TermoEvol


Termodinámica y evolución
Ciencias para el Mundo
Contemporáneo

IES Juan A. Suanzes
Avilés. Asturias

“Cuando encendemos una vela, la llama crece; pero pronto se instala en un estado estacionario, y se mantiene encendida mientras quede mecha y cera. La vida es un fenómeno similar: una combustión controlada, un flujo de energía estacionario. Esto es más que una analogía. En efecto, los animalesobtienen su energía de una reacción del oxígeno con compuestos ricos en carbono, del mismo modo que la llama de una vela se mantiene “viva” siempre que haya oxígeno para la combustión de la cera rica en hidrógeno. Por supuesto hay diferencias fundamentales. Para empezar, los organismos “queman” su combustible a temperaturas mucho más bajas, y este “fuego” implica no sólo el mantenimiento de unaestructura concreta durante un tiempo relativamente corto, sino la reproducción de su forma y función antes de extinguirse. La vida, como el fuego, se propaga. Sin embargo, a diferencia de las llamas, los organismos vivos se reproducen. Y, puesto que varían en su reproducción (que nunca es un proceso perfecto) y no todas las variantes sobreviven, la vida evoluciona.”
La termodinámica de la vida (1)En el párrafo se mencionan dos procesos fundamentales para la vida: el flujo de energía y la evolución. Son precisamente estos procesos de los que se va a hablar en este tema.
La Termodinámica es la parte de la Física que estudia la energía y sus transformaciones y, aunque en sus inicios estaba prácticamente dedicada al estudio de las máquinas de vapor, hoy día se muestra como una importanteherramienta en el estudio de los seres vivos.
La teoría de la evolución, debida a Charles Darwin, y posteriormente complementada por la genética molecular, juega un papel esencial a la hora de entender los mecanismos que explican la evolución de los seres vivos.

Termodinámica

La Termodinámica se asienta en tres leyes o principios.
La Primera Ley no es otra que la ley de conservación de la energía(LCE).
La Segunda Ley puede ser enunciada de formas muy diversas y juega un papel fundamental a la hora de estudiar los sistemas vivientes, razón por la que se comentará aquí de manera más detallada. En la segunda ley se define un concepto fundamental: el concepto de entropía.
La Tercera Ley no es relevante para nuestro propósito. De forma resumida sirve para fijar el nivel cero de entropía, quesería el que tiene un cristal perfecto en el cero absoluto.
Segunda Ley de la Termodinámica
¿Qué le ocurrirá a un sistema físico si se le deja que evolucione sin intervención exterior? Ludwin Boltzmann respondió a esta pregunta en 1877 después de un tratamiento estadístico del problema. Según Botzmann las partículas que constituyen el sistema material se distribuyen entre los posibles estadosenergéticos. La distribución que presenta una probabilidad máxima (que dependerá de las propiedades de los componentes del sistema) se identifica como la correspondiente al estado de equilibrio termodinámico.
Si el sistema no se encuentra en equilibrio, y no se actúa sobre él desde el exterior, evolucionará hacia el equilibrio o estado de máxima probabilidad.
Para describir matemáticamente estatendencia natural hacia el equilibrio se usa el concepto de entropía (ya usado por Clausius, aunque con una orientación distinta, en el estudio de las máquinas térmicas). La entropía (S) se relaciona con la distribución más probable para las partículas del sistema entre los diferentes estados de energía disponibles (la probabilidad de que un sistema se encuentre en determinado estado viene dada por lallamada función de partición, P):
S = k ln P (k =constante de Boltmann).
Como P adquiere un valor máximo para el estado de equilibrio, a dicho estado le corresponderá un valor máximo de entropía. Los demás estados posibles para el sistema poseerán valores de entropía menores. En consecuencia, un sistema que no esté en equilibrio, evoluciona espontáneamente en el sentido de aumentar su...