ley de la termodinámica, pues es evidente que su estado de no-equilibrio térmico es menor que el no-equilibrio térmico del ambiente que les rodea. Si no fuese así, los seres vivientes simplemente no podrían obtener energía desde el ambiente circundante. Para que un organismo se mantenga en un estado de no-equilibrio, ese organismo debe aumentar el estado de equilibrio en el universo. Ésto quiere decir que si los organismos se mantienen en un estado de no-equilibrio o entropía estable, deben adquirir no-equilibrio térmico desde un sistema que se encuentre en un estado de mayor no-equilibrio que ellos; en este caso, este sistema en un estado de no-equilibrio térmico mayor que el de los seres vivientes es el universo. Actualmente, el universo presenta un  estado de no-equilibrio térmico mayor que el de todos los sistemas y procesos -considerados individualmente- incluidos en él.

Recuerde que la segunda ley de la termodinámica dice que la energía siempre fluye de un estado de mayor densidad a otro estado de menor densidad , o mayor dispersión o difusión. Por ejemplo, el calor se transfiere de un cuerpo caliente a otro menos caliente. Esto es diferente a considerar que en los sistemas vivientes la difusión de la energía podría ser negativa, cosa que no ocurre con los sistemas químicos o físicos inorgánicos.

A medida que un ser vivo pierde su capacidad para adquirir no-equilibrio desde el universo, ese organismo tiende a aumentar su equilibrio térmico. Si el estado de máximo equilibrio se combina con un estado de máxima estabilidad, ello significa la muerte del biosistema. La muerte del biosistema obedece a la ley termodinámica que dice que en todos los sistemas termodinámicos la energía tiende a difundirse o dispersarse espontáneamente hacia un número mayor de microestados disponibles (entropía).

Decimos que la vida es un proceso irreversible. Si los organismos vivientes fuesen sistemas cerrados, capaces de violar la segunda ley de la termodinámica, entonces no morirían, pero ésto no ocurre en el mundo real. Por ejemplo, si encerramos a un ratón en una caja, completamente aislada de cualquier influencia externa, ese ratón moriría, o sea que terminaría en un estado de máximo equilibrio.

Ahora, toda la explicación anterior nos servirá para comprender la irreversibilidad de los procesos que ocurren espontánea o no espontáneamente en el Universo conocido.

En biología, irreversibilidad se refiere a la imposibilidad de invertir una inhibición provisional de un proceso metabólico, porque no podemos reconstruir todos los intervalos o trayectorias del proceso. Inversamente entonces, reversibilidad es la capacidad de un biosistema para invertir una inhibición y o la obstrucción de cualquier trayectoria metabólica.

La anterior definición es válida en mecánica cuántica y es una descripción práctica de la Irreversibilidad porque se basa en nuestro conocimiento acerca de la naturaleza.

La razón por la que nosotros no podemos trazar todas las trayectorias de un proceso natural es nuestra ignorancia acerca de esas trayectorias. En consecuencia, los biólogos consideramos que muchos fenómenos bióticos contienen cierta información irreversible, o sea que en la mayoría de los procesos biológicos no se puede revertir un proceso sin causar un daño o una alteración importante en el sistema. Por ejemplo, nosotros no podemos trazar todas las circunstancias evolutivas que causaron el desarrollo de la inteligencia en los animales; entonces decimos que la evolución de la inteligencia es un proceso irreversible. No podemos causar que la Fuerza Motriz Protónica se restaure en una biomembrana en la cual se ha perdido la función porque a medida que conocemos un poco más de ella, surgen circunstancias desconocidas extras alrededor del proceso, de tal manera que siempre generamos alteraciones en las trayectorias de la función.

Si fuésemos capaces de revertir todos los procesos biológicos, entonces toda la biología se explicaría inmediatamente y los especialistas en todos los campos de la Biología estarían sin empleo; ésos serían tiempos en los cuales la Biología sería tan sencilla que no se necesitarían más maestros ni investigadores, además de que podríamos revertir el envejecimiento y quizás la muerte.

La irreversibilidad existe en todos los procesos y eventos en la naturaleza. Cuando en biología hablamos de reversibilidad, nos referimos a un sistema o proceso aislado del cual podemos trazar toda la línea matemática, esto es, la expresión formalizada de un sistema o proceso (separé los términos "sistema" y "proceso” únicamente para una mejor comprensión; sin embargo, un proceso es un sistema expresado como una serie de acciones, modificaciones o eventos en referencia a un efecto).

Si destrozamos un jarrón antiguo hasta fragmentarlo, jamás podremos recrear el proceso de ruptura para devolver al jarrón a su estado inicial. Aún si usamos pegamento e influimos directamente en los fragmentos del jarrón para agruparlos, jamás obtendremos todos los estados físicos del proceso de ruptura (de la que me hubiera salvado cuando rompí la vajilla española de porcelana de mi madre). Existen procesos biológicos autónomos reversibles en la naturaleza, por ejemplo la activación/desactivación del centro hipotalámico del hambre y de la saciedad.

La irreversibilidad de los eventos universales se aplica de igual forma a los organismos. Ésto es posible gracias a la teoría reduccionista, la cual nos permite aplicar las leyes físicas universales a sistemas singulares.

Un ser vivo es un sistema en no equilibrio térmico. Su inequilibrio es obtenido desde el entorno, el cual posee un mayor grado de no equilibrio térmico en comparación con el del ser vivo. Conforme el ser vivo pierde su capacidad para mantener su estado de no equilibrio adquiriendo energía desde el entorno, comienza a adquirir equilibrio; es decir, comienza a morir. Una vez que sus moléculas pierden totalmente su capacidad para controlar la transferencia de energía, el ser vivo se equilibra, o sea, muere.

La vida se presenta estrechamente ligada al estado de no-equilibrio del sistema que la exhibe. La muerte representa el grado máximo de equilibrio del sistema que alguna vez permaneció en un campo biótico.

Dado que el equilibrio de los sistemas no se invierte, o sea que un sistema en equilibrio no puede volver al estado de  no-equilibrio inicial, los organismos que han muerto (sistemas en equilibrio) no pueden retornar al estado inicial de no-equilibrio que los caracterizó como seres vivientes. En pocas palabras, los muertos no vuelven.

Todos los sistemas en el Universo conocido, inclusive los biosistemas, tienden al equilibrio. Cuando la integridad estructural de un ser vivo es alterada substancialmente, ocurre su muerte; virtualmente, la muerte es el límite máximo en la medida del equilibrio de un biosistema.

Recordemos que la estabilidad implica el cese de los intercambios de energía entre un sistema y el Universo. Después de muerto, el ser vivo aún realiza intercambios de energía con el Universo, por lo que es inestable aún, pero no existe un torque que impulse al sistema a establecer una dilación en la trayectoria ordinaria del flujo de la entropía, como lo haría un ser que aún vive. Por esa razón consideramos que los seres que mueren están en un estado de máximo equilibrio.

Por otro lado, el metabolismo es un conjunto de mecanismos que pertenecen a sistemas que se mueven en el campo biotérmico; sin embargo, el metabolismo no es la vida, sino un conjunto de procesos biotérmicos realizados por los biosistemas para mantener su posición en el campo biotérmico (plano de la vida, etc.).

Por ejemplo, a diferencia de las plantas, una piedra no fotosintetiza. Un diamante (a pesar de su estructura altamente compleja) no fermenta, no pudre, no respira, etc. como lo hacen los biosistemas.

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DE LARVA A MARIPOSA

Irreversibilidad se entiende como el desconocimiento de leyes naturales que regulen a los procesos microscópicos y que, en un punto específico temporal, pudieran originar una regresión en la trayectoria normal del tiempo; es decir, aquellos procesos que no se pueden trazar hacia atrás sin que inevitablemente generen procesos  irreversibles adjuntos que pudieran alterar al sistema.

La interpretación del término irreversibilidad ha promovido conflictos erróneos en las academias de Física, sobre todo porque algunos tratadistas erróneamente han considerado a la irreversibilidad como un principio subjetivo.

Por ejemplo, una oruga que se transforma en mariposa adulta. La oruga es un sistema muy organizado que come, se mueve, respira, y crece por ella misma. Las orugas pueden hacer todas estas funciones, excepto reproducirse. Las orugas pueden sufrir una conversión a biosistemas más avanzados que además poseen órganos dedicados a la reproducción. El proceso de la transformación de oruga a mariposa se conoce como metamorfosis. A través de la anamorfosis, todos los órganos y tejidos de la oruga se disuelven en células separadas, las cuales, gracias a substancias como transductores, inhibidores y promotores, se reorganizan en forma determinada para desarrollar diversos tejidos nuevos y sistemas.

¿Ha visto usted las diferencias entre una oruga y una mariposa?

  • Las orugas no vuelan, pues no poseen alas como los individuos adultos.
  • Las orugas tienen patas vestigiales, mientras que las mariposas tienen seis patas bien desarrolladas con tres articulaciones cada una.
  • Las orugas tienen un aparato bucal cortador- masticador, mientras que las mariposas tienen una probóscide útil para beber el néctar de las flores.
  • No me gustan las orugas (niños de las mariposas), mientras que las mariposas me gustan mucho.
  • Entre las orugas (niños de las mariposas adultas) hay especies peligrosas, mientras que entre las mariposas adultas sólo hay belleza, delicadeza, gracia, elegancia y unas pocas especies tóxicas.

Pensamiento Ambientalista: los Humanos prestan atención a las mariposas, pero no cuidan de los niños-mariposa; más allá de matarlos… es injusto.

¿Ha tomado en cuenta alguna vez que esas desagradables orugas algún día se transformarán en las criaturas más hermosas de la Tierra?

En cuanto a la Irreversibilidad, si la transformación de una oruga en una mariposa fuese reversible, tendríamos qué explicar cómo, en un período de tiempo más largo que la edad del universo, las partículas subatómicas se reunirían para recrearlo con moléculas que luego formarían células, tejidos, órganos y sistemas, que se reacomodarían para formar a la mariposa, la cual resucitaría para invertir el proceso de metamorfosis. Luego, ella entraría en la crisálida en donde ella se disolvería en células indiferenciadas para organizarse otra vez en una oruga. Luego, la oruga se empequeñecería hasta que fuera empujada dentro del huevo; entonces el huevo desaparecería hasta obtener dos gametos separados, un óvulo y un espermatozoide. Luego, esos gametos se degradarían en gametocitos, y, finalmente, estos gametocitos se desintegrarían en compuestos orgánicos, los cuales serían reintegrados a las plantas que habían sido comidas por las orugas de las abuelas-mariposa. Esos compuestos orgánicos serían desintegrados a través de una fotosíntesis invertida, en la cual la energía química se transformaría en luz, que sería reintegrada al sol, el cual… ya me cansé… ¿Podríamos continuar con esta cadena el día después de mañana?

Esta explicación imaginaria de las trayectorias de la metamorfosis de oruga a mariposa adulta no revela absolutamente nada acerca de las condiciones iniciales microscópicas que engendraron dicho fenómeno biológico.Sin embargo, si intervenimos como agentes externos en cualquiera de las etapas del proceso, estaremos dañando o alterando al sistema completo. Por ejemplo, supongamos que al estar la oruga en estado de pupa horadamos la cubierta quitinosa de la misma, la oruga dentro morirá y el proceso de la metamorfosis se detendrá.

Esto es Irreversibilidad biológica. Lo que observamos en el macrocosmos pudiera obedecer a leyes que gobiernan al microcosmos. No hay Fuerzas Especiales que muevan a nuestro Universo ni sistemas aislados. No hay subjetivismo en la reversibilidad.

¿Qué acontecería si hubiera ocurrido una modificación en esas condiciones iniciales? Simplemente, la oruga no hubiera sobrevivido. Sin embargo, esto no obedecería a una ley especial del caos, sino a nuestros límites con respecto al conocimiento de las leyes que rigen en niveles microscópicos. Cuando nosotros tengamos un conocimiento completo de esas leyes, entonces seremos capaces de evitar tales complicaciones. Las leyes están ahí, aunque nosotros todavía no conceptuemos y formulemos esas leyes.

No hay procesos reversibles ni indeterminados en Biología. Todos los procesos biológicos son progresiones deterministas e irreversibles. Lo que ocurre es que nuestro conocimiento es limitado. Ello es atribuible a nuestra incapacidad y no a la ausencia de leyes que gobiernen a los sistemas microscópicos, las cuales posiblemente son las mismas leyes que gobiernan en todos los sistemas macroscópicos.

También, es claro que la evolución de la vida es una progresión irreversible. Ha tomado muchas trayectorias evidentes y ninguna de estas trayectorias es caótica, aunque sean imprevisibles porque nosotros no conocemos por completo las condiciones iniciales ni las trayectorias, las causas de muerte ni el potencial reproductivo de todos los antepasados de los seres vivientes. Las estrategias evolutivas son determinadas por cuatro fuerzas principales de la naturaleza que son el tiempo, el flujo genético, la variación genética y la selección natural.


LAS ORUGAS NO MUEREN EN NINGUNA ETAPA DEL BIOPROCESO DE LA METAMORFOSIS. Todos los seres que mueren permanecen sin vida para siempre. Cuando un biosistema muere, las estructuras que mantuvieron el estado de vida se desintegrarán y nunca se reintegrarán para formar al mismo individuo. Lo que ha muerto no puede engendrar ni recuperar el estado cuántico de la vida. Un biosistema es cualquier ser viviente o cualquier proceso biológico llevado a cabo por un ser viviente. La ausencia de procesos biológicos no significa ausencia de vida. La vida es un estado cuántico de la biomateria, así que cuando un biosistema agota completamente su estado cuántico de vida, ese biosistema nunca podrá recuperarlo. Ésto es una ley biológica que se aplica a TODOS los seres vivientes en nuestro Universo, desde los archaea hasta las ballenas (así como también a los humanos y a las hasta ahora ahora desconocidas formas de vida extraterrestres ¿De acuerdo?). No puede existir una sola forma viviente que sea eterna en este Universo.

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EL ORIGEN DE LA VIDA ES UN PROCESO IRREVERSIBLE

Abiogénesis significa origen inorgánico de los organismos. Ésto se refiere básicamente a que los seres vivientes tuvieron un inicio mediante procesos de tipo inorgánico, en los cuales nada tuvo qué ver la permanencia de los seres vivos en forma perpetua, sin un origen definido en el espacio-tiempo.

Actualmente vemos a las especies manifestándose en alguna etapa del proceso de su evolución. Recurrimos a la evidencia disponible para deducir el camino evolutivo que siguieron estos organismos, desde un ancestro primigenio, hasta llegar al estado actual.

Sin embargo, a pesar de conocer algunas etapas del proceso, no podemos reproducir el proceso en nuestros laboratorios. Ésto no quiere decir que estemos equivocados en cuanto a nuestro conocimiento actual sobre el proceso inorgánico que dio lugar al primer organismo viviente, sino que desconocemos la totalidad del proceso microscópico que tuvo lugar hace más de 3800 millones de años. El proceso de síntesis inorgánica de los seres vivientes es irreversible. Esto podemos constatarlo en la aparente ausencia de vida en otros cuerpos celestes del sistema solar. Alguna pequeña alteración o algún proceso que no se realizó en la forma adecuada impidió que los seres vivientes se sintetizaran en esos cuerpos del sistema solar. En la Tierra ocurrieron todos los factores en el orden adecuado y por ello en la Tierra surgieron los seres vivientes. Si alguno de esos factores hubiese faltado o si su secuencia hubiese cambiado la vida no hubiese aparecido en nuestro planeta. Es probable que muchos de nuestros intentos por crear seres vivientes en el laboratorio posean todos los factores necesarios para crearlos, pero una sola secuencia del proceso invertida o ausente será suficiente para que el resultado no sea un ser viviente.

El proceso de evolución molecular que hizo surgir al primer protobionte, es irreversible. Si fuese reversible, sería suficiente con trazar en reversa la evolución de cualquier especie hacia los estados iniciales de su evolución para conocer el proceso completo. Es evidente que aunque alcanzáramos a conocer tal progresión en reversa, todos los organismos viviendo en el momento que comenzara el retroceso serían promovidos en la reversión hasta el origen del primer protobionte, o quizás hasta el origen de la primera molécula, o quizás hasta el estado inicial del Universo.

Ahora pues, podríamos pensar que la vida es una quinta fuerza separada de la Unidad original previa a la inflación. Sin embargo, no existe tal fuerza biótica. La vida no es una fuerza ni una clase de energía, sino un estado cuántico de la energía, que es evidentemente una función de las propiedades de cualquier célula viva. El fracaso de los Biólogos para definir la vida siempre ha sido motivado por la Irreversibilidad del estado de la energía en los procesos bióticos y por la razón de que nosotros siempre hemos encasillado a la vida como un enigma indescubrible y excepcional, una "entidad" mística, una "cosa" venida de los reinos celestiales, etc. SIN EMBARGO, LA VIDA NO ES UNA "COSA", sino el estado de una función de las propiedades de los seres vivientes.

Concluyendo, la vida ocurrió una vez en nuestro Sistema Solar, pero nosotros no podemos trazar las condiciones y las trayectorias completas que ocasionaron la emergencia de los seres vivientes hasta el preciso momento en que ellos surgieron. Todo lo que podemos hacer es presentar y sugerir hipótesis basadas en evidencias concretas actuales. El Universo sigue una trayectoria aparente de expansión acelerada, lo cual haría imposible que aconteciera algún proceso reversible, inclusive la Abiogénesis (significa " síntesis inorgánica del primer ser viviente").

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LOS SERES VIVIENTES Y LA 2a. LEY DE LA TERMODINÁMICA

Entropía es la medida del número de microestados de un sistema. A mayor número de microestados disponibles para un sistema dado, mayor será la entropía.

La entropía está sujeta a una trayectoria específica de transferencia de la energía, la cual siempre ocurre de un estado concentrado hacia otro estado difuso o disperso. Se dice que la entropía es la flecha del tiempo. La entropía global del Universo avanza con el tiempo, jamás retrocede, es decir, no es posible que la entropía local o global decrezca.

Debemos ser enfáticos en el hecho de que la entropía física real, la observable, no tiene qué ver con el orden, la organización o la complejidad de un sistema, sino con la transferencia de energía de un sistema a otro, la cual siempre ocurrirá desde un estado de mayor concentración hacia otro de menor concentración.

Por ejemplo, al preparar una gelatina comestible usamos agua caliente para disolver el polvo formulado. Cuando el polvo de gelatina se disuelve en el agua caliente, sus moléculas se dispersan aleatoriamente en el volumen del agua caliente. El sistema constituido por el polvo de la gelatina pasó de un estado de energía potencial concentrada a otro de energía movible menos concentrada (el flujo siempre será desde un estado de mayor a menor). Sin embargo, dado que la dispersión de la energía del sistema gelatina áumentó, ésto podría hacernos pensar que el agua perdió entropía, pero no ocurre así, pues la energía cinética del agua fue transferida a las moléculas de gelatina. La entropía no puede destruirse. Cuando la gelatina se enfría, el excedente del calor se transfiere al medio ambiente y la gelatina sufre una transición de fase al solidificarse. Al reordenar sus moléculas por la solidificación, la gelatina gana energía potencial y pierde energía movible, la cual fue transferida al ambiente. De esta manera, no hay déficit ni en la entropía global del Universo, ni en la entropía local del sistema ni violación de la segunda ley de la termodinámica.

La contraparte del equilibrio térmico de un sistema es el no-equilibrio térmico, que es cuando un sistema experimenta una diferencia entre la energía obtenida y la dispersada desde y hacia el Universo, respectivamente. Por ejemplo, un ser vivo se encuentra en no-equilibrio térmico, pues realiza intercambios activos de energía con el Universo, existiendo una diferencia en el estado de energía a favor del individuo, siempre y cuando ese sistema esté vivo y que el entorno se encuentre en un estado de mayor no-equilibrio térmico (que exista suficiente energía disponible).

Cuando el sistema está en equilibrio térmico con el ambiente, el intercambio de energía de ése sistema con el Universo estará oscilando entre un mínimo y un máximo, adquiriendo un mayor número de microestados disponibles para la dispersión o difusión de su energía interna, hasta que el sistema se desintegre. Cuando un ser vivo muere, se dice que alcanza el equilibrio térmico.

La estabilidad se refiere a una constante en los intercambios de energía entre un sistema y el Universo, o del Universo con el falso vacío que lo rodea. Por ejemplo, un sistema viviente es estable en cuanto al intercambio de energía con el ambiente que le rodea. En cambio, un sistema no viviente no es estable, dado que por cada intercambio de energía con el ambiente que le envuelve ocurre un incremento en el número de microestados posibles para la dispersión o difusión de su energía interna. En otras palabras, la posición y momentum de su energía local cambia cada vez que el sistema realiza un intercambio de energía con el Universo. De cualquier forma, se dice que un sistema inerte bloquea temporalmente el incremento de su entropía local, al igual que los sistemas vivientes, sin embargo, los sistemas inertes lo hacen en forma espontánea, en tanto que los sistemas vivientes lo hacen en forma no-espontánea.

Durante el siglo pasado se manejó la hipótesis de que cuando toda la energía disponible para intercambios hubiera migrado al campo gravitacional, no existiría más energía disponible para realizar intercambios de energía entre los sistemas, de tal forma que todo el Universo estaría en equilibrio térmico y sin cambios. A esta situación, otrora probable, se le llamó Muerte Térmica del Universo; sin embargo, actualmente sabemos que el Universo no es estático, sino que sigue una ruta de expansión acelerada, por lo cual sería altamente improbable que ocurriera el equilíbrio térmico cósmico absoluto.

Se dice que cuando un sistema mantiene un número de microestados posibles constante es estable, pues el déficit de su energía interna sería igual a la cantidad de energía obtenida desde el ambiente.

Con respecto a los seres vivos, muchos autores describen la transferencia de entropía sólo en una dirección, haciendo parecer que los sistemas vivientes violan la segunda ley de la termodinámica. Sin embargo, en los biosistemas no ocurre reducción alguna en su entropía local, sino que la mantienen estable al establecer intervalos que demoran la difusión o dispersión de su energía local hacia un conjunto de más microestados potencialmente posibles.

La Entropía es la ruta del tiempo (flecha del tiempo). Esta ruta se mantiene en una sóla dirección, siempre de menor a mayor. La función de la entropía es directamente proporcional al tiempo: A menor edad del Universo, menor entropía; a mayor edad del Universo, mayor entropía. Nunca puede ser al revés.

Siempre que pensemos en el Universo, debemos pensar que éste es un sistema en no-equilibrio térmico, con alta densidad de energía, no estático (con menor entropía que la de los sistemas que contiene). No obstante, el Universo tiende hacia el equilibrio térmico y hacia la reducción de la densidad de energía total por una tendencia inevitable hacia la homogeneización de esa energía.

Con respecto al no-equilibrio térmico de los sistemas, ocurre exactamente lo mismo, el no-equilibrio térmico se transfiere desde Cosmos hacia el biosistema, o sea, de un sistema  en un estado de no-equilibrio térmico hacia otro sistema en un estado de equilibrio térmico. Siempre de mayor a menor.

Ahora debo aclarar que el equilibrio químico es otra cosa. El equilibrio químico se alcanza cuando una reacción química puede realizarse en ambos sentidos; por ejemplo A + B  ↔ C y la cantidad de átomos de los reactivos es igual a la cantidad de átomos de los productos. En esta reacción, considerada en apariencia como un proceso reversible, pueden ocurrir dos procesos termodinámicos, la espontaneidad o la autonomía de la reacción. Para determinar si es uno u otro proceso recurrimos a las ecuaciones de Gibbs. Dije "en apariencia como un proceso reversible" porque sería cierto solamente si aislamos nuestras observaciones a la cantidad de moléculas de ambos, reactivos y productos; sin embargo, si consideramos los microestados del lado izquierdo y del lado derecho de la fórmula, en ambas trayectorias, hacia adelante y hacia atrás, entonces encontraremos que irremediablemente el proceso es un proceso termodinámico irreversible. ¿Por qué? Porque los microestados después de la reversión de la ecuación no serían exactamente los mismos microestados que podríamos encontrar en la ecuación antes de que se invierta. Además, para hacer que el proceso se invierta, tenemos que introducir una fuerza externa (podría ser energía de la activación, enzimas, catalizadores, etc.), lo cual causaría un incremento en el número de los microestados disponibles hacia donde la energía pudiera ser dispersada. Así pues, toda clase de procesos tenderá espontáneamente hacia el aumento de la entropía local de los sistemas termodinámicos donde ocurren esos procesos. Cuando un sistema termodinámico es capaz de demorar la dispersión de la energía hacia un mayor número de microestados disponibles, no significa que la entropía de ese sistema termodinámico esté disminuyendo, sino que ese sistema termodinámico está demorando la dispersión de su energía (el aumento en su entropía local) dependiente del aumento en la entropía global, o universal. Cuando el sistema termodinámico demora, no detiene ni revierte, el aumento en su entropía local, hace que la entropía del entorno, y luego la entropía global del Universo, aumente en la misma magnitud en que debería estar aumentando en el sistema termodinámico. Recuerde, la vida implica la demora AUTÓNOMA en el cambio de la entropía local del biosistema; mientras que ser inerte implica la demora ESPONTÁNEA en el cambio de la entropía local de ese sistema inerte.

En un sistema termodinámico viviente existen ambos tipos de procesos. Sin embargo, todos los procesos termodinámicos relacionados con la energía interna del biosistema son procesos autónomos.

Precisamente es esta autonomía lo que distingue a los seres vivientes de los seres inertes. La autonomía del biosistema se debe a un estado específico de la energía cuántica, en el cual la densidad de la energía interna del biosistema es mucho mayor que la de su energía libre. El biosistema hace un “esfuerzo extra” para poder dirigir la energía hacia otro lugar en donde se requiera para la realización de un proceso metabólico o fisiológico. Para ello, el biosistema emplea un proceso que es la caracteriza primordial del estado de la energía cuántica interna llamado campo biótico; me refiero a la Fuerza Motriz Protónica, la cual depende necesariamente de la energía libre del ambiente y de la energía de activación cargada por substancias promotoras (una de esas substancias promotoras es el Factor de Crecimiento).

Esto nos permite distinguir claramente entre el equilibrio químico y el equilibrio térmico. Los seres vivientes pueden estar en equilibrio químico, pero no en equilibrio térmico, pues entonces morirían. Cuando la energía libre del entorno se iguala con la energía libre del biosistema se dice que el sistema alcanza el “equilibrio térmico”, esto es, que los intercambios de energía entre el cosmos y el biosistema cesan o se igualan a cero, entonces el biosistema pierde su autonomía termodinámica y ya no será capaz de controlar el cambio positivo de su entropía local, la cual desde ese momento proseguirá la trayectoria de la entropía global, o sea, con valores siempre positivos.

La Ley de Gibbs incluye a la entropía para determinar la ΔG. La entropía no es un grado Xde desorden molecular, sino el aumento en el número de microestados hacia los cuales la energía interna de un sistema puede difundirse o dispersarse.

La segunda ley de la Termodinámica nos dice que en cualquier proceso de intercambio de una forma de energía a otra forma diferente, la energía siempre se difundirá hacia un número mayor de microestados disponibles. O sea, que la energía libre, o G, siempre tenderá a dispersarse en un mayor número de microestados. Un microestado es la posición y el movimiento de la energía cuántica (acarreada por fotones o por partículas con carga como los electrones y los positrones) en un tiempo dado. Gibbs consideraba que la segunda ley de la termodinámica se refería al movimiento de las moléculas en un segundo "recinto más amplio". Los autores que enseñan la ley de Gibbs han dado un buen ejemplo sobre la segunda ley de la termodinámica. La verdadera entropía no es una percepción contextual sino una dimensión física. El orden y la organización son percepciones relacionadas con la dimensión física de la entropía. ¿Ya lo captó? Puede escribirnos a biologycabinet@hotmail.com

Gibbs considera que el flujo de la entropía puede revertirse. Gibbs dice que la entropía local de un sistema químico disminuye. En un sistema en un estado térmico de no-equilibrio el cambio en la entropía local de todos los sistemas termodinámicos siempre es positivo, es decir, que en los sistemas en estados térmicos de no-equilibrio la entropía nunca disminuye. Algunos sistemas termodinámicos pueden dilatar la dispersión o difusión de su energía hacia más microestados disponibles, o sea, limitando el número de microestados disponibles finales hacia los cuales la energía interna de esos sistemas termodinámicos pueda difundirse. Este “Esfuerzo Extra” que realizan los biosistemas se logra a través de la Fuerza Motriz Protónica, la cual permite que los biosistemas capturen y almacenen energía cinética o energía radiante en forma de energía química potencial. Esto es la verdadera definición de vida.

Mientras que el biosistema se encuentre en un campo con la densidad de energía adecuada, la energía siempre fluirá desde un estado de mayor densidad hacia otro estado de menor densidad de energía. Cuando no exista diferencia entre los valores de densidad de energía de los campos, el sistema global conocido será estable y el piso de la curva del estado de la energía será plano.

Cuando el biosistema muera, el bloqueo de la ruta de la entropía cesará y la trayectoria ordinaria de dispersión o difusión de su energía interna se reestablecerá, y el biosistema alcanzará un incremento en su entropía local.

Por ejemplo, un sistema inerte (no vivo) adquiere energía del Universo, en cambio, un sistema viviente la transfiere al Universo. El sistema inerte tiende a permanecer espontáneamente en un estado de equilibrio térmico: en cambio, el sistema viviente tiende a mantenerse no-espontáneamente en un estado de no-equilibrio térmico. Un sistema inerte no tiene la habilidad de forzar el flujo de energía ordinario, sino que lo adquieren espontáneamente; sin embargo, los sistemas vivientes poseen la habilidad de capturar la energía del Universo en forma autónoma, o no-espontánea, para crecer, reproducirse y evolucionar.

La capacidad de los biosistemas para producir una perturbación cuántica en el flujo ordinario de la entropía se llama vida. La capacidad para generar dicha perturbación depende de la energía disponible en el campo ocupado por los biosistemas y de un estado de menor entropía del Universo. El campo en el cual se encuentran situados los biosistemas se llama campo biótico.

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ERGODICIDAD EN EL MUNDO VIVO

Ergodicidad se refiere a la posibilidad de que un sistema estocástico (sistema que exhibe una condición cuyo orden o trayectoria son impredecibles) adopta una forma restrictiva independiente de las condiciones iniciales.

La Ergodicidad, como el indeterminismo, sólo se aplica a sistemas cerrados hipotéticos, o creados en laboratorios, LOS CUALES NO OCURREN DE MANERA ESPONTÁNEA EN LA NATURALEZA.

Ejemplos artificiales de ergodicidad pudieran ser: Las montañas que se hacen lodo a través de muchisimo tiempo, o un vaso de vidrio que se licúa a temperaturas no altas (inesperadamente) a través de mil años.

Aparentemente, habría muchos sistemas ergódicos en el mundo real; sin embargo, debemos tomar en cuenta que todos los sistemas en la naturaleza son sistemas abiertos dinámicos. Todas las trayectorias de los sistemas podrían ser alteradas en cualquier estado por una o por más variables que previamente no hubiésemos tomado en consideración o, simplemente, por una o más "variables escondidas" que no habíamos determinado previamente.

Por ejemplo, las montañas que no permanecen fijas, se mueven debido a algún fenómeno geológico distinto al que les dió origen. El vidrio que se licúa espontáneamente pudo haber sido sometido a la acción de productos químicos atmosféricos que provocaron la transición de fase. SIEMPRE HAY UNA CAUSA SUBYACENTE. Nada ocurre por la acción de fuerzas que estén más allá del Universo observable (o sobrenaturales).

Lo que observamos en la naturaleza es Determinismo Causalista o científico, el cual nada tiene que ver con la ideología filosófica o con alguna hipótesis matemática. Es una cuestión de sentido común.

La crisis que los científicos hemos venido arrastrando desde 1951 (el año en que nací) se generó por la introducción de conceptos filosóficos a las ciencias naturales.

Algunos académicos deistas (muy religiosos) introdujeron su teleología espuria al cuerpo de la ciencia, como si esas nociones fueran hechos observables verdaderos tomados de una observación escrupulosa de los fenómenos Universales.

Si usted revisa el cuento profundamente, usted verá que el problema no depende de la observación de los fenómenos del mundo real, sino de líneas de pensamiento abstracto o de formulaciones matemáticas. Ésta es la razón por la cual los investigadores experimentalistas están  demostrando sucesiva y exitosamente la falsedad de muchos alegatos ilógicos liberados por esos ideólogos (por ejemplo,  la muerte del gato de Schröedinger).

Sería incongruente de nuestra parte si tuviéramos que buscar la causa de la putrefacción de un plátano en la órbita de Plutón. O sería absurdo si pensamos que la putrefacción del plátano no tuvo una causa factible. Piense que sería si el plátano podrido se convirtiera en un plátano inmaduro como por encanto.

El Universo funciona en forma determinista, tanto micro como macroscópicamente. Si pudiésemos conocer todos los estados iniciales a la vez, veríamos que la irreversibilidad de los procesos microscópicos es inherente a ellos, no al observador. La irreversibilidad de los procesos nada tiene qué ver con nuestra ignorancia o falta de conocimiento, ni con la “falacia de la proyección de la mente”. La irreversibilidad existe en los procesos naturales independientemente de si los conocemos o no, de si los imaginamos o no, de si los podemos modelar en ecuaciones o no.

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CAOS Y MUERTE

El concepto de Caos se refiere a cuando dos sistemas análogos que se originan en dos puntos que poseen muy poco margen de diferencia en las condiciones iniciales, con el paso de un período de un tiempo suficientemente largo, evolucionarán hacia dos estados finales completamente diferentes.

Si no razonamos cuidadosamente esta teoría, podríamos llegar a pensar que las trayectorias no están determinadas por las condiciones iniciales, o sea, que no tienen una causa subyacente. Si pensamos que el caos se debe a nuestra ignorancia acerca de las condiciones iniciales, caemos en el truco metafísico de negar la predictibilidad de ambos procesos. Sin embargo, gracias a la Mecánica Cuántica podemos conocer los estados intermedios de ambos procesos y reconocer las fluctuaciones ocurrentes en las trayectorias seguidas por cada sistema, y así, poder predecir con mucha precisión el estado final de cada sistema.

Es común que confundamos el significado de caos y lo relacionemos con un estado de desorden ingobernable y no sometido a las leyes fundamentales del Universo. No, éso no es caos. Caos es cuando dos sistemas que se originaron en estados con las mismas condiciones iniciales adquieren un estado final divergente, ésto es, distinto al que se esperaba para ambos sistemas.

Por ejemplo, dos individuos en una población de camellos nacen dentro de un ambiente propicio para su supervivencia (aparentemente, con las mismas condiciones iniciales). Pasan varios años y finalmente encontramos que los dos camellos son muy diferentes entre ellos, uno es más pequeño que el otro, uno se reprodujo y el otro no, uno está enfermo y el otro no, etc. Ésto no significa que el estado final de ambos camellos haya ocurrido al azar, o que la evolución de ambos camellos no obedezca a causas determinísticas, sino que las variables a las que ambos camellos fueron sometidos durante sus vidas fueron distintas en el transcurso de un tiempo suficientemente largo. A veces, las fluctuaciones en las condiciones iniciales o intermedias de un proceso pueden ser muy pequeñas, casi imperceptibles; pero, pueden ser lo suficientemente poderosas como para provocar grandes alteraciones de los estados finales.

Como ya hemos visto, el Determinismo Científico está estrechamente ligado a la Causalidad Científica y a la Teoría Reduccionista: “Todos los fenómenos naturales tienen una causa y toda causa y fenómeno natural pueden ser explicados desde el punto de vista científico.”

Otra manera de expresar este vínculo, aunque menos sencilla, es:

“Todos los procesos naturales están sujetos a la ruta de la Entropía, cuya trayectoria es unidireccional y DETERMINADA por el Tiempo. La Entropía aumenta a medida que el tiempo aumenta. A menor edad global del Universo, menor era la entropía, a mayor edad del Universo, mayor será la Entropía. Todos los procesos naturales aumentan la entropía del Universo.”

La Entropía global del Universo no puede disminuir ni ser destruida. Sin embargo, algunos sistemas pueden demorar el incremento de su entropía local, provocando un aumento en la entropía total del Universo.

Los seres vivientes (biosistemas) pueden bloquear su entropía local, provocando el incremento de la entropía global del Cosmos.

Todos los sistemas en el Universo, y el propio Universo, irreversiblemente, tienden al Equilibrio Térmico (Ley del Equilibrio Térmico).

Los biosistemas son sistemas sujetos a la Ley del Equilibrio Térmico (Segunda Ley de la Termodinámica), de tal modo que, después de un tiempo DETERMINADO alcanzan un estado de máximo equilibrio térmico con respecto a su entorno. Este Estado de Equilibrio Térmico (EMET) significa muerte del biosistema.

Contrariamente a lo que usted ha aprendido en sus clases de Fisiología, la muerte no es el “cese de toda actividad metabólica en un individuo”, sino la pérdida absoluta de la capacidad que posee un individuo para capturar la energía del Universo y para transferir entropía hacia el Universo. Ésta es la definición sencilla de “muerte”. Una definición más compleja, pero a la vez la más descriptiva es la siguiente:


Muerte es el establecimiento del equilibrio térmico en un biosistema dado que le impide tomar energía del ambiente para transformarla en energía utilizable y aumentar su estado de complejidad estructural (mediante el bloqueo de su entropía local), transferir entropía hacia el Cosmos. Para ser preciso, la muerte es el retorno de la materia viviente a un estado de equilibrio térmico absoluto (un estado de mayor entropía en relación con el Universo).

VALE LA PENA DECIR QUE EL ENVEJECIMIENTO Y LA MUERTE SON PROCESOS BIOLÓGICOS DETERMINÍSTICOS, CAUSALÍSTICOS E IRREVERSIBLES.

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BIBLIOGRAFÍA

Daniela Stock, Andrew G. W. Leslie, John E. Walker. Molecular Architecture of the Rotary Motor in ATP Synthase. Science: 26 November 1999: Vol. 286. No. 5445, pp. 1700 – 1705.

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Glaser, Roland. 2005. Biophysics. Springer-Verlag Heidelberg, Germany.

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