El Principio de Margalef

El Principio de Margalef Uno de los conceptos primarios que permite comprender la termodinámica de los seres vivos, es el llamado principio de Margalef: Los seres vivos son sistemas físicos (equivalencia) complejos, integrados por un sistema disipativo y uno auto organizativo acoplados entre sí (condición). Como puede apreciarse, se considera a los seres vivos como sistemas físicos (principio de equivalencia), por lo que no extraña de aquí en más, que cumplan con las mismas leyes que operan para todos los sistemas físicos conocidos. Los seres vivos se ajustan a las mismas leyes de la física, que rigen la mecánica de todos los sistemas físicos. Pero el principio de Margalef apunta también que se trata de sistemas físicos complejos, sistemas integrados a su vez por sistemas menores, una suerte de "sistemas subsumidos en sistemas", como lo destaca Donald Ingber al tratar sobre la geometría biológica Incluso Margalef va más allá, pues señala que estos sistemas que conforman el sistema complejo que constituye un ser vivo, se encuentran acoplados. La forma en que estos sistemas se acoplan, pasa a ser una cuestión fundamental, y su comprensión es uno de los pilares de la profunda reformulación de la biología, que se desarrolla en nuestros días. El sistema disipativo, genera (obviamente "transforma") energía; y el sistema auto organizativo, recupera la energía disipada, como información. Esta recuperación de la energía como información, se aprecia en la generación de estructura, o en los cambios irreversibles de la misma, ligando indisolublemente los seres vivos al concepto de "historia" (producir hechos irreversibles). Es notable que, si bien puede acertarse a comprender intuitivamente lo antedicho, entendemos por sistema físico al conjunto de elementos, que conforman una estructura con por lo menos alguna función común. Y la condición de "complejos" se debe a que las partes que lo constituyen, son diferentes entre sí Pero dicho así, hasta una bicicleta se ajusta a la definición, y satisface incluso, el requerimiento de ser un sistema físico complejo. ¿Cómo explicar entonces, que no somos como una bicicleta, o como cualquier otro sistema físico inerte?. Sistemas físicos complejos, hay muchos en la naturaleza. Pero ninguno, salvo los seres vivos, es capaz de recuperar la energía que disipa como información. Recuperar la energía disipada como información, es la gran diferencia. Ello nos permite generar estructura, o provocar cambios irreversibles en la misma. Para ser más precisos, esta capacidad nos permite "auto organizarnos". Y el centro de la cuestión vuelve a desplazarse, ahora hacia la propiedad de "auto organización". No todos los sistemas físicos, complejos o no, son auto organizativos. Sólo unos pocos, cumplen con tal condición. El estudio de modelos de auto organización, describe a los seres vivos como sistemas físicos complejos del tipo NK2, que retienen para sí, dos propiedades fundamentales asociadas a la condición de los seres vivos: auto organizativos, y homeostásicos . A modo de simplificación, la auto organización puede definirse como la capacidad del sistema para generar y/o modificar su propia estructura, a partir de la información que recupera de la propia energía disipada (en realidad el tema es mucho más complejo, y nos llevaría al estudio de las redes booleanas aleatorias y las redes NK afines).

Por otra parte, no todos los sistemas auto organizativos son a su vez, homeostásicos. Sólo los sistemas NK2, cumplen con ambas condiciones (auto organización y homeostasis), cumpliendo con el"principio de condición" implicado en el principio de Margalef,principio que define la condición de "vivos", de estos sistemas físicos. El concepto de homeostasis, requiere también una sucinta descripción: en física se define como la "capacidad de un sistema físico para sortear perturbaciones". Tal definición es con mucho, más versátil y global que la clásica definición médica de "mantener la constancia o equilibrio del medio interno", definición que incluso facilita malas interpretaciones: errores como considerar que es una suerte de "equilibrio estático" al que se debe introducir la noción de "bifurcación", para llegar a entender que el restablecimiento del equilibrio va mudando los "niveles". Ese tipo de vicio de interpretación, no ocurre si se parte de la definición física de la misma. Tampoco ocurre si se ahonda en "cómo" y "porqué" ocurre la homeostasis, o lo que es lo mismo decir, si se atiende al "principio de estabilidad, inercia y recurrencia" . Los seres vivos somos entonces, sistemas físicos complejos auto organizativos y homeostásicos. Finalmente, antes de considerar las leyes de la termodinámica y su impacto en estos curiosos sistemas físicos que son los seres vivos, revisaremos el concepto de historia, tan ligado a los seres vivos. En física, historia es producir hechos irreversibles, y ello se vincula directamente con la única evidencia física que tenemos sobre la presencia de información: la estructura material (su aparición, o sus cambios irreversibles) de los seres vivos . La información se aprecia por los cambios irreversibles de la estructura, de modo que los seres vivos se hallan ligados de manera indisoluble a la creación de su propia historia, y el concepto de historia encuentra sus bases en la noción de información. Se debe tener entonces, una clara idea de lo que es la información, y su significado en el marco de la creación de historia. De algún modo, el conjunto de valores de las variables de estado de un sistema físico, constituyen la información sobre el mismo. Pero esa información, puede o no estar disponible para el observador. Y para el observador, sólo cuando esos valores se encuentran disponibles para él, dichos valores dejan de ser datos sobre el sistema para pasar a ser información sobre el mismo. O como dice Margalef, para tener información, es necesario contar con un observador que "levante acta" de lo ocurrido, y el observador es siempre, un ser vivo. Estamos ligados estrechamente al concepto de información, y a través del mismo, a la creación de historia

DONAL INGBER

Más allá de la Química: Tensegridad En 1993, el médico estadounidense Donald Ingber popularizó el concepto de "tensegridad". Los sistemas vivos, en todos los niveles jerárquicos, estabilizan a través de la interacción de dos fuerzas, una que es tensional y una que es la compresión. Ingber razonó que, dado que las células mueren continuamente, solo la química no puede ser responsable de la evolución de la forma. Lo que se mantiene es la arquitectura. Por lo tanto, Ingber se centró más en la arquitectura que en Biología. Se re-descubierto dos tipos de estructuras que exhiben estabilidad espontánea y resistente: la cúpula geodésica inventada por el físico estadounidense Buckminster Fuller (en el que la geometría de los componentes limita la Física de los componentes, inmovilizando con ello toda la estructura) y el "pre con estrés "esculturas construidas por el artista estadounidense Kenneth Snelson (en el que los componentes rígidos componentes flexibles tensos y componentes flexibles comprimen componentes rígidos, lo que" pretensado "toda la estructura). Estas estructuras "tensegridad" comparten la propiedad de la optimización de la estabilidad estructural y reducir al mínimo los materiales de construcción. Ingber demostró que las células vivas (y, en particular, su marco de referencia interno, el "citoesqueleto") se comportan como las estructuras de tensegridad, y que los principios de tensegridad también gobiernan (al menos) la formación de tejido. Formas geodésicas abundan en la naturaleza, desde el citoesqueleto de algunos átomos de carbono. Ingber cree que la tensegridad representa la continuidad del movimiento: Cuando un órgano se mueve, millones de células se ven afectados, y cada uno tiene que adaptarse al movimiento de los otros. Una estructura de tensegridad permite una transmisión equilibrada de tensión a los elementos de la estructura y garantiza la "armonía" de toda la estructura. En otras palabras, la estructura no se rompe o se deshacen, pero redistribuye la tensión y por lo tanto rediseña en sí. Ingber cree que la vida comenzó en capas de arcilla, una sustancia cuyos átomos están dispuestos geodésicamente y cuya porosidad permite la catálisis de reacciones químicas como las que llevaron a los ladrillos de la vida. Vida desarrollada antes de que cualquier mecanismo genético estaba presente. Entonces ADN creado una forma de acelerar la evolución. No es una coincidencia que las formas de pretensado y geodésicos predominan en el mundo viviente. La Función de Crecimiento La construcción de la forma es, por supuesto, sólo un aspecto de crecimiento. La pregunta básica es: ¿por qué crecen los seres? ¿Cuál es el objetivo de crecimiento? ¿Por qué no hemos nacido en la edad adulta? ¿No sería más fácil si hubiéramos nacido como adultos y tuvo que preocuparse sólo de la reproducción? Tenemos que proteger y nutrir a nuestros hijos, lo que resulta en una gran pérdida de energía y de las tasas de supervivencia más bajas. Una especie que no necesitan para crecer serían altamente eficiente. ¿Por qué los seres vivos crecen en lugar de ser construido?

Puede haber varias razones. La primera tiene que ver con la complejidad. Sería requiere una enorme cantidad de especificación para montar un cuerpo, célula por célula, mientras que el "crecimiento" es un proceso por el cual cada componente del sistema de ayuda a especificar el sistema en su conjunto. Se necesita muy poco para empezar, y no hay prácticamente ningún límite a cuán lejos se puede ir. Una segunda ventaja es que un sistema que se construye desde cero no es tan resistente, tan fácil de reparar, como un sistema que se ha desarrollado a través de una serie de etapas. Dado que el crecimiento es un proceso continuo sin fin, la mayoría de los fallos (como heridas, cortes, fracturas) ser reparado de forma natural. El sistema es tolerante a la mayoría de los fallos y seguirá funcionando. En un artefacto, la mayoría de los fallos de desactivar todo el sistema (un simple pinchazo es suficiente para detener un vehículo muy caro), e incluso puede destruirla (una simple lavadora fue suficiente para volar un transbordador espacial). Por último, un ser creciente integra mejor con el medio ambiente. Dado que el crecimiento depende de la materia circundante, así como el programa genético (es decir, comemos plantas y animales, el aire que respiramos, etc) el organismo resultante está mejor equipado para hacer frente a los desafíos planteados por el medio ambiente. En cierto sentido, no hay eventos "impredecibles", todos los accidentes posibles han sido predichos implícitamente en la forma en que nuestro cuerpo crece. Entonces la pregunta complementaria: ¿por qué se detiene el crecimiento? ¿Qué es tan especial acerca de nuestra vida adulta que lo convierte en el punto de crecimiento terminal, después de lo cual comienza la decadencia? ¿Por qué el final del crecimiento y se desvanecen en la decadencia? ¿Cuándo decadencia comienza realmente y por qué en ese momento y no en otro momento? Y ¿cuándo realmente terminó? Sabemos que cuando se crea un cuerpo, porque de repente podemos ver y tocar, pero no se sabe muy bien cuando un cuerpo se destruye, porque se desvanece lentamente. Ni que decir tiene, las cosas serían aún más fácil si los organismos no decaen, si sólo vivimos para siempre ... Interactividad La vista de la genética como un "fantasma en la máquina biológica", como el conjunto de instrucciones para la construcción de los seres vivos, fue criticado por el filósofo Susan Oyama, basándose en que se perpetúa el modelo erróneo de la naturaleza-educación dualismo (hereditario frente caracteres adquiridos).

La tradición occidental asume que forma preexiste a su aparición en el cuerpo y la mente (por ejemplo, como un genoma). La información es la fuente moderna de la forma: ubicuo en el medio ambiente, así como en el genoma. El desarrollo de un organismo se explica tradicionalmente como un doble proceso, en paralelo: por un lado, la traducción de la información en el genoma ("naturaleza") y, por otro lado, la adquisición de información del entorno ("alimentar"). Ambos procesos son dependientes de la información. Ello, la información regula el desarrollo. Esta visión tiene profundas raíces culturales, sino objetos Oyama que es nada más que un mito. Punto de vista de Oyama es que la información (por ejemplo, a partir del genoma) es en sí misma genera, se desarrolla. Información de sí sufre un proceso de desarrollo. Opuesto a tanto nutrir y naturaleza, Oyama sostiene que la forma de un organismo no puede ser transmitido en los genes o contenida en el medio ambiente, y no se puede dividir por grados de codificación: se construye durante los procesos de desarrollo. La información contenida en los genes y la información en el medio ambiente no son biológicamente relevante hasta que participan en los procesos que realmente construyen formulario. Forma emerge a través de un historial de las interacciones en muchos niveles jerárquicos, y la forma genética, pero es una de las "interactuantes". La forma es el resultado de la construcción interactiva, no el resultado de un plan preexistente. La distinción entre caracteres heredados y adquiridos debe sustituirse por la noción de sistemas de desarrollo. Un organismo hereda su entorno, como mucho, ya que hereda su genotipo. Hereda cierta competencia, pero también los estímulos que hacen que la competencia significativa.