miércoles, 15 de febrero de 2017

La termodinámica de la vida. (Eric D. Schneider y Dorion Sagan (2008))





§ La vida es un fenómeno similar al de la llama de una vela: una combustión controlada, un flujo de energía estructurado.
§ Termodinámica de la vida = Termodinámica de los sistemas abiertos = Termodinámica del no equilibrio.
§ Los cuerpos e identidades considerados vivos derivan de ciclos complejos de transformación de energía, que sólo más tarde desarrollaron genes.
§ Vida es un sustantivo, mientras que el fenómeno al que se refiere es un proceso, y el término en sí mismo es vitalista: cuando empleamos la palabra vida, creemos saber de que estamos hablando, pero lo cierto es que a menudo no hacemos más que aplicar una etiqueta con la que categorizamos el fenómeno, en lugar de examinarlo de cerca
§ Las economías, las reacciones químicas, los ecosistemas y los sistemas solares se organizan en torno a gradientes energéticos, diferencias naturales de temperatura, presión y potencial químico que establecen las condiciones para el flujo de energía.
§ La elevada organización y baja entropía de los organismos queda compensada por la polución, el calor y la entropía que desprenden a su alrededor.
§ Un sistema complejo cumple de manera más efectiva el objetivo natural de producir entropía que un sistema más simple y menos organizado.
§ El objetivo de la vida es fomentar el caos, producir entropía.
§ La vida tiene la prosaica función de transformar energía.
§ Los sistemas complejos como los tornados o las células de Bérnard, cumplen la misma función que la vida, y surgen en las mismas condiciones que esta, cuando existe un gradiente, una diferencia medible de presión, temperatura o concentración química, con el objetivo de degradarlo.
§ Allí donde las condiciones lo permiten (o lo favorecen), surgen organizaciones cíclicas para disipar entropía en forma de calor.
§ La diversidad biológica es debida a una mayor energía disponible. Esto se ve en la mayor diversidad biológica que muestra el Ecuador terrestre.
§ El incremento de la inteligencia es una medida de formar organismos que exploten recursos energéticos sin agotarlos.
§ Científicamente hablando, la vida puede contemplarse como un tupo de sistema complejo regido por la energía y sus transformaciones.
§ La idea de que la naturaleza aborrece los gradientes es muy simple: un gradiente no es más que una diferencia de temperatura, presión o concentración química a lo largo de una distancia. La aversión de la naturaleza hacia los gradientes implica que éstos tenderán espontáneamente a desaparecer, de manera especialmente espectacular por la acción de sistemas complejos autoorganizados, que aceleran su disgregación. El concepto simple de gradientes que se deshacen resume la difícil ciencia de la termodinámica, desmitifica la entropía y arroja luz sobre cómo surgen de manera natural estructuras y procesos complejos. Incluidos los de la vida.
§ La energía procedente del Sol genera, perpetúa y elabora identidades, desde torbellinos y flores hasta economías y gobiernos, muchas de las cuales parecen planeadas por una mano u ojo invisible.
§ La vida tiene la ciclópea (e imposible) misión de reducir el enorme gradiente estelar que existe entre el Sol caliente y el espacio frío. La ganancia de complejidad en el proceso se realiza para intentar (vanamente) optimizar el proceso
§ La función de la vida es la de reducir un gradiente medioambiental.
§ La exergía mide la calidad de la energía.
§ Todos los sistemas organizados se alimentan de alguna fuente externa de exergía.
§ El científico no estudia la naturaleza porque es útil; la estudia porque se deleita en ella, y se deleita en ella porque es bella. Si la naturaleza no fuese bella, no valdría la pena conocerla, y si no valiese la pena conocer la naturaleza, tampoco valdría la pena vivir la vida. Jules-Henri Poincaré.
§ Las cosas cambian en la dirección a lo más probable.
§ Cuando manejamos 1023 moléculas, los promedios estadísticos convergen con la realidad.
§ El tiempo lineal es una ilusión de seres confinados en ciertas regiones del universo.
§ La recurrencia eterna se aplica a sistemas aislados con suministros de energía inagotables, no tanto a sistemas abiertos.
§ Parte del problema estriba en que somos  parte de la estructura que intentamos observar (el universo).
§ Las organizaciones funcionales, sean aves, abejas, bacterias o internautas, reducen gradientes.
§ La gente gana al bingo a diario, pero eso no impide que la casa tenga todas las de ganar. Y el casino cósmico tiene una ventaja añadida: no podemos abandonarlo.
§ Los sistemas abiertos permiten el paso de flujos entrantes y salientes de energía y materia a través de sus límites. Son sistemas que, en vez de alcanzar un equilibrio final predeterminado y desaparecer, aceleran el tránsito hacia el equilibrio de su entorno. Es cierto que los sistemas aislados están abocados a la ruina, pero tales sistemas son raros. Casi todos los sistemas reales son abiertos. Incluso los recipientes térmicamente aislados están sometidos a la acción de la gravedad, aunque hasta ahora sus efectos se hayan ignorado. Ni siquiera se sabe si el propio universo se comporta como un sistema cerrado o como un sistema abierto Y aunque estuviese completamente aislado, si el universo fuera infinito podría no comportarse como los sistemas finitos de la termodinámica clásica. Quizá pueda burlar la muerte térmica.
§ De manera un tanto paradójica, a base de organizarse internamente (aumentar su complejidad), los procesos complejos suprimen con más eficacia los gradientes de su entorno (producen más entropía).
§ La vida ha sido tomada como una cosa pero en realidad es un proceso.
§ Lotka observó que los sistemas cercanos al equilibrio parecen estáticos, pero que en realidad se encuentran en un estado estacionario, comiéndose un gradiente.
§ En los organismos vivos no se viola nunca la segunda ley, pero su tendencia descendente puede contenerse si las estructuras canalizan la energía hacia el mantenimiento de ciclos químicos o bioquímicos.
§ Mediante intrincados bucles retroactivos autorreguladores, ardemos lentamente, metabolizando en vez de quemándonos.
§ La materia viva ha encontrado una manera de burlar la inevitable degradación entrópica de sus sistemas: la reproducción.
§ Un ejemplo bien familiar de ese desorden creado es la polución.
§ La vida, como el universo, fluye termodinámicamente corriente abajo. Somos remolinos en un mar termodinámico, parte del proceso de un universo lleno de energía vivificadora.
§ Como un tilonorrinco que decora su nido con detergente azul y chapas de refrescos, la autocatálisis (vida) introduce nuevos jugadores que potencialmente pueden incrementar la armonía y la funcionalidad del conjunto.
§ Cada uno de nosotros es un flujo prigogineano, un torbellino reticular de genes y células en una biosfera fuera de equilibrio, prolongada en un universo creativo y generador de novedades.
§ La segunda ley, combinada con gradientes impuestos, proporciona a la vida su rumbo y su razón de ser.
§ La termodinámica es, por encima de todo, la ciencia de los procesos espontáneos, el ímpetu de las cosas. El enfoque termodinámico de la evolución nos permite acomodar la vitalidad de la vida a la legitimidad de los procesos físicos. La emergencia y la evolución de la vida son fenómenos caudalmente conectados con la Segunda Ley.
§ La vida ha aprendido a atapar el electrón en el estado excitado, desacoplarlo de su pareja y hacerlo caer hasta el estado fundamental a través de su maquinaria biológica, utilizando el exceso de energía para los procesos de la vida.
§ La naturaleza crea espontáneamente sistemas complejos para librarse de los gradientes y en el proceso, exportar caos molecular al medio.
§ Las individualidades no están aisladas ni cerradas, sino que surgen como sistemas abiertos metaestables en un mar de flujos de energía. (El aislamiento crea tensión)
§ A medida que aumenta el gradiente de temperatura, se impone una manera más efectiva de reducirlo.
§ Cuando los sistemas como las células de Bénard se bifurcan y pasan de la conducción a la convección, del desorden a la organización, el flujo de calor a través del sistema –su producción de entropía- aumenta.
§ Las células de convección, mucho más simples que la vida, constituyen una expresión de la tendencia de la naturaleza a crear discontinuidades (individuos), a producir caos a través de la complejidad.
§ Quizá la vida no comenzó hasta que la química replicativa no tuvo su propia casa.
§ Las formas complejas nos parecen bellas porque son más efectivas degradando gradientes.
§ Estos organismos de la física (los tornados) no tienen la capacidad, que sí tienen los organismos biológicos, de buscar nuevos gradientes para sustentar su organización de no equilibrio.
§ Estas células giratorias inanimadas (de Bénard) nacen del vientre mismo de la naturaleza.
§ No es que las células de Bénard se parezcan a la vida, porque no es un modo de ser de la vida, es un modo de ser de la naturaleza.
§ Hablando desde el punto de vista termodinámico, no existe una sola respuesta para la solución de buscar el equilibrio.
§ El gradiente que impulsa un huracán es el que se establece entre el agua oceánica cálida y las temperaturas frías de las capas altas de la atmósfera (gradiente de temperatura vertical). Este gradiente genera una succión de aire cálido que, a su vez, crea una caída de presión en la superficie oceánica, con lo que se establece un gradiente de presión entre el interior y el exterior de la borrasca (gradiente de presión horizontal), formando un vacío relativo que es el ojo del huracán. Esto, combinado con el efecto de la fuerza de Coriolis, da vida al huracán.
§ La condensación de vapor de agua es un proceso exotérmico, lo que conlleva a igualar las diferencias de temperatura entre el mar cálido y la atmósfera fría.
§ El huracán succiona aire y libera calor, es un organismo de la física, posee un gran ordenamiento molecular interno, y su función es fomentar el caos molecular del equilibrio, cuyo valor es el más alto al desaparecer el huracán.
§ Los sistemas complejos del no equilibrio no son la excepción sino la regla.
§ La vida, pero no únicamente la vida, tiene lugar en el área de los flujos de energía.
§ La vida y el universo emanan de la misma corriente, la vida no es algo aparte de la  materia, sino un proceso informacional y energético que ocurre en la superficie de la Tierra.
§ Henri Bergson intuyó la naturaleza termodinámica de la vida.
§ Somos hijos del Sol.
§ Página 211 (esquema gradiente sol/universo)
§ La selección natural favorece a los seres vivos más capaces de captar y almacenar energía.
§ La segunda ley no dice que los sistemas tiendan al equilibrio lo más deprisa posible.
§ El sexo mantiene nuestra forma de desequilibrio termodinámico reproduciendo sistemas fisiológicos muy parecidos a nosotros, pero rejuvenecidos y a veces mejorados.
§ Los sistemas complejos está conectados. El tabaco, la coca, el cannabis, el cacao y el café han tenido un éxito asombroso en la expansión de sus áreas de distribución a través de sus efectos sobre los cerebros y cuerpos humanos.
§ Los organismos pueden ser considerados como nodos conectables que transforman el entorno mientras canalizan flujos de energía.
§ En el hinduismo, el mundo, Brahma, está vivo: no nacemos de él, sino que emanamos de él, como la fruta del árbol.
§ El flujo de energía incrementa sobremanera la probabilidad de la vida.
§ La química básica de la vida es la del universo: la adenina, por ejemplo, puede derivarse del cianuro de hidrógeno, una molécula corriente en el espacio.
§ El origen de la vida se sitúa en un pequeño agujero caliente y oscuro en las profundidades del océano.
§ La creencia en un origen no sobrenatural de la vida es también una cuestión de fe, pero es una cuestión de fe estrechamente ligada al empirismo.
§ La vida es un remanente de una estructura termodinámica prereplicativa más grande, la mayor parte de la cual ha desaparecido.
§ La vida se originó en gradientes químicos de sulfuro de hidrógeno.
§ Página 224 (origen de la vida)
§ Página 230 (origen de la vida)
§ Página 237 (lobos)
§ Un ecosistema simple con sólo 20 especies en interacción genera del orden de 2,4 x 1018 conexiones posibles.
§ El ecosistema maduro representa un sistema que ha explorado todas las rutas disipativas posibles de dinero fácil y ahora camina despacio con las cantidades óptimas de energía captadas y degradadas por su sistema.
§ Cada formación clímax es capaz de reproducirse, repitiendo la fidelidad esencial de las fases de su desarrollo, como un organismo individual vegetal o animal.
§ Página 243 (flujo de energía)
§ La vida, compuesta de átomos, moléculas, genes, células e individuos, también es un sistema complejo que se organiza en respuesta a un entorno organizado.
§ El clímax de un ecosistema es un estado cuasi-estacionario: está organizado para degradar todos los gradientes energéticos disponibles de la manera más completa posible.
§ Página 256, destrucción creativa.
§ La tensión (estrés) provoca que el sistema reductor de gradientes revierta a modos anteriores, menos eficientes, que funcionan con menos energía pero generan más calor.
§ Los ecosistemas sufren fiebres igual que los animales cuando sufren una enfermedad.
§ Decimos vine a este mundo, pero no hicimos nada de eso. Salimos de él, igual que los frutos salen de los árboles. Alan Watts
§ El ecólogo, el biólogo y el físico saben que todo organismo constituye una unidad de comportamiento, o proceso, con su entorno.
§ Los ginkos y los musgos producen gametos masculinos nadadores casi indistinguibles de los espermatozoides animales, salvo en la posesión de cabezas con cloroplastos verdes.
§ Aquellos que vislumbran un vínculo fundamental entre la flecha termodinámica de la disipación energética y la flecha biológica de la tierra reverdeciente son una pequeña minoría, y se sitúan al margen de la corriente actual de la ciencia biológica contemporánea. Pero esa visión revela esa profunda continuidad entre la física y la biología, la fuente última de la vida. Franklin M. Harold
§ Nietzsche dijo que el mundo es bello, pero tiene un chancro llamado hombre.
§ El mismo crecimiento y desarrollo que muestran los ecosistemas se puede encontrar en el desarrollo de nuevos mercados económicos.
§ La segunda ley promueve teleomáticamente errores de replicación que incrementan la aleatoriedad configuracional (aleatorización molecular). Algo que se hace con total perfección va en contra de la segunda ley, crea tensión y termina por colapsar.
§ Tanto en ecología como en la evolución se manifiestan diversas tendencias: incremento del número de especies, redes cada vez más complejas, diferenciación creciente, incremento de la integración funcional de los flujos termodinámicos, incremento de la capacidad de los organismos para ajustarse a gradientes menguantes y cambiantes, y capacidad disipativa creciente.
§ Como una  nueva hoja de un árbol o un nuevo negocio en la economía global, cada nueva especie representa una nueva vía para la captación, acumulación y degradación de energía.
§ Las recuperaciones puntuales de las especies se asemejan al incremento de la diversidad tras una perturbación ecológica y la consiguiente adición de nuevas especies durante la sucesión. (crisis económica y recuperación)
§ Un incremento de la diversidad de especies es la búsqueda ecosistémica de nuevas vías de degradación energética.
§ Cuanto más incrementa su diversidad (el ecosistema) menos susceptible es de apagarse.
§ Los animales grandes adquieren más recursos pero producen menos descendencia.
§ El imperativo termodinámico proporciona a los individuos, en cuanto a sistemas abiertos, un incentivo para organizarse en entidades de orden superior, energéticamente más eficientes.
§ El móvil original (arreglárselas para disipar energía de la manera más eficiente posible y con los materiales disponibles) es el de la segunda ley.
§ La ventaja selectiva recaerá en aquellos sistemas autocatalíticos que incrementen el flujo de energía a través de sí mismos mejor que sus competidores.
§ La inteligencia y la tecnología están en consonancia con la tendencia de la segunda ley al incremento de la explotación y reducción de los gradientes disponibles.
§ La evolución tiene una dirección, la de la expansión de las funciones de los sistemas TNE, mientras éstos siguen la flecha del tiempo hacia un futuro apasionante e incierto.
§ No hay nada que sea más prometedor para una vitalidad prolongada como el ejercicio físico.
§ Los deportistas envejecen 5 años por década, las personas sedentarias envejecen 20 años en el mismo tiempo.
§ Página 322 (envejecimiento).
§ Un flujo de energía mínimo lleva a la atrofia y el estancamiento. El organismo se apaga.
§ El dicho el dinero hace dinero no es sólo un axioma del capitalismo, sino también un reflejo de los procesos de crecimiento típicos de los sistemas de no equilibrio.
§ La destrucción de un gradiente para liberar su energía potencial requiere una energía de activación, Ea, de ahí que ganar dinero requiera dinero, al igual que la obtención de energía metabólica requiera la combustión catabólica del alimento.
§ Y la actividad que llamamos comercio es en realidad un caso especial de un fenómeno más general, la compartición de productos e información por masas de individuos transformadores de energía.
§ Si observamos el volumen de acciones de una manera global, encontramos un incremento continuado a lo largo del tiempo. Este crecimiento del volumen de negocio total, como el incremento del número de especies en el tiempo, representa un incremento del número de especies con el tiempo, representa un incremento de la energía total obtenida, procesada y degradada por el sistema complejo.
§ Como individuos podemos afligirnos por la pérdida de diversidad cultural y pensamiento crítico. Pero lo que parece claro es que esta pérdida de diferencia no deja de ser otra reducción de gradientes posibilitada por el desarrollo de un sistema complejo.
§ Página 352 y 350 Alfrodo.
§ Somos parte de un proceso creativo a escala cósmica que genera estructura, complejidad e inteligencia a la par que destruye gradientes.
§ Así como los platos caen al suelo por influjo de la ley de la gravedad, nosotros nos vemos impelidos a la muerte y al sexo por influjo de la segunda ley. La diferencia es que mientras la gravedad actúa sobre nosotros físicamente, la segunda ley lo hace bioquímicamente (aunque la razón última es física).
§ Teleológico: relativo a la causa final consciente.
§ Teleomático: comportamiento promotor de un fin (inconsciente, dictado por una ley (la gravedad)).
§ Teleonómico: comportamiento dirigido a un fin inconsciente pero vivo (bombeo de sangre del corazón)
§ Una piedra con libre albedrío pensaría que cae por voluntad propia. Spinoza
§ Somos elementos de colectivos reductores de gradientes como las naciones o los ecosistemas desprovistos de cerebros propios.
§ Los organismos vivos no son más que tubos que tragan cosas por delante y las echan por detrás, las cuales los mantienen haciendo lo mismo hasta que se desgastan. Así que, para seguir con esta farsa, los tubos encontraron maneras de producir nuevos tubos, que también tragan cosas por delante y las echan por detrás. En el extremo de estrada incluso desarrollan ganglios nerviosos denominados cerebros, con ojos y oídos, que les facilitan la búsqueda de cosas que tragar. Siempre y cuando obtengan alimento suficiente, gastan su excedente energético en menearse de maneras complicadas, producir toda clase de sonidos inhalando y exhalando aire por el agujero de entrada y congregarse en grupos para luchar contra otros grupos. Con el tiempo los tubos adquieren tal cantidad de aparatos adosados que son difícilmente reconocibles como tubos. Existe una norma vaga de no comer tubos de la misma forma que la propia, pero en general hay una intensa competencia por ver quién se convierte en el tipo superior de tubo. Todo esto parece maravillosamente fútil, y sin embargo, si uno se pone a pensar en ello, comienza a parecer más maravilloso que fútil. Alan Watts
§ La TNE (termodinámica del no equilibrio) nos muestra sencillamente como la vida es un proceso totalmente natural que surge espontáneamente a caballo de un flujo de energía y para la reducción de un gradiente.
§ Nuestro anhelo de sexo y comida nos empuja a seguir adelante, permitiéndonos permanecer como cierto tipo de sistema degradador de energía o hacer nuevas copias del modelo humano que puedan continuar tras nuestra desaparición.
§ La idea de que las raíces del comportamiento (humano) intencional residen en la segunda ley, es apasionante.
§ La vida tiene un propósito material termodinámico.
§ Los sistemas abiertos fuera del equilibrio residen a cierta distancia del equilibrio, producen entropía que el sistema exporta al entorno y mantienen una entropía baja entro del sistema a expensas del desorden fuera del sistema. La importación de energía y materia en una estructura rebajará la entropía interna del sistema si la entropía importada es menor que la exportada.
§ Los procesos biológicos demoran la disipación inmediata de la energía y dan lugar a almacenamiento de energía y materiales, reciclado y estructura.
§ La captación y recepción de fotones, y la transducción de energía lumínica en energía química mediante la fotosíntesis es la base termodinámica de la vida más moderna.
§ Las estructuras autocatalíticas disipativas más exitosas degradan los gradientes disponibles a fin de mantener su capacidad degradadora de gradientes.
§ La vida y otros sistemas complejos no sólo no contradicen la segunda ley, sino que existen en virtud de ella.
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