TERMODINÁMICA DE LA EVOLUCIÓN BIOLÓGICA.

“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. 

Ensayo basado en el artículo de David Lurié y Jorge Wagensberg.

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