Estructuras disipativas

EL BASILISCO, número 10, mayo-octubre 1980, www.fgbueno.es

ARTÍCULOS

ESTRUCTURAS DISIPATIVAS
ALGUNAS NOCIONES BÁSICAS /1
MANtJEL G A R C Í A
Madrid

VELARDE

VÍCTOR FAIREN LE LAY
Stanford

1. Introducción
os seres vivos, en su diversidad de estructuras, su funcionamiento y cooperación entre ellos dando lugar a un todo complejo pero cuidadosamente regulado, han hecho pensardurante mucho tiempo que formaban un mundo totalmente aparte del inanimado. Esencialmente, las teorías vitaiistas surgieron como un intento de justificar la organización en los seres vivos a través de un etéreo Principio Vital, que singularizaba la mateiria viva frente al resto de la naturaleza. Con la introducción del Segundo Principio de la Termodinámica y las especulaciones de Clausius se reforzó laidea de la existencia de un imaginario «diablillo» (Maxwell, Brillouin, Szilard) que, cuidadosamente, relacionaba y controlaba los distintos componentes del ser vivo a contracorriente de dicho Principio termodinámico. Los progresos hechos en Biología en el siglo X X y en especial el desarrollo de la Biología Molecular han dejado a la filosofía vitalista en el baúl de los recuerdos, reduciendo lavida a la conjunción de numerosos mecanismos fisicoquímicos maravillosamente regulados y sincronizados. Sin embargo, si por una parte la Biología Molecular ha hecho una aportación clave para nuestra comprensión del problema, por otro lado ha planteado nuevas cuestiones que empezamos a poder contestar. Por un lado ya entendemos la compatibilidad, o mejor dicho la ajenidad, de los seres vivos con elSegundo Principio de la Termodinámica y, por otro lado, vamos asimilando el que forma, estructura y organización no son reducibles de forma trivial a las propiedades de los elementos físico-químicos de que se componen los organismos o, en otras palabras, la propiedad de coope-

ratividad o sinergismo entre los distintos componentes de un ser vivo no se explica por la simple suma de laspropiedades de todas ellas por separado. Curiosamente, esto ya era conocido en algunos aspectos de la Física de lo inanimado (magnetismo, ferroelectricidad, superconductividad, etc.). En efecto, los fenómenos cooperativos no son privativos del mundo vivo, sino que encontramos en la naturaleza inanimada variedad de éstos, todos ellos caracterizados, al igual que ocurre con los seres vivos, por la formaciónde estructuras ordenadas. La aparición de estas estructuras cubre casi todas las ramas de la Física, extendiéndose también a la Química, tanto orgánica como inorgánica. El progreso hecho en ios últimos años para intentar explicar estos fenómenos ha sido espectacular, hasta el punto que, a medida que avanza la Teoría, va tomando fuerza el sentimiento que estas estructuras ordenadas son la regla másque la excepción. Las características generales de estas estructuras ordenadas son esencialmente las siguientes: se desarrollan muy lejos del equilibrio, es decir, son fenómenos fuertemente irreversibles y, por tanto, fuertemente disipativos (de energía o materia). A causa de esta fuerte disipación, que tienen que compensar para poder mantenerse, estas estructuras sólo aparecen en sistemas queintercambian materia y/o energía con su entorno, es decir, en sistemas abiertos. Evidentemente, la descripción de estas estructuras sale fuera de la forma global del Segundo Principio de la Termodinámica (para sistemas aislados) por lo que la existencia de un «diablillo de Maxwell» es innecesaria. Pero esta evidencia y el entendimiento del segundo principio en su forma local como principio decrecimiento de la entropía han tardado muchos años en imponerse.
EL BASILISCO

EL BASILISCO, número 10, mayo-octubre 1980, www.fgbueno.es

2. Estructuras Disipativas
La formulación clásica del Segundo Principio de la Termodinámica, debida a Glausius, se refiere únicamente a sistemas aislados, es decir, que no intercambian ni materia ni energía con el exterior. Entonces, en presencia de procesos...