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1 de Septiembre de 2019
Biofísica

La vida contra la entropía

Un tratado sobre física y biología que toma el relevo donde lo dejó Erwin Schrödinger.

THE DEMON IN THE MACHINE
HOW HIDDEN WEBS OF INFORMATION ARE FINALLY SOLVING THE MYSTERY OF LIFE
Paul Davies
Allen Lane, 2019

Durante largo tiempo, la biología se basó en teorías puramente cualitativas y en ensayos con sujetos experimentales que rehusaban hacer lo mismo dos veces. Hoy, sin embargo, la disciplina se sustenta en una montaña de datos. Impulsada por las revoluciones en biología molecular y computación acaecidas durante el siglo XX, la biología ha pasado de observar y describir a secuenciar y calcular. Esa tendencia la ha acercado a la física, lo que ha llamado la atención de un buen número de expertos en esta ciencia.

Uno de los pensadores que han trascendido la frontera entre ambas disciplinas es el cosmólogo y escritor Paul Davies. En su último libro, The demon in the machine («El demonio en la máquina»), defiende que el concepto de información no solo es fundamental para la biología, sino también para entender la propia vida. Davies sigue así los pasos del célebre físico austriaco Erwin Schrödinger, quien en 1943 impartió una serie de conferencias en el Trinity College de Dublín (publicadas el año siguiente con el título ¿Qué es la vida?) donde desgranaba buena parte de los principios de la genética molecular una década antes de que se descubriera la estructura del ADN.

En su calidad de experto en la teoría cuántica, a Schrödinger le sorprendió que los átomos, a pesar de comportarse de un modo profundamente imprevisible, pudieran dar lugar a sistemas muy ordenados, capaces de persistir durante largos períodos de tiempo e incluso de replicarse. Ese comportamiento parece sortear la segunda ley de la termodinámica, la cual establece que el valor total de la entropía (una medida del desorden de un sistema) no puede sino aumentar.

Este apunte histórico le sirve a Davies de punto de partida. Como cosmólogo, sin embargo, su principal pregunta no surge al considerar lo extremadamente pequeño, sino lo incomparablemente grande. Si la vida existe en otras partes del universo, se pregunta Davies, ¿cómo podríamos reconocerla? Buscar en otros planetas signos de agua líquida, de química orgánica o de gases atmosféricos, como oxígeno, dióxido de carbono o metano, tiene sentido dadas las características del único ecosistema que conocemos. Pero a Davies le parece sumamente estrecho de miras —y al autor de estas líneas también— dar por sentado que esos elementos constituyen la esencia de la vida.

Davies defiende que las características que definen la vida se entienden mejor en términos de información. Es este un punto de vista mucho menos absurdo de lo que pudiera parecer. También la energía es abstracta y, aun así, la aceptamos como factor causal sin demasiados problemas. De hecho, la energía y la información guardan una íntima relación a través de la entropía.

Davies explica esa conexión a partir del demonio de Maxwell. En el siglo XIX, el físico James Clerk Maxwell propuso un célebre experimento mental en el que consideraba una hipotética bestia diminuta encaramada a una abertura entre dos recipientes de gas. Dependiendo de la energía cinética de las moléculas, el animalillo solo deja pasar unas u otras. De este modo, y al menos en principio, podría hacer que todas las moléculas rápidas acabasen en un recipiente y todas las lentas en el otro. Ello reduciría la entropía total del sistema (al incrementar el orden) y, en consecuencia, violaría la segunda ley de la termodinámica.

La resolución a esta paradoja parece residir en el hecho de que, para llevar a cabo su tarea, el demonio debe primero obtener información sobre las propiedades de cada molécula. Y para ello necesita algún dispositivo de registro, como un cerebro o un cuaderno diminuto. Al tener en cuenta los procesos asociados al tratamiento de la información en dicho registro, puede verse que la entropía total (la del gas más la del demonio) siempre aumenta.

Desde esta perspectiva, cabe considerar que los sistemas vivos se hallan compuestos por innumerables de estos «demonios» (proteínas y otra maquinaria celular) que mantienen el orden a nivel local a costa de bombear desorden (a menudo en forma de calor) al entorno. Davies actualiza hábilmente la observación de Schrödinger usando la teoría de la información de Shannon, las máquinas de Turing (computadoras universales), las máquinas de Von Neumann (constructores universales capaces de autorreplicarse), la biología molecular, la epigenética, la teoría de la información integrada (referida a la consciencia) y la biología cuántica (encargada de estudiar los efectos cuánticos en procesos que van desde la fotosíntesis a la coloración de los insectos y el vuelo de las aves).

Aunque hilar una narrativa coherente a partir de temas tan dispares podría resultar complicado, Davies lo logra de manera admirable, permitiéndose tan solo alguna que otra incursión en cuestiones que parecen un tanto fuera de lugar. Una es la breve reseña a su trabajo sobre el cáncer, enfermedad que no ve tanto como un ejemplo de maquinaria celular estropeada, sino como una regresión a un estadio evolutivo anterior, cuando los organismos unicelulares respondían a las condiciones adversas reproduciéndose.

¿Qué consecuencias prácticas tiene considerar la vida desde el punto de vista de la información? Aún no lo sabemos, pero podemos conjeturar. En primer lugar, si las características esenciales de la vida son entrópicas, puede que sea un error basarnos en la química a la hora de buscar vida extraterrestre. Podría resultar más útil intentar identificar fenómenos como la «antiacreción»: la transferencia regular de materia desde la superficie de un planeta hacia el espacio. La Tierra lleva experimentando este proceso desde los años cincuenta, cuando comenzamos a contrarrestar el tráfico unidireccional de asteroides y meteoritos hacia nuestro planeta con el lanzamiento de los primeros satélites artificiales. Cabe argumentar que tales situaciones no solo son compatibles con la presencia de vida, sino que resulta casi imposible explicarlas de otra manera.

Por otro lado, una definición de vida que no se centre en un sustrato basado en el carbono, sino en sus características informacionales, podría obligarnos a reconsiderar nuestra postura sobre los sistemas artificiales integrados en los ordenadores. Ya estamos empezando a tratarlos como compañeros, pero ¿podríamos llegar a considerarlos criaturas vivas en vez de meras imitaciones? Que nos perdone Charles Darwin, pero hay cierta grandeza en esta visión de la vida.

Además de tener intereses eclécticos, Davies es iconoclasta y de ideas fijas. Aunque es evidente que no cree en ninguna fuerza vital más allá de la física o la química, tiene poco tiempo para el reduccionismo, y no cree que sea posible explicar por completo la vida en términos de leyes generales (como la segunda ley de la termodinámica), ni siquiera en teoría.

En un último guiño a Schrödinger, que pensaba que una adecuada comprensión de la vida podría revelar «otras leyes de la física desconocidas hasta el momento», Davies concluye argumentando que la biología aún podría encerrar profundas lecciones para la física. Se trata de una conclusión muy especulativa y, en opinión de quien escribe —un biólogo—, probablemente falsa. Con todo, no es una crítica. Más bien al contrario: si hubiera más autores que se equivocasen de manera tan estimulante, tal vez nos resultaría más fácil descubrir la verdad.

 

Artículo original publicado en Nature, vol. 565, págs. 427-428, 24 de enero de 2019. Traducido con el permiso de Macmillan Publishers Ltd. © 2019

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