“los seres vivos son unos sistemas termodinámicamente abiertos que intercambian materia y
energía con el mundo exterior para adquirir y mantener estructuras que su vez, son susceptibles
de evolucionar”.
“Termodinámica de la evolución” ¿cómo la
termodinámica participa en el origen y evolución de los seres vivos?, aunque este texto es llevado a un enfoque científico un poco complejo, su estructuración, ejemplos y explicación de cada
hipótesis con su respectivo estudio permitirá comprender lo que se pretende comunicar, desde la
frase inicial del escrito. Como bien se habla de muchos estudios que corroboran las teorías
explicadas, se puede decir que la evolución de cualquier sistema cuyo contenido informativo tiene
que transmitirse a la descendencia es un fenómeno inevitable porque no puede existir un material
replicable ni un mecanismo que dé cuenta de ello sin que se produzcan errores. Los errores son
inherentes a la naturaleza, porque las leyes de la química y de la física son estadísticas, es decir, se
cumplen en una cierta proporción, que puede ser muy alta, pero que nunca es absoluta, y esta
propiedad se pone más de manifiesto cuanto más complejos son los sistemas. En los seres vivos las
leyes estadísticas garantizan sólo un cierto porcentaje del comportamiento. Por otra parte esto es
mucho más importante porque marca una dirección.
La evolución biológica está motivada por el segundo principio de la termodinámica, el cual establece
que la tendencia natural de cualquier sistema físico aislado es evolucionar hacia un aumento de
entropía. Si en la evolución de un sistema particular observamos una disminución de entropía, eso
nos dice que todo él está sometido a un campo más general, en el cual la entropía aumenta. Es por
eso que los seres vivos están sometidos a varios campos termodinámicos debidos principalmente a
las reacciones químicas de la vida, y así su evolución debe hacerse obligatoriamente cumpliendo ese
principio general de la física. Debemos, pues, considerar el segundo principio de la termodinámica
como la primera ley de la evolución biológica, dado que es la ley universal de evolución. Ahora bien
muchos son los físicos que han intentado llevar a precisar los fenómenos a través de cálculo, por lo
que Boltzmann fue el que más se acercó a los principios de la entropía; Boltzmann se limita a
describir la entropía de un sistema de partículas, como un gas ideal, y sólo es aplicable para hacer
ciertas mediciones en reacciones químicas. Sin embargo, esta fórmula contiene los elementos
necesarios para que podamos comprender el concepto generalizado de entropía, como índice del
número de configuraciones posibles que puede tener un sistema
La vida produce descensos locales de entropía como se hablaba en los estudio de termogramas,
balances entrópicos y estudios con la evolución de cualquier ser vivo hasta que su entropía quede
en equilibrio es decir cuando muere; se vería de este modo, cuando las plantas desarrollan su
organismo fijando el dióxido de carbono atmosférico, y también otras veces su actividad produce
un aumento local de entropía; otra forma, cuando un animal cualquiera mata para comer y
sobrevivir, o cuando se produce una extinción masiva. El desarrollo de la vida, desde su origen hasta
el momento actual ha producido una disminución neta de entropía global, pero una vez que los
seres vivos han aparecido, si la biomasa se mantiene constante, el sistema evoluciona por un lado
hacia la diversidad y hacia la complicación, es decir hacia un aumento de entropía y por otro hacia
la complejidad, es decir hacia un descenso de entropía.
Como lo expresan los científicos debemos inferir que los sistemas vivos no violan la segunda ley de
la termodinámica. Se debe entender cómo se aplica la segunda ley a los sistemas vivos, para esto se
debe visualizar desde un sistema abierto. Como una región del espacio del cual puede entrar y salir
materia y energía a través de los límites que definen dicha región. Como se ve en una célula viva es
un sistema abierto porque puede ingerir alimentos en esencia materia, pueden excretar
desperdicios y puede calentarse o enfriarse según el ambiente en que esté realizando intercambio
de energía.
Por estudio de biología se sabe que los organismos vivos, cuando comen, toman de los alimentos
las sustancias que les sirven y con ellas elaboran muchas otras más. Lo que no se aprovecha, sale
como desecho. Las sustancias que se elaboran al asimilar los alimentos pueden llegar a ser más
complejas de las que se originaron. Es aquí donde está la paradoja, pues parece ser que un
organismo vivo recibe una materia prima con cierto desorden y la transforma en sustancias con
mayor orden y complejidad, desechando otras sustancias con cierto desorden. Planteado en
términos de entropía y definir que un ser vivo es capaz de hacer que la entropía en su interior sea
menor que la de los alimentos que ingirió, reduciendo así la entropía del universo. Se puede inferir
que se está muy lejos de la verdad: cuando ingiere alimentos un ser vivo, estos pasan por una serie
de reacciones químicas que permiten separarlos para aprovechar las partes que sirven de las que
no, para ello, se requiere de movimiento molecular y celular, lo que genera calor y por ello entropía.
Esta entropía generada sumada a la de los desperdicios producidos por el proceso, aumentan
claramente la entropía del universo. Lo que lleva a concluir que para generar esas sustancias más
ordenadas y complejas dentro del organismo vivo, se tuvo que generar más desorden en el universo,
por consiguiente, estos procesos son acompañados de trabajo útil que tiene como finalidad
precisamente mantener la vida de los organismos. Es por ello que un sistema vivo no viola la
segunda ley. Por ejemplo cuando hacemos una actividad cotidiana, Es claro que todo aumento de
orden en una región, conlleva un aumento mayor de desorden en el universo. Una idea que se puede
obtener de la lectura “Termodinámica de la evolución biológica” es que También se puede notar
que una vez desaparecida una especie, esta no vuelve a aparecer sobre la faz de la Tierra. Lo que se
intuye que quizás exista cierta irreversibilidad en los procesos evolutivos.
Schrödinger y la entropía negativa en su libro llamado ¿Que es la vida?, plantea que los seres vivos,
al contrario de la tendencia general dictada por la 2da ley de la termodinámica, mantienen o
disminuyen su entropía alimentándose de lo que él llama, entropía negativa; pero los desechos que
se eliminan y el calor que liberan son entrópicamente positivos, esto se puede enfocar a la pirámide
de la vida. Los seres vivos han evolucionado de tal manera que extraer de manera eficiente la
entropía negativa y la energía de la radiación de fotones del Sol. En la base de esta pirámide se
encuentran las especies que utilizan procesos fotosintéticos para sintetizar compuestos orgánicos
altamente estructurados tales como hidratos de carbono. La entropía de los materiales utilizados se
reduce gracias a la entropía negativa.
Los animales utilizan la energía del Sol y la entropía negativa indirectamente y, por tanto, dependen
de las especies foto sintetizadoras. Durante la alimentación y la digestión, la energía y la entropía
negativa se extraen con el fin de construir y mantener un organismo mayor jerarquía. A medida que
se sube en la pirámide la cantidad de energía en el sistema va disminuyendo. Esto se debe en parte
a que la energía que viene del Sol no se utiliza, o también, a que parte de la energía adquirida por
los seres vivos es eliminada en forma de calor por los distintos procesos metabólicos que usan para
mantener su estado estacionario.
De esta manera, es esta pérdida de energía la causa de que la entropía del universo aumente. En
una visión general, el sol está actuando como una fuente calidad y el universo como una fuente fría,
en donde finalmente la entropía total tiende a aumentar tal como lo indicaría la segunda ley de la
termodinámica.
Si bien se puede decir que todas las especies de la tierra tienden a ser seleccionadas de forma tal
que puedan aprovechar cada vez más y mejor el consumo de esta entropía negativa. Esto implica
dos cosas: por un lado, la evolución de una especie; y por otro, el surgimiento de otras nuevas que
pueden o no desplazar a las anteriores. Por lo que la evolución parece ser irreversible. Por lo que
visto desde la biología para regresar una especie que despareció nos tocara regresar varias
mutaciones de otros seres vivos que han evolucionado a partir del que ya desapareció. Entonces se
puede concluir que no se violó las leyes de la termodinámica. Nosotros los vivos, bajamos nuestra
entropía a costa de la entropía negativa y energía solar, pero como desechamos y emanamos
entropía de la buena, incrementamos la universal. Entonces podemos seguir evolucionando
irreversible y tranquilamente.
Por ultimo basado en la lectura si la idea de la evolución es correcta, entonces serían buenas las
mutaciones que sufrimos los humanos, para que así se crearan seres más sofisticados. Casi la
totalidad de las mutaciones son dañinas y perjudiciales, es por eso que nos cuidamos de los rayos
fuertes del sol: hoy en día la teoría cosmológica más aceptada es “Big Bang” que dice que el universo
comenzó en un estallido y que actualmente se está desordenando cada vez más, llevándonos a la
muerte inevitable con el tiempo y esto lo podemos probar día con día. La segunda ley tiene validez
universal, pero para soportar la evolución, requeriría de una cierta fuerza organizadora que hasta
ahora no se ha descubierto experimentalmente si no solo hasta el grado de la hipótesis.
Camilo Borja © 2015 All rights reserved.
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