Sobre la termodinámica de los sistemas físicos biológicos (i)

Sobre la termodinámica de los sistemas físicos biológicos (I)
El envejecimiento: ¿Una cuestion de geometría? Un modelo topológico de la biología
Jorge Barragán

El Principio de Margalef Uno de los conceptos primarios que permite comprender la termodinámica de los seres vivos, es el llamado principio de Margalef [ REF1 ]: 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 detodos 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 [ REF2 ]. Incluso Margalef va más allá, pues señala que estos sistemas que conforman el sistema complejo queconstituye 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. Estarecuperación 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 porlo menos alguna función común. Y la condición de "complejos" se debe a que las partes que lo constituyen, son diferentes entre sí [ REF9 ]. 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 físicoscomplejos, 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 adesplazarse, 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: autoorganizativos, y homeostásicos [ REF3 ].

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, notodos 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...