Apuntes...
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Fuente: Loewy y Siekevitz
LA VIDA Y LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA
Se ha estimado que hace entre dos y cuatro mil millones de años que la vida
comenzó en nuestro planeta. Si ésta principió espontáneamente partiendo de materia
no viviente o si vino a nuestro planeta de sistemas solares distantes, bajo la forma de
esporas a través del universo, no lo sabemos. En cualquiera de los casos, debemos
suponer que la vida empezó primeramente transformando materiales no vivientes en
materia viva. Existen muchas especulaciones en años recientes sobre el mecanismo
implicado en tal conocimiento tan notable.
Hemos dicho que la vida se formó de materia no viviente. Esto presupone que existe
una diferencia entre estos dos estados de materia y es, por lo tanto, lógico
preguntarse cuál es esa diferencia. No es posible dar una definición completa de
materia viviente puesto que esto implica un conocimiento y entendimiento totales de
la misma. No obstante, puesto que por regla general estamos capacitados para
distinguir entre "animal","vegetal" y "mineral", es lógico preguntamos sobre qué
criterio se han basado tales juicios. ¿Existe unicidad de criterios sobre la materia
viviente? Generalmente, contestamos esta pregunta enumerando una serie de
características que asociamos a la materia viviente, tales como movimiento,
reproducción, metabolismo, sensibilidad, crecimiento, etc. Se admite comúnmente
que cada una de estas propiedades se pueden encontrar en el mundo no viviente,
pero se arguye que en la materia viviente se hallan presentes simultáneamente y en
su grado más complejo de expresión. Así, es verdad que se puede reproducir el
trabajo de las locomotoras, el pensamiento de las computadoras y algunas máquinas
automáticas. Hasta ahora no poseemos computadoras que caven zanjas, se
reproduzcan, encuentren placer en la poesía y hagan juicios morales. Pero, si
consideramos que lamateria viviente está sujeta a las leyes de la química y de la
física, entonces debemos aceptar la posibilidad de que tales monstruos puedan, en
principio, ser construidos. ¿Concluiremos entonces que no hay necesidad de que
exista una diferencia esencial entre el hombre y el monstruo? Pensamos que si, pero
con una condición crucial: los orígenes históricos del hombre y del monstruo son
diferentes. El hombre construyó al monstruo y no el monstruo al hombre. Entonces
nosotros presentamos un criterio de materia viviente de carácter histórico. La vida es
un proceso que partió de un nivel poco complicado, el cual se hizo espontáneamente
más complejo durante un proceso que llamamos evolución. Este proceso ha tomado
mucho tiempo y encuentra su expresión actual más compleja en la forma del Homo
sapiens. La organización anteriormente mencionada y siempre en expansión, está
siendo, al presente, más profundizada por el homo sapiens a su mundo físico, de
manera que las diferentes formas de organización, tanto concretas (edificios,
máquinas, etc.) como abstractas (conocimiento, percepción y aun la sabiduría), se
van acumulando a velocidad creciente. Si esta nueva forma de organización
extraorganísmica que llamamos civilización establece evolutivamente, llevando a
descubrimientos nunca soñados en la evolución social del hombre o si está influida
con las contradicciones biológicamente enraizadas incapaces de solución en un nivel
social, solamente el futuro lo dirá.
A pesar de las grandes hazañas recientes en la construcción de complicadísimos
aparatos mecánicos, capaces de efectuar muchas manipulaciones hasta ahora
restringidas a la materia viviente, no debemos menospreciar la intrincada
organización de los sistemas vivientes. La escala casi infinitamente pequeña en la
cual la organización biológica es capaz de ser reducida, es una de las más
asombrosas maravillas de la naturaleza. Uno solamente necesita comparar las
monstruosas computadoras electrónicas accionadas por megawatios de energía con
el infinitamente más sofisticado cerebro humano accionado con sólo microwatios de
energía, para reconocerla notable economía espacial y energética con que trabajan
los sistemas biológicos. El hecho de que el esperma humano sea capaz de llevar en
su diminuto volumen, la mitad de todas las determinantes genéticas de los
individuos maduros, es otro ejemplo del grado de microminiaturización que lleva a
cabo la materia viviente. Nuestros ingenieros deben aprender aún estos trucos fundamentales
de la naturaleza.
Hemos dicho hasta ahora, que las características fundamentales del mundo viviente
son la evolución, la conservación y la extensión de un grado tremendo de
organización, capaces de ser colocados dentro de pequeñísimos volúmenes. ¿Es este
proceso de organización, conservación y extensión una propiedad única de la
materia viviente? La Segunda Ley de la Termodinámica, que es una ley fundamental
del universo físico, establece que los sistemas aislados, espontáneamente tienden
hacia estados de mayor desorganización. A primera vista aparece como si la
Segunda Ley no fuera obedecida por la materia viviente y, en verdad, esto fue lo que
sospechó G. N. Lewis, uno de los creadores de la termodinámica. Sin embargo, a fin
de examinar este problema más cuidadosamente, debemos hacer un enunciado más
preciso de la SegundaLey de la Termodinámica. El grado de desorganización, o
entropía, de un sistema, no es la única propiedad implicada en un proceso
espontáneo. La "energía libre" es un parámetro importante y se puede definir como
la "energía capaz de realizar trabajo". Un proceso solamente puede continuar
espontáneamente cuando hay una pérdida de energía libre. En un sistema aislado, a
temperatura constante, el cambio en la energía libre y el cambio en entropía están en
relación, el uno con el otro, por medio de la siguiente ecuación:
DF = DH - TDS
en donde
DF es el cambio en energía libre
DH es el cambio en el contenido de calor o entalpía
T es la temperatura absoluta
DS es el cambio en la entropía
Aunque la Segunda Leyde la Termodinámica empezó como una generalización
empírica, ha sido posible desde entonces, explicarla, aplicando métodos estadísticos
de análisis a las partículas de que se compone la materia.
Aunque la Segunda Ley predice que un sistema cuando se abandona a si mismo,
tenderá a decrecer su estado de organización, permite, sin embargo, un aumento de
ella cuando se le proporciona energía libre al sistema. Y esto parece que es lo que
ocurre en el caso de la materia viviente. El elevado contenido de energía libre y el
bajo estado de desorganización de la materia viviente se conservan, y algunas veces
se aumentan más, por medio de un constante abastecimiento de energía libre. Tan
pronto como ese abastecimiento se suspende, los sistemas vivientes prosiguen
espontáneamente hacia un estado de mayor desorganización (la muerte). Este tipo de
sistema lábil que se conserva a cierto nivel de organización por medio de un
continuo abastecimiento de energía libre, se describe frecuentemente como estado
estacionario. No representa un equilibrio en el cual el sistema ha ganado la más baja
energía libre posible y la más elevada desorganización posible. De hecho, un estado
estacionario es un sistema fuera de equilibrio que solamente se puede conservar en
su aparente estabilidad por medio de un suministro continuo de energía libre. Un
modelo físico de tal género, sería un baño de agua, regulada térmicamente,
conservada a una temperatura constante, diferente a la de sus alrededores. Aquí, otra
vez el modelo físico sería diferente al equivalente viviente (esto es, en lo que se
refiere a la regulación de la temperatura de los mamíferos) primordialmente por su
origen histórico. Después de todo, nosotros somos los que construimos el baño de
temperatura constante.
El suministro constante de energía libre es sólo uno de los requisitos para la
conservación de un estado estacionario. Debe existir, asimismo, una organización
mínima capaz de absorber y canalizar la energía para su mejor aprovechamiento.
Como biólogos, nosotros creemos que en el caso de la historia de los seres vivientes,
esta organización ha aparecido bajo la forma de hechos fortuitos, ligados unos a
otros, en una progresión de constante aumento de complejidad, por medio del
fenómeno de la selección natural. Nosotros creemos que este fenómeno de
evolución repentina no viola la Segunda Ley de la Termodinámica, puesto que
estuvo "reforzado" por un abastecimiento continuo y generoso de energía libre
que tuvo su origen en las reacciones atómicas del sol. Con la aparición de la
inteligencia humana, la evolución de diversos tipos de organización ya sea ésta una
biblioteca, una teoría científica, o una computadora no se puede considerar por más
tiempo como hecha al azar, como se cree que se verifican las mutaciones genéticas,
aunque en éstas también son válidos los principios generales; a saber, que la energía
libre es necesaria para permitir la elaboración de estos productos de la imaginación
humana.
Hace cinco mil millones de años, antes de que apareciera la vida en nuestro planeta,
toda la energía libre vertida sobre él, procedente del Sol, era rápidamente disipada
como calor inútil y radiada al espacio exterior. Entonces se formaron diminutos
sistemas, capaces de atrapar algo de esta energía libre, la cual fue utilizada para
conservar y aumentarla organización de estos sistemas. A medida que progresó la
evolución, este proceso se hizo más eficiente y de mayor extensión. En la actualidad,
los rayos recogidos del Sol constituyen la fuente de abastecimiento de energía libre
que sirve para construir ciudades o para volver la materia viviente en si misma, en la
investigación de los principios por los cuales es gobernada. El estado estacionario de
la vida ha adquirido algo de la energía libre del Sol y la está reteniendo bajo la
forma de "biosfera" siempre creciente.
Existe una Tercera Ley de la Termodinámica que establece que, en el cero absoluto,
la entropía de toda sustancia es cero. Quizá pudiéramos enunciar una "cuarta ley"
que estableciera que, dando el tiempo suficiente, los bloques atómicos de construcción
necesarios, la temperatura adecuada y un constante abastecimiento de
energía libre posiblemente fluctuando en un ciclo diurno, se desarrollaría, por
necesidad, un "bios" de creciente complejidad, que tendería el efecto total de
disminuir la velocidad en la cual la energía libre comienza a degradarse. Los puntos
de vista comúnmente sostenidos por los astrónomos de que los soles del universo
están, probablemente, acompañados por planetas, de los cuales un número finito
serían semejantes al planeta Tierra, nos llevan a la convicción de que no estamos
solos en el Universo. Ya no pensaremos más en la evolución como "una gran
coincidencia" de la naturaleza sino como una ley, en todo el sentido de la palabra.
Concluyamos, la materia viviente no está fuera del mundo físico sino que es una
parte integrante de él. Es un caso especial fascinante de la materia física que se
distingue por la larga y característica historia de su desarrollo.
Bibliografía BLUM, H. F., 1955.Time's arrow and evolution. Princeton, N.J.: Princeton University Press. OPARIN, A. I., 1961.Life, its nature, origin and development. New York: Academic Press. PENROSE , L. S.,"Sel-reproducing machines", Scientific American, June 1959. UREY, H., "Theorigin of the earth," Scientific American, October 1952. WALD, G., "Theorigin of life," Scientific American, August 1956. _________________________________________
