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1 de Marzo de 1979
Biología

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, a su vez, son susceptibles de evolucionar.

Imagen termodinámica de la evolución de un ser vivo (curvas en negro). El estado adulto (color) se consigue por la adaptación del sistema a las ligaduras termodinámicas transmitidas por la fecundación e impuestas por el ambiente. La degeneración de dicho estado (envejecimiento) aparece por una lenta relajación de dichas ligaduras. El estado final de muerte equivale al equilibrio termodinámico.

Nota de los editores: El 3 de marzo de 2018 nos dejó Jorge Wagensberg, eminente físico y divulgador científico experto en museografía. Entre sus  logros, destaca ser el creador y primer director de CosmoCaixa, el primer museo de la ciencia interactivo de España. A modo de homenaje, ponemos a su disposición la versión íntegra de un artículo que escribió para Investigación y Ciencia junto con David Lurié en 1979.

El siglo XIX contempló el apogeo de una ciencia determinista que culminó con la formalización más perfecta de la mecánica newtoniana. Esta ciencia exhibe un concepto de "orden" inspirado en la observación de los fenómenos astronómicos y proporciona una imagen armónica y preestablecida de la naturaleza. El tiempo constituye un parámetro sin dirección, todas las ecuaciones son reversibles y no existe privilegio alguno entre las nociones de pasado y de futuro. En este ambiente nació la termodinámica con su célebre "segundo principio", que aporta la irreversibilidad del tiempo y, con ella, una dirección bien definida para las evoluciones. La nueva ciencia fue aceptada dentro de la familia de la física como una entidad extraña y molesta. Pero a partir de entonces se han venido desarrollando nuevas disciplinas protagonizadas por el nuevo concepto del tiempo. Hoy la termodinámica se nos ofrece como una ciencia clave para la comprensión y descripción del concepto general de "cambio". En biología, la termodinámica ha encontrado no sólo un dominio inagotable de aplicación sino también una fuente de inspiración que ha sido decisiva para su propio progreso durante los últimos de­cenios. Las razones han sido fundamentalmente dos. Por un lado, el alto grado de complejidad que los sistemas vivos muestran en sus estructuras a todos los niveles (muy alejado ya del concepto de orden astronómico); por otro, la necesidad de un tiempo irreversible que describa la evolución y la interelación de dichas estructuras.

La termodinámica interesa al problema de la vida desde sus mismos cimientos, léase primer y segundo principios, que rigen el conjunto de transformaciones fisicoquímicas que tienen lugar en el seno de los sistemas observables. El primer prin cipio afirma la conservación de la energía total de un sistema en el transcurso de dichas transformaciones. Un sencillo ejemplo: el trabajo que mueve un automóvil más las pérdidas (en forma de calor, por ejemplo) equivale a la energía química de combustión de la gasolina liberada en el interior de los cilindros del motor. El segundo principio, en su versión original, describe la evolución de un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su vecindad): existe una magnitud S, llamada "entropía", que no puede hacer más que crecer durante el desarrollo de cualquier transformación de energía, de forma que, transcurrido un tiempo suficientemente largo, alcanzará un valor máximo, que caracteriza al estado final, llamado de equilibrio termodinámico, estado en el que ningún proceso que altere el valor de S es posible. El segundo principio aporta, con esta primera formulación, un criterio de evolución hacia el futuro y adquiere una fuerza especial con la interpretación estadística de Boltzmann: la entropía es una medida del desorden molecular. El segundo principio se convierte así en una ley de desorganización progresiva y los sistemas que la obedecen, en contraste con los sistemas mecánicos, se olvidan de sus condiciones iniciales.

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