Por Biól. Nasif Nahle
1 de Septiembre de 2004 (mi cumpleaños). ACTUALIZACIÓN: 8 DE AGOSTO DE 2006

MÉTODOINTRODUCCIÓN¿QUÉ ES LA VIDA?EXPLICACIÓN DE LA DEFINICIÓN

¿CÓMO SE ORIGINÓ LA VIDA?DIFERENCIAS ENTRE SERES VIVIENTES Y SERES INERTES

¿QUÉ NOS HACE ESTAR VIVOS?¿VIVO O NO VIVO? ÉSA ES LA CUESTIÓN

¿SON LOS VIRUS SERES VIVIENTES?FUERZA MOTRIZ PROTÓNICASISTEMAS DISIPATIVOS

REFERENCIAS

PARA CITAR ESTE ARTÍCULO: Nahle, N. (2004). Definición de Vida. Obtenido el (día) de (mes) de (año). De http://www.biocab.org/Definicion-de-Vida.html.

“La teoría cuántica revela un nuevo nivel de realidad, el mundo de la incertidumbre intrínseca, un mundo de posibilidades que está totalmente ausente en la física clásica. Y este mundo extraño de la física cuántica no sólo nos ofrece la explicación más apremiante de fenómenos físicos actualmente conocidos, sino que también es una de las más prolíficas fuentes de tecnologías modernas, proveyendo a la sociedad con una cornucopia de artefactos e instrumentos”. (Drakos & Ross)
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¿QUÉ ES LA VIDA?
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MÉTODO

¿Por qué es tan problemático definir la vida? Ante todo, la vida no es una cosa palpable que se pueda tocar o ver bajo el microscopio. Al ser un estado de la energía, la vida no puede inducirse en un ser inerte. En la actualidad, no podemos transferir una configuración dada de la energía a ningún sistema.

Cuando nace un ser viviente, éste no adquiere vida, sino que hereda la habilidad para construir estructuras que ponen en movimiento ese estado de la energía. Podemos reconocer a las estructuras que sincronizan las configuraciones de la energía de las formas vivientes y podemos medir también el campo formado por el intercambio de partículas móviles cargadas eléctricamente entre el ambiente y los seres vivientes, pero no podemos detectar algo con aspecto físico llamado vida, sino solamente los efectos ejercidos por esa configuración de la energía sobre los biosistemas.

Sabemos hacia donde se mueve la energía, la densidad de esa energía y la clase del movimiento de esa energía, pero no podemos distinguir una estructura molecular o una clase de energía llamada vida. ¿Significa que la vida no existe? No, el único significado de las últimas afirmaciones es que la vida no es una cosa física, sino un grupo o serie de posiciones, densidades y movimientos de la energía.

La vida es un conjunto de microestados de la energía que se asocia con una demora en la dispersión espontánea de esa energía. La energía de los seres vivientes “salta” de un microestado a otro, siendo siempre controlada por ciertos operadores internos del mismo sistema termodinámico. Los Biólogos identificamos a tales operadores internos como enzimas. Esta es la razón por la cual consideramos que la transferencia de energía en los sistemas vivos es una coordinación no-espontánea de varios procesos espontáneos. Cualquier sistema en el Universo que sea capaz de coordinar los microestados de la energía en forma no-espontánea será una ser viviente.

El método hipotético deductivo se maneja de la siguiente manera:

HECHO NATURAL OBSERVADO: Por ejemplo, recibimos energía radiante del Sol.

PROBLEMA  O PREGUNTA: Por ejemplo, ¿cómo se genera la energía que recibimos del Sol?

HIPÓTESIS: Por ejemplo, “puede originarse a partir de reacciones nucleares”.

EXPERIMENTACIÓN: Por ejemplo, dado que no podemos viajar al Sol y detenernos a analizar su composición en forma directa, identificamos por espectroscopia los elementos que forman el Sol.

TEORÍA: Obtenemos un PRINCIPIO a partir de los datos recopilados. O sea, dedujimos a partir de los hechos observados.

Observe usted que no intentamos comprobar si la energía es emitida por el Sol, lo cual es un hecho natural observable, sino la causa de las emisiones de energía. Esto ocurre asimismo con la observación de la vida. La existencia de la vida es un hecho natural observable que no intentamos comprobar experimentalmente. Lo que intentamos conocer es su naturaleza (¿Qué es la vida? ¿Cómo ocurre?), sus características (¿Cómo se obtiene y manipula la energía disponible para la vida?) y su origen (¿Cómo se originó la vida? ¿Qué activó la vida en el primer ser viviente sobre la Tierra?). Intentamos contestar a estas preguntas a través de la EXPERIMENTACIÓN y del MÉTODO HIPOTÉTICO-DEDUCTIVO.

En este caso, tenemos hechos observables; por ejemplo, la fotosíntesis, la respiración celular, la fermentación, la putrefacción, la fuerza motriz protónica bacteriana, etc. Luego pues, la vida se relaciona con un estado térmico en sistemas cuasi-estables determinado no-espontáneamente por un conjunto de movimientos, posiciones y densidades específicas de la energía interna que demoran su difusión espontánea hacia más microestados disponibles.

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INTRODUCCIÓN

Comencemos con algunas definiciones:

Biología es la ciencia que estudia la vida y los sistemas termodinámicos que la experimentan.

Un Sistema termodinámico es cualquier cantidad de materia aislada del ambiente por límites reales.

Un Biosistema es cualquier sistema termodinámico que posee el estado cuántico biótico (vida).

El estado de la energía conocido como vida es la cantidad, posición y momentum en un tiempo dado durante el cual acontece la convergencia de un conjunto de microestados disponibles que restringen la generación de más microestados hacia los cuales la energía pudiera ser dispersada o difundida.

La noción de que los biosistemas se organizan por ellos mismos es errónea porque es la energía instalada en trayectorias particulares lo que organiza a la materia como biosistemas; por lo tanto, la materia no puede organizarse espontáneamente para estar viva.

La materia no puede ordenarse ni puede organizarse por sí misma. Cada cambio en la materia obedece a una posición y movimiento específicos de la energía. Si la energía se alinea de esta manera, la materia se organizará como un átomo de Carbono; si la energía adopta esta otra combinación de posición y movimientos, la materia se organizará como una molécula de carbohidrato (o una molécula de ADN, o un organelo, o un virus, o una célula o un organismo unicelular). Sin embargo, un conjunto estricto de microestados determina que una célula, o un organismo multicelular esté vivo.

Para estar vivo, un sistema termodinámico debe mantener un conjunto de microestados estable, de manera que él pueda demorar la difusión de la energía local hacia más microestados disponibles en el campo gravitacional (hacia donde se dispersa todo el calor producido por las transformaciones de un tipo de energía en otro).

NOTA IMPORTANTE: LA ENTROPÍA NO TIENE QUÉ VER CON ORDEN, ORGANIZACIÓN, CAOS, O FUERZAS IMPULSORAS QUE OBLIGUEN A UN SISTEMA A ADQUIRIR UN COMPORTAMIENTO TÉRMICO DADO. LA ENTROPÍA ES LA MEDIDA DE LA DISPERSIÓN Y DIFUSIÓN DE LA ENERGÍA POR CAMBIOS EN LOS MOVIMIENTOS Y LAS POSICIONES MOLECULARES EN LOS MICROESTADOS. (Para más información, lea: Disorder-A Cracked Crutch for Supporting Entropy Discussions en Inglés).

Todos los seres vivientes conocidos poseemos vida por un tiempo y luego la perdemos. Como si fuésemos pompas de jabón que nacen, generan más burbujas y finalmente se desvanecen en la nada.

Lo más relevante de ello es que la vida no decrece por el tamaño de la criatura. No por ser más pequeño tienes menos vida. Esta es el más gran experimento de que la vida es un estado físico y no el organismo en sí. Una bacteria no está menos viva que una jirafa.

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¿QUÉ ES VIDA?

No existe una definición expresa de vida, sino que a partir de observaciones directas e indirectas del estado térmico de las estructuras vivas, podemos decir lo siguiente: Vida es la dilación en la difusión o dispersión espontánea de la energía interna de las biomoléculas hacia más microestados potenciales.

EXPLICACIÓN BÁSICA DE ALGUNOS TÉRMINOS USADOS EN LA DEFINICIÓN DE VIDA:

1. Demora no es lo mismo que reversión. Muchos autores dicen que la vida consiste en invertir la Segunda Ley de la Termodinámica, lo cual es falso. La segunda ley de la termodinámica se refiere a que la energía siempre fluye desde un sistema o espacio con alta densidad de energía hacia otro sistema o espacio con una densidad de energía menor. Esto es lo que ocurre en la vida. El universo siempre tendrá 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 correlacionadas con la entropía, como el orden y la complejidad; sin embargo, para estar ordenado, o para ser complejo, el biosistema debe transferir desorden hacia el universo y tomar complejidad desde el universo. Entonces, no existe violación o reversión alguna a de la segunda ley, toda vez que el sistema es más desordenado que el universo, y su desorden fluye desde el sistema más desordenado hacia el menos desordenado.

Lo que ocurre en los biosistemas es una demora en la difusión o dispersión de su energía interna; sin embargo, esa energía interna nunca fluye de campos de menor densidad de energía hacia campos de mayor densidad, sino al contrario, obedeciendo a la segunda ley de la termodinámica.

2. Estado se refiere a la posición, movimiento y densidad de la energía transportada por partículas, en este caso, de las partículas que establecen la función de distribución de la energía en intervalos de retardo en un biosistema; por ejemplo, los fermiones y los bosones.

Los fermiones son partículas con un momento angular intrínseco cuya función ћ (spin) es igual a una fracción impar de un entero (1/2, 3/2, 5/2, etc.), razón por la cual los fermiones obedecen al Principio de exclusión de Pauli, es decir, no pueden coexistir en una misma posición. Ejemplos de fermiones son todas las partículas que constituyen a la materia, por ejemplo, electrones, protones, neutrones, quarks, leptones, positrones, etc.

Por otra parte, los bosones son partículas con una función ћ (spin) igual a un número entero (0, 1, 2, 3, etc.), por lo que estas partículas no están sujetas al Principio de Exclusión de Pauli, es decir, pueden coexistir en la misma posición. Los fotones, los gluones, las partículas ω- y ω+, los hipotéticos gravitones, etc. son bosones.

3. Otro término usado en mi definición de vida es el de Energía Cuántica. La energía cuántica es la suma de la energía cinética y la energía potencial de una partícula, sea ésta un fermión o un bosón.

4. También usé el término Densidad de Energía. Densidad de Energía es la cantidad de energía almacenada en un sistema dado –o en una región espacial- medida por unidad de masa o de volumen. Por ejemplo, la densidad de energía del Hidrógeno líquido es de 120 MJ/Kg.; la Glucosa almacena 17 MJ/Kg de energía; etc.


5. Proceso Espontáneo es aquél en el cual la energía libre siempre se dispersa hacia más microestados potenciales. Por ello, cuando hablo de vida, me refiero a un estado no-espontáneo, lo cual significa que para que ocurra dicho estado se requiere de la agregación de energía desde el entorno. Si en vez de agregarse energía, ésta se dispersara, entonces el estado sería espontáneo.

6. Energía es una función de las propiedades cuantificables de un sistema dado. También se define como la capacidad para realizar trabajo, sin embargo, ninguna “capacidad” aislada es cuantificable en sí misma, por lo que tenemos qué recurrir a las propiedades de los sistemas que sí pueden cuantificarse, por ejemplo, al movimiento molecular, a la función onda-partícula, a la frecuencia vibratoria, a la densidad, a la temperatura, etc.

7. Energía Interna de un sistema se refiere a la energía asociada al movimiento de las moléculas en un sistema termodinámico, es decir, a la temperatura de tal sistema. En una transferencia de energía, la energía interna es la que ha traspasado los límites, reales o imaginarios, hacia el interior de un sistema. Por ejemplo, en un sistema viviente, cada célula de su cuerpo posee un límite real acotado por una membrana celular o una pared celular. A la energía que traspasa una membrana o una pared celular, hacia el interior de la célula, se le llama energía interna. Los cloroplastos, las mitocondrias y otros organelos celulares poseen membranas como límites reales.

En la definición de Energía Interna evité mencionar las palabras “desordenado” y “al azar”. Lo hice a propósito porque los movimientos de las moléculas son determinados por las leyes fundamentales de la Física, las cuales son nociones matemáticas de fenómenos naturales que podemos expresar mediante fórmulas; por lo tanto, los movimientos moleculares no son desordenados ni al azar. Una pequeña variación en las condiciones iniciales, también sujeta a dichas leyes, puede producir un cambio en las trayectorias de desplazamiento de las partículas.

8. En la definición de vida mencioné el concepto “Intervalo”. Intervalo es un subconjunto de estados situado entre un estado inicial y un estado final.

9. Por último, la energía en el estado biótico puede cuantificarse por el flujo de fermiones y/o de bosones durante la transferencia y almacenamiento de la energía en períodos discretos dominantes. Por ejemplo, cuando estudiamos las partículas y las funciones de onda en forma individual.

Tratándose de partículas que constituyen a la materia, solo podemos estudiar un tipo de partícula, o una posición, o un movimiento a la vez; en tanto que en los procesos de 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, entonces integramos todos los datos para formular el proceso completo; por ejemplo, en el estudio de procesos de Biotransferencia Transcuántica de Energía (BTE) como la fotosíntesis y la respiración celular.
(Vea Campo Biótico).

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¿CÓMO SE ORIGINÓ LA VIDA?

La vida es una posibilidad energética en todo el Universo a partir del final del período inflacionario y después de la gran explosión.

Los seres vivientes terrestres surgieron miles de millones de años después de la gran explosión (unos 9000 millones de años después).

Los elementos se formaron en la nebulosa solar por efecto de la radiación emitida por las reacciones termonucleares en el sol primigenio.

El agua y otros compuestos orgánicos e inorgánicos se formaron en la nebulosa solar al ocurrir una oscilación en la densidad de energía que causó una transición de fase molecular que permitió la síntesis espontánea de compuestos simples, tanto orgánicos como inorgánicos.

El agua en la nebulosa solar permitió el enfriamiento del medio interestelar, propiciando la síntesis de compuestos orgánicos más complejos, por ejemplo carbohidratos, amoníaco, aminoácidos, gliceraldehídos, lípidos y tal vez globulinas, en las hoquedades y grietas de los granos de polvo interplanetario que conenían agua que sufría transiciones de fase sólida a fase líquida.
(http://astrochem.org/aanature.html).

La luz Ultravioleta, el calor y otras formas de radiación solar causaron la polimerización de compuestos simples para formar moléculas complejas de carbohidratos, proteínas y lípidos, las cuales se integraban como glóbulos microscópicos dentro del agua congelada atrapada en los gránulos de polvo (fractales) de las nubes planetarias. (Vea: http://astrochem.org/aanature.html).

Cuando la nebulosa planetaria terrestre se enfrió lo suficiente, ocurrió la síntesis de microesferas con membranas externas de lipoproteínas por efecto de la luz UV y el calor generado por las colisiones entre las partículas de polvo interplanetario. Las microesferas contenían una mayor diversidad de compuestos orgánicos debido a que se encontraban sobre substratos aglometantes que actuaron como lechos que facilitaron la acumulación e interacción de substancias; por ejemplo, gránulos de Fosfato de Calcio, Carbonato de Calcio, Carburo de Silicio, grafito, fulereno (alótropos del carbono) o Sulfuro de Hierro, los cuales podían o no contener agua congelada, y por la acción de agentes condensadores o substancias que promovieron la síntesis abiótica de biomoléculas simples y complejas. Por ejemplo, el HCN (Cianuro de Hidrógeno) y el C2H2 Acetileno. Estos compuestos son suficientemente abundantes en los medios interplanetarios en formación y han sido probados artificialmente como agentes condensadores. La evidencia indica que la biopolimerización de las proteínas y de azúcares complejos fue facilitada por estos agentes y por reacciones promovidas principalmente por bosones de alta energía.

Las microesferas continuaban retenidas dentro de las partículas de polvo (fractales) ahora suspendidas en las atmósferas planetarias. Los granos de polvo actuaron como "cascarones" protectores de las biomoléculas contra la radiación solar ionizante, de tal forma que las transiciones de fase permitieron la síntesis de moléculas aún más complejas de glucoproteínas, ceras, fosfolípidos, polisacáridos y proteínas. Estas moléculas llegaron a construir membranas altamente estables y duraderas que contenían a las microesferas; sin embargo, esas membranas seguían siendo efímeras por la intensidad de la radiación solar recibida por la Tierra que podía destruirlas. Sin embargo, muchas microesferas envueltas por membranas o por estructuras parecidas a membranas subsistieron en ese ambiente hostil gracias a que permanecían dentro de los granos de polvo con agua congelada.

Debido a su baja resistencia a la radiación cósmica, no no era factible la autosíntesis de polimerasas que pudieran promover la síntesis de nucleótidos. Por otra parte, la síntesis de moléculas de ácidos nucléicos no ocurre espontáneamente en la naturaleza. Por esta razón, los protobiontes formados no contenían ninguna forma de moléculas de ADN o ARN.

La Fuerza de Gravedad mantenía pequeños montones de granos de polvo planetario con microesferas envueltas ya en membranas amfifílicas en órbitas planetarias, formando nubes densas de granos de polvo, vapor de agua, amoníaco, metano, bióxido de carbono y otros gases; sin embargo, el momento angular de las partículas y el intenso calor emitido por los mismos planetas imposibilitaban la caída de los granos de polvo hasta las superficies de los planetas. Más tarde las gotas de agua pesadas que se condensaban con núcleos constituidos por granos de polvo con microesferas.

Aún suspendidos en las atmósferas planetarias, las microesferas se aglutinaron dentro de los granos de polvo con agua para formar estructuras prebióticas con membranas amfifílicas más complejas -llamadas protobiontes- que aún no eran formas vivientes, pero que ya experimentaban algunas transferencias de energía semejantes a las de formas vivientes. (Por favor, lea: http://pokey.arc.nasa.gov/~astrochm/Membranes.html y http://astrochem.org/aanature.html)

Cuando los planetas se enfriaron lo suficiente y ocurrieron precipitaciones pluviales, los fractales fueron arrastrados por las gotas de agua hasta la superficie de los planetas.

Una vez depositados en suelos planetarios, sobre capas de suelo húmedo o en el fondo de charcas poco profundas, los protobiontes pudieron mantenerse estables al estar protegidos de la radiación solar intensa por nubes densas de polvo suspendido y vapor de agua en las atmósferas planetarias.

Miles de millones de protobiontes fueron destruidos por las condiciones agresivas del ambiente planetario; no obstante, cuando la tierra se enfrió aún más y el sol fue menos inestable, más protobiontes pudieron permanecer con estructuras íntegras. La diferencia consistió en estar en un microambiente con los factores necesarios que les permitieron resistir y prevalecer ante la presión del ambiente planetario primitivo.

La evolución química subsiguiente consistió en la unión de los protobiontes, unos con otros, por afinidad electroquímica. Los protobiontes se unían unos a otros formando vesículas con membrana continua. Esas vesículas complejas reposaban en suelos húmedos o en el fondo de charcas poco profundas. Las fisuras y huecos del suelo llenos de substancias químicas quedaban bajo las biomembranas formando microambientes semejantes al citosol de las células modernas. Ello impedía la catástrofe osmótica que hubiese ocurrido si la hipótesis del "caldo nutritivo" de Oparin fuese real. La observación paleontológica y geológica indica claramente que ese "caldo nutritivo" hipertónico jamás existió.

En ese momento los protobiontes que poseían configuraciones moleculares aptas pudieron experimentar la fase biótica gracias a sucesivos cambios químicos estructurales en las biomembranas que les permitía incorporar péptidos complejos y glucopéptidos que promovían cambios en los campos magnéticos que causaban la formación de gradientes electroquímicos que conducían al establecimiento de un campo electrodinámico que permitió la biotransferencia de energía a través de partículas con alta densidad de energía. De esta manera apareció el primer bionte o ser viviente. Los biosistemas primitivos fueron los antepasados de todos los seres vivientes que existimos en el planeta.

De acuerdo con mi hipótesis, solo se requirió de un bionte viable y autoreplicable para generar al resto de los seres vivientes que han existido y existen sobre la Tierra. Su forma de reproducción sería semejante a la gemación, pero en total ausencia de ácidos nucléicos. Quizás las moléculas de proteína autocatalíticas contenían la información necesaria para su autoréplica.

Las biomembranas extendidas sobre el suelo de  las charcas, cubriendo los huecos del fondo rellenos con sustancias químicas orgánicas podían ejercer un intercambio activo de fermiones y de compuestos químicos con el medio circundante.

La incorporación al citosol de moléculas de proteínas, carbohidratos, y otras moléculas complejas facilitó la formación de estructuras moleculares complejas  especializadas en la transferencía de energía desde el medio circundante; por ejemplo, moléculas de ATP sintetasa, nucleótidos de ARN, moléculas cortas de ARN, NADP, ADP, etc. Las pequeñas cadenas de ARN eran sintetizadas por las mismas proteínas autocatalíticas con afinidad bioquímica por los nucleótidos haciendo las veces de topoisomerasas que transferían la información de sus secuencias de aminoácidos hacia las nuevas moléculas codificantes de ARN.

De esta manera, los biontes se mantenían estables por mucho más tiempo, además de que podían transferir a través de las cadenas de ARN la información de sus características individuales a las vesículas nuevas generadas por crecimiento de su propio citosol. Protegidos por un cielo oscurecido por polvo suspendido y por vapores diversos, en depósitos de agua poco profundos y a no más de 36° C, los biontes se replicaban mediante la formación de vesículas que se separaban de la membrana principal a modo de burbujas o brotes que poseían las mismas características estructurales y funcionales del bionte primitivo.

Las proteínas autocatalíticas comenzaron a dirigir la síntesis de las moléculas cortas de ARN para formar cadenas cada vez más largas que contenían toda la información para la propia síntesis de esas proteínas y de moleculas idénticas de ARN. Más tarde, las mismas proteínas autocatalíticas produjeron nucleótidos de ADN y después de cadenas completas de ADN. La flexibilidad de esta hipótesis nos permite asumir que las ribozimas no fueron necesarias para la síntesis de biomoléculas autoreplicables, las cuales podían multiplicarse a través de la transformación de la configuración cuaternaria de otras proteínas en el mismo citosol. De ahí la forma de replicación de los priones.

Aparentemente, la Tierra fue el único planeta del sistema solar con las condiciones propicias para la supervivencia de los biontes, aunque éstos bien pudieron formarse en otros mundos, pero sin posibilidades de supervivencia debido a las condiciones inapropiadas del ambiente planetario o a transiciones de fase planetarias súbitas y extremas. Por ejemplo, en Marte pudieron formarse seres vivientes, sin embargo, un cambio climatológico súbito y severo en el planeta, ocurrido unos 400 millones de años después de su consolidación, destruyó todas las formas vivientes en ese planeta.

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DIFERENCIAS ENTRE SERES VIVOS Y SERES INERTES

Respuesta a la pregunta hecha por el auditorio: "¿Cómo distingue Usted a un ser vivo de otro no vivo?"

Cualquier ser vivo es un sistema termodinámico biótico. Todos los sistemas termodinámicos abióticos son seres inertes.

La palabra “ser” se refiere a "algo que existe", viviente o no viviente, por esta razón, debemos hacer siempre la distinción, mencionando si el ser es viviente o inerte.

Ejemplos de seres inertes naturales son las rocas, el agua, las nubes, las substancias químicas, etc. Ejemplos de seres vivientes son un árbol, un perro, una bacteria, una amiba, etc.

Cuando definimos el término vida, decimos que la vida es un estado de la energía (estado cuántico) que determina la organización espontánea de la materia de tal forma que ésta adquiere una cualidad térmica que consiste en la captura y manipulación de la energía del entorno para bloquear parcialmente y transitoriamente la segunda Ley de la Termodinámica.

¿Qué quiere decir ésto? Ésto significa que los seres vivientes pueden demorar localmente el flujo espontáneo de la entropía. Ya vimos que la entropía se refiere al número de trayectorias posibles adquiridas por los sistemas termodinámicos que impiden que los sistemas restauren cualquier trayectoria coordinada previamente.

Para verlo más claro, supongamos que un viajero camina por un sendero sin bifurcaciones. Mientras que el sendero no diverja, el viajero tendrá más posibilidades de alcanzar su meta o estado final. Cuando el camino se divide en dos vías, el viajero tendrá dos posibilidades de proseguir su ruta, una que lo llevaría a su meta y otra que lo desviaría. Suponiendo que el viajero continúa por el camino de la derecha, y este camino se divide en otros tres caminos, entonces las rutas disponibles para el viajero se amplían, aumentando las probabilidades de que éste tome una ruta que no lo llevará a su objetivo final. Así, sucesivamente, cada vez que el viajero decide tomar una ruta diferente, ésta se dividirá en más caminos a seguir hasta que, finalmente, el viajero se extraviará.

Lo mismo ocurre con la entropía limitada a los sistemas termodinámicos. Al ocupar cualquier trayectoria energética, durante su ocupación, o al finalizar la misma, se producirán más microestados disponibles para el sistema termodinámico que efectúe dicho proceso energético. Ésto indica que el macroestado del sistema térmico es determinado por el microestado que prevalece en él en un momento dado; o sea, la posición y el movimiento de la energía correspondiente a ese microestado. Un sistema que se enfrenta a muchos microestados disponibles se colocará espontáneamente en cualquiera de ellos, siempre y cuando dicho microestado sea el más probable de adquirir y si está ajustado a las leyes que determinan a los estados iniciales específicos.

Ahora veamos las diferencias entre los sistemas termodinámicos vivientes y los no-vivientes (las más importantes están en letra azul y cursiva):

  • Los seres vivientes capturan energía del ambiente para mantener una organización estructural en forma autónoma. Los seres inertes también pueden organizarse espontáneamente, no en forma autónoma.

  • Los seres vivientes pueden manipular la energía obtenida para dirigirla hacia la ejecución de procesos necesarios en un momento dado; mientras que los seres inertes no pueden hacerlo (por ejemplo, los cadáveres, los cristales, etc.).

  • La reproducción de los seres vivientes es controlada mediante una serie de subprocesos energéticos. Algunos seres inertes también son capaces de replicarse, pero no ejercen control alguno sobre su reproducción, la cual es espontánea y determinada por estados iniciales complementarios contiguos (por ejemplo los coacervados producidos en laboratorio, las proteínas autocatalíticas aisladas, los priones, etc.).

  • Los descendientes de los sistemas termodinámicos vivientes conservan una macroestructura organizada en un estado térmico de no-equilibrio igual al de sus progenitores; mientras que los seres generados a partir de sistemas termodinámicos no vivientes ostentan variabilidad en sus estados térmicos que son determinados por las fluctuaciones en los estados termodinámicos de sistemas exteriores a ellos.

  • Los sistemas termodinámicos vivientes mantienen una cantidad cuasi-estable de microestados que debieran incrementarse de manera espontánea (entropía), dilatando temporalmente el aumento de su entropía local. Los sistemas termodinámicos no vivientes también pueden mantener limitado el número de microsistemas disponibles. Sin embargo, en sistemas no-vivientes no existe un operador interno que realice esta acción, en tanto que los sistemas vivientes poseen una serie de procesos en cascada que operan desde su interior y mantienen su estado de energía cuántica en estabilidad térmica.

  • El estado de no-equilibrio térmico de los sistemas inertes ocurre de manera espontánea y su estabilidad es dependiente de las fluctuaciones en los macroestados de otros sistemas externos; el estado de no-equilibrio térmico de los sistemas vivientes es inducido por el estado cuántico biótico y mantiene su estabilidad adaptándose a las fluctuaciones que ocurren en los macroestados de sistemas externos.

Si consideramos cada uno de los indicadores de estar vivo, nos daremos cuenta de que la última es, realmente, la única diferencia entre seres inertes y seres vivos.

Cualquier sistema termodinámico no viviente puede ostentar una o todas las propiedades mencionadas arriba; lo que nos conduce a considerarlos como sistemas no vivientes es la diferencia entre los microestados disponibles que determinan el no-equilibrio térmico de los seres inertes y los microestados disponibles que determinan el no-equilibrio térmico de los seres vivientes.

NOTA: No podemos considerar al orden ni a la organización dentro de las diferencias entre un sistema viviente y uno inerte debido a que la entropía térmodinámica no se refiere al "grado" de orden u organización de un sistema, sino al incremento en el número de microestados disponibles en un momento dado para la difusión o dispersión de la energía.

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¿QUÉ NOS HACE ESTAR VIVOS?

Respuesta a la pregunta hecha por el auditorio: "¿Qué nos hace estar vivos?"

Durante el origen de la vida, una nube de partículas, generadas por el Sol, pasó por un hueco electromagnético y fue reemitido hacia una concurrencia de ondas en el punto de cooperación de éstas, no en el de su oclusión. Las partículas así atraídas colisionaron con todos los tipos de materia ordenada previamente por la fuerza electromagnética en todo el Sistema Solar. Ésta colisión entre partículas-onda y la materia ordinaria causó en ésta diferentes macroestados de acuerdo con la naturaleza de su organización.

Algunos arreglos de la materia constituían sistemas termodinámicos cuyos macroestados no permitían que el estado cuántico fuese mantenido por ellos mismos, lo cual limitaba la propiedad de esos sistemas para escapar al aumento real en el número de microestados disponibles para ellos, adquiriendo espontáneamente un estado de equilibrio térmico.

Otro arreglo específico de la materia poseía un macroestado en el cual la fluctuación cuántica podía ser mantenida debido a que ese sistema poseía múltiples estructuras que favorecían en serie la adquisición de fotones que continuaban transitoriamente la fluctuación cuántica primordial.

Esta clase de sistema termodinámico -determinado por el campo electromagnético- adquirió la capacidad de retardar el incremento de microestados que les llevaría a un estado de equilibrio térmico (sucesión de intervalos en el flujo espontáneo del equilibrio térmico). Así entonces, el estado cuántico impulsó a los sistemas termodinámicos que podían capturar fotones a retardar temporalmente el incremento  espontáneo de la entropía local inherente a esos sistemas, aumentando con ello el incremento de la entropía global del Universo.

Es esa fluctuación cuántica la que nos hace vivir. En tanto tengamos la capacidad de capturar fotones que son atraídos hacia los puntos armónicos de sus ondas correspondientes, tendremos vida.

En el momento en que perdamos esa capacidad, la vida concluirá, es decir, el estado cuántico saltará de la materia viva hacia otro campo de energía no biótico. Ésto no sería posible sin el sometimiento del estado a la Segunda Ley de la Termodinámica, pues al morir el biosistema, su estado cuántico biótico rebotaría desde un campo de mayor densidad hacia otro de menor densidad en donde por la posición y el tipo de movimiento de la energía cinética ya no impulsaría a otros sistemas a ocasionar intervalos en el flujo ordinario del equilibrio térmico.

Muchos me han retado a definir vida sin relacionarla con "estados cuánticos extraños". Bien, ésto es más sencillo que refiriéndola a un estado cuántico:

Vida es un estado de la energía experimentado por algunos sistemas termodinámicos cuasi-estables, que permite que éstos establezcan, autónomamente, una serie de intervalos que demoran la difusión o dispersión de su energía local hacia más microestados disponibles.

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¿VIVO O NO VIVO? ÉSA ERA LA CUESTIÓN

Respuesta a la pregunta hecha por el auditorio: "Es muy fácil para cualquiera andar por ahí dando conferencias sobre algo que... solo existe en su imaginación... ¿Puede probar que la vida no reside en las moléculas especiales de los seres vivos?

Cuando se nos pide dar ejemplos sobre seres vivientes y no vivientes la cosa no es para nada complicada. Como ejemplos de seres vivientes mencionamos a elefantes, perros, gatos, árboles, etc.; y como ejemplos de no vivientes lo primero que se nos viene a la mente son las rocas, una mesa, una silla, etc. Sin embargo, cuando profundizamos en nuestras observaciones del mundo natural nos topamos con serias dificultades para determinar si algunos seres son o no son vivientes.

LOS VIRUS

Por ejemplo, los virus. Los virus son partículas microscópicas formadas por una cadena de ADN o de ARN, envuelta por una cápsula hecha de proteínas o de lipoproteínas.

Los virus carecen de movimientos autónomos, no comen, no duermen, no realizan intercambios activos de energía con el entorno ni realizan procesos metabólicos; ellos solamente se reproducen y evolucionan bajo condiciones muy concretas. Estas condiciones especiales se dan únicamente cuando los virus invaden a una célula viviente. Si ellos no están en contacto con células vivientes, entonces no se reproducen y tampoco evolucionan. ¿Son los virus seres vivientes o no?

No, los virus no son seres vivientes, sino partículas organizadas que pueden realizar actividades propias de las macroestructuras, como reproducirse, sin poseer por ello la cantidad exacta de energía requerida para la vida (lea abajo un análisis más detallado al respecto) cuando se ponen en contacto con un ser viviente. Los virus poseen un material genético con toda la información necesaria para producir copias de sí mismo en forma exacta, pero sólo pueden hacerlo cuando entran en contacto con un citosol vivo. De otra manera, no pueden reproducirse o evolucionar.

De aquí concluimos que ni el ADN, ni el ARN, ni las proteínas son vida, pues si así fuera, entonces los virus serían seres vivos aún cuando no invadieran a algún otro organismo viviente. (lea abajo un análisis más detallado al respecto)

LOS HEMATÍES

Los hematíes, llamados también eritrocitos o glóbulos rojos, son elementos corpusculares de la sangre de los cordados. La función principal de los hematíes es la de contener a una proteína que transporta Oxígeno y Bióxido de Carbono llamada Hemoglobina.

Los eritrocitos de los mamíferos no se auto-reproducen, no realizan más funciones metabólicas y no contienen material genético (ni ADN ni ARN). Los hematíes se producen a partir de células de la médula ósea llamadas Mieloblastos, las cuales pierden su material genético cuando alcanzan una forma juvenil llamada de Normoblasto.

La vida de un hematíe fluctúa entre los 90 y los 120 días y deben ser destruidos al envejecer por células fagocíticas llamadas células retículoendoteliales.

La membrana celular de los hematíes no difiere mucho de las membranas celulares de otros tipos de células, pero su citosol tiene aspecto gelatinoso. ¿Son los hematíes células vivientes o no?

No puede morir lo que está muerto. Los eritrocitos viven después de haber perdido su material genético y la mayor parte de sus organelos. Los eritrocitos mueren cuatro meses después de haber sufrido la pérdida de su material genético. Entonces, vida no es organización, ni ninguna de las moléculas con habilidad de autoreproducirse.

Sí, los hematíes son células vivientes, pues contrariamente a lo que se pensaba, los hematíes experimentan también el proceso de muerte celular programada conocida como apoptosis. ¿Sorprendente? Pues sí, es sorprendente que una célula sin las llamadas moléculas de la vida puedan vivir durante casi cuatro meses.

CONCLUSIONES:

  • De los anteriores ejemplos inferimos que la vida no reside ni en las moléculas de ADN y ARN, ni en las proteínas autocatalíticas, sino en el citosol o citoplasma.

  • De los anteriores ejemplos, inferimos que la vida no es la organización del sistema, pues los virus mantienen estructuras bajo condiciones propicias aún cuando su organización no es mayor que la de los coacervados de Oparin, y los hematíes, por su parte, no poseen una organización celular tan compleja como la de las demás células del organismo y, sin embargo, viven.

  • Es evidente que la vida es un estado cuántico experimentado por las biomembranas.

  • De lo tratado en párrafos anteriores concluimos que los ácidos nucleicos no son moléculas vivas, sino que tienen la función primordial de la reproducción del biosistema, la transmisión de las características desde un biosistema hacia su progenie y la dirección de los procesos metabólicos de los biosistemas.

¿Ve Usted la importancia que tenía el haber definido -sistemáticamente y con el apoyo de la evidencia observable- el concepto vida?

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¿SON LOS VIRUS SERES VIVIENTES?

Respuesta a la pregunta hecha por el auditorio: "Son los virus las formas vivientes más pequeñas?"

Ciertos sistemas termodinámicos han provocado polémica en el vecindario científico porque, bajo circunstancias explícitas, ellos realizan algunas funciones de los sistemas vivientes macroscópicos. Me refiero a los virus, que son partículas de ácidos nucleicos contenidos por una cápsula generalmente hecha de proteínas, aunque algunos virus de ARN, como algunas partículas parásitas de plantas, estén desnudos, o sea, no contenidos por una cápside.

La particularidad de los virus es que si ellos se encuentran en un campo abiótico, ellos mostrarían características continuas de seres inertes, dado que ellos no son capaces de capturar autónomamente la energía del ambiente para redirigirla hacia procesos metabólicos específicos ni hacia funciones definidas, por ejemplo, la reproducción. Sin duda, cuando los virus se encuentran en un campo abiótico, son seres inertes.

Sin embargo, cuando los virus se posicionan en un campo biótico adecuado, siempre y cuando ese campo biótico sea compatible con las sucesiones genómicas de los virus, éstos serían capaces de replicarse por ellos mismos aprovechándose de la energía y de las moléculas catalíticas del medio biótico en donde ellos progresan como parásitos.

Éstas son las características macroscópicas de los virus por las cuales algunos biólogos los consideran como sistemas vivientes, mientras que otros biólogos consideran que los virus son simplemente sistemas inertes.

Ésto no es una cuestión de dogmas ni de creencias personales. Analicemos los hechos de una forma sencilla para obtener un cierre coherente acerca del estado de energía de los virus.

1. Los virus no pueden ocupar autónomamente posiciones en los campos de alta densidad de energía.

2. La sucesión del material genético de los virus coincide con la sucesión de ciertas secciones del ADN o del ARN de las células anfitrionas o parasitadas, de aquí que se considere que los virus se hayan originado como productos de desecho derivados de las células que serían sus anfitrionas en el futuro.

3. Los virus no poseen citosol, para lo cual nosotros hemos demostrado que es la única fase de la materia que puede experimentar el estado de energía de la vida.

4. Los virus no poseen mitocondrias, las cuales son organelos capaces de capturar y almacenar la energía para redirigirla hacia la ejecución de las muchas funciones de un verdadero ser viviente.

5. Los virus no poseen membranas plasmáticas, ni membranas internas, que pudieran experimentar la fuerza motriz protónica.

6. Los virus no poseen membranas capaces de ser excitadas por choques con fotones para capturar la energía liberada después del choque y para usarla luego en la síntesis de moléculas más complejas que pudieran almacenar la energía de activación llevada por los fotones.

7. Los virus no adquieren vida durante su estancia parasitoide en las células anfitrionas, dado que la vida no puede transferirse ni infundirse, sino que los virus son dirigidos por las mismas células anfitrionas para hacerlos coincidir con sus propias características macroscópicas que no tienen nada ver con el estado cuántico de la vida, sino con otros microestados experimentados por las moléculas auto-catalíticas (los ácidos nucleicos, las proteínas catalíticas, las enzimas, etc.).

8. El estado de la energía cuántica (en partículas y ondas) en seres vivientes sólo puede ser experimentado y sólo puede ser mantenido por un arreglo específico de la materia, es decir, sólo por estados con posiciones y movimientos específicos de las moléculas completamente incorporadas al citosol.

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FUERZA MOTRIZ PROTÓNICA (FMP)

Respuesta a la pregunta hecha por el auditorio: "Usted ha dicho que la Fuerza Motriz Protónica sería fácil de detectar en sistemas vivientes de otros mundos... ¿Cómo la detectaríamos?"

Una de las dificultades más graves que hemos encarado en la búsqueda de seres vivientes fuera de la Tierra ha sido el reconocimiento de formas vivientes semejantes a los organismos terrestres. Dado que las Leyes Físicas son las mismas para cualquier lugar del Universo conocido y que toda la materia contenida por el Universo conocido está formada por las mismas partículas, nosotros podemos asumir métodos precisos para el reconocimiento inconfundible de formas vivas no terrestres.

Para estar seguros de que algo encontrado en otros planetas es o no es una forma viviente, podríamos tratar de detectar la Fuerza Motriz Protónica (FMP). FMP es una sucesión de modificaciones en el potencial de membrana que acontece a través del traslado de la energía, desde que se captura hasta que se almacena en una molécula compleja, por ejemplo, en una molécula de Glucosa. La FMP ocurre cuando los electrones son transportados por las moléculas de ATP, proceso que impulsa a los protones a saltar hacia la superficie exterior de las membranas de algunos organelos de la célula, como cloroplastos o mitocondrias, o hacia la superficie exterior de las membranas de las células bacterianas.

Después de algunas de mis conferencias sobre Exobiología, algunas personas me han preguntado por un método efectivo para detectar la Fuerza Motriz Protónica.

Una de las formas más fáciles de reconocer que existen seres vivientes en ambientes extraterrestres residiría en el descubrimiento de moléculas de Adenosín Monofosfato (AMP), de Adenosín Difosfato (ADP), de Adenosín Trifosfato (ATP), de Dinucleótido de Nicotinamida Adenín Fosfato (NADP), o de NADPH por medio de fotómetros finamente-afinados incorporados a las sondas robóticas que exploran los suelos planetarios. Si hallásemos sistemas que posean estos compuestos sería evidente que esos sistemas encontrados experimentarían la FMP, y por lo tanto estarían vivos.

Otra manera, mucho más sencilla que la descrita anteriormente, sería produciendo burbujas de Oxígeno en medios de cultivo celulares viscosos que se han enriquecido con suelo del planeta explorado. Si esa tierra fuera el hábitat de bacterias aeróbicas, entonces éstas se acumularían alrededor de las burbujas de Oxígeno. Entonces podríamos detectarlas directamente de una forma mucho más fácil a través de la observación microscópica exhaustiva y estratégica.

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SISTEMAS DISIPATIVOS

Los sistemas termodinámicos disipativos son sistemas en un estado termodinámico de no-equilibrio relacionado con el fenómeno de emergencia espontánea del modelo.

En este sentido, los organismos son sistemas termodinámicos disipativos, lo mismo que los cristales, los huracanes, las manchas solares, la mancha roja de Júpiter, los relojes químicos, etc.

Las estructuras termodinámicas disipativas son sistemas termodinámicos en un estado de no-equilibrio termodinámico en el cual las inestabilidades pueden generar un comportamiento global coherente, siempre y cuando sean mantenidos ciertos parámetros dentro de los límites críticos.

Sin embargo, la fluctuación cuántica experimentada por los sistemas termodinámicos disipativos inertes no es la misma fluctuación cuántica experimentada por las estructuras termodinámicas disipativas vivientes.

¿En dónde vemos la diferencia? La diferencia reside en el formato usado por los sistemas termodinámicos disipativos para establecer una serie de intervalos que bloquean el aumento en su entropía local. Mientras que los sistemas termodinámicos disipativos inertes lo hacen espontáneamente, los sistemas termodinámicos disipativos vivos lo hacen autónomamente.

Otra diferencia es que, aunque la entrada de energía sea espontánea para ambas clases de sistemas termodinámicos disipativos, en los sistemas inertes termodinámicos disipativos no sucede una manipulación no-espontánea en la transferencia de la energía interna del sistema, mientras que en los sistemas termodinámicos disipativos vivos ocurre una direccionalidad específica en el traslado de la energía, lo cual permite que ésta sea usada para la conservación del sistema modelo del cual se engendrarán más sistemas modelo.

De esta forma los sistemas termodinámicos disipativos vivos dan continuidad al estado de la energía que les permite bloquear temporalmente y en forma autónoma la difusión o dispersión de su energía interna hacia más microestados disponibles.

Sin embargo, algunos sistemas termodinámicos disipativos inertes pueden crecer, y otros sistemas pueden crecer y auto-replicarse, como si fuesen sistemas termodinámicos disipativos vivientes. Decimos que los sistemas termodinámicos disipativos inertes auto-replicantes experimentan un patrón auto-replicante simple, mientras que los sistemas termodinámicos disipativos vivientes experimentan un modelo auto-replicante complejo.

De aquí, nosotros podríamos pensar que seríamos capaces de diferenciar, con una precisión más alta, a un sistema termodinámico disipativo viviente de un sistema termodinámico disipativo inerte. Sin embargo, el modelo de auto-replicación complejo puede ocurrir en patrones auto-replicantes inertes, por ejemplo en priones, virus, proteínas autocatalíticas y ribozimas, y todas estas estructuras no se pueden considerar sistemas termodinámicos disipativos vivientes porque en ellos la manipulación de la energía transferida para la auto-replicación ocurre espontáneamente, no autónomamente como ocurre en sistemas termodinámicos disipativos vivientes.

Consecuentemente, concluimos que la única diferencia demostrable entre los sistemas termodinámicos disipativos vivientes y los sistemas termodinámicos disipativos inertes es la autonomía en la transferencia direccional para la manipulación de la energía -la cual es capturada espontáneamente por ambas clases de sistemas termodinámicos disipativos- que es experimentada exclusivamente por sistemas termodinámicos auto-replicantes vivientes.

Autor de este tema: Biól. Nasif Nahle

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REFERENCIAS

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Moreno, Alvaro. Closure, Identity, and the Emergence of Formal Causation. Annals of the New York Academy of Sciences, Vol. 901; pps. 112-121. New York, NY. 2000.

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Ham, Arthur W. Histology. J. B. 1974. Lippincott Company. New York, NY.

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