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tras día siempre igual. Y entonces la tendencia a la uniformidad, cuya medida es la entropía, es perfecta. Este es el "orden" de Boltzmann, caracterizado por su información nula.

Derivando la (3) y combinando con (1), queda descartada para el caso general la conservación de la información. Se verifica que mientras la entropía crece espontaneamente, la información se agota espontaneamente, la sorpresa disminuye con el hecho de haber revelado el dato sorprendente la primera, segunda,... vez. Tambien, la información se crea y amplifica en el contexto de una situación desordenada que se ordena, lo cual está dentro de las espontáneas posibilidades de los sistemas complejos,

dS = - dI (4).

La típica desinformación a priori del analista frente a un sistema complejo, se liga con la alta sorpresa a posteriori, cuando descubre en la operación de ese sistema una propiedad asombrosa no previsible del estudio profundo de cada uno de sus subsistemas. En la ec. (2) equivale a un significativo parámetro de interacción b₃ entre dos subsistemas x ₁ y x₂ . El término de la derecha de (4), interpretado como I a posteriori menos I a priori, con signo cambiado, resulta en -dI << 0. El término entrópico de la izquierda de (4) puede ser, segun la (1), dS < 0, en circunstancias especiales. Ya se ha señalado que corresponde a d_eS < 0, o sea flujo de entropía desde el sistema no-adiabático hacia el entorno. Más en detalle, el entorno de un sistema complejo se deja robar orden porque admite que el sistema le transfiera, como flujo de calor, la fracción más entrópica de su inventario energético.

Como ya se ha afirmado, la sorpresa a posteriori de recibir el mensaje o la desinformación a priori, I, aparece con probabilidad no-nula en los sistemas complejos. En los sistemas simples esto ya no es así. Muchos sistemas, supuestamente complejos, fracasan en llegar a serlo. En el sistema "un ciclista pedaleando" se pueden dar no menos de tres grandes posibilidades de fracaso: que el ciclista sea mal deportista, que la bicicleta sea un mal artefacto y que ambas circunstancias coincidan. Algo que parecería ser un sistema complejo, no alcanza a esa real categoría segun la definición de Herbert Simon. El sistema complejo se verifica cuando se ve que la bicicleta, que debiera caerse estando quieta, se logra estabilizar estando en movimiento por pequeños desplazamientos del cuerpo y de las manos del ciclista. Si es una buena bicicleta y la monta un buen ciclista, los datos que resultan pueden ser sorprendentes la primera vez y aún algunas adicionales.

En los sistemas complejos (con capacidad de una eventual autoorganización) de Simon, debido a la desinformación inicial, aparecen con la operación grandes novedades que no serían tales si todo se supiera de entrada. Entre esos casos de gran novedad, uno puede ser la aparición de una respuesta muy simple emergente de un sistema muy complejo, cuando se lo analiza desde un nivel superior (par. 6.f).

En cambio para sistemas muy simples con b₃ insignificante o nulo, al analista no le cuesta estar informado a priori de cómo funcionan y sus funcionamientos no le ofrecen sorpresas. Todo se sabe de entrada y no hay sorpresas. En el caso del "ciclista pedaleando", éste ni siquiera ha adquirido su bicicleta, que está en una vidriera.

Un conjunto de moléculas gaseosas en el equilibrio, observadas macroscopicamente, no ofrecen nada sorprendente y su conducta es la predicha por el "orden" de Boltzmann, caracterizada por la distribución

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estadística denominada con el nombre de dicho físico. En cambio sería sorprendente, por revelar un ordenamiento espontaneo, encontrar todas las moléculas calientes, no en los otros siete vértices, sino en uno solo de un cubo adiabático. Pero esta última configuración no será una condición de equilibrio sino de desequilibrio. El mensaje que señale estas últimas circunstancias será sorprendente y con ello con mucha información a posteriori.

Para intentar clarificar esta situación, se puede señalar que cuanto mayor sea el número de parámetros no-nulos que hay en un modelo del tipo de la ec. (2), tanto mayor será el desconocimiento a priori del analista y con ello tanto mayor será la entropía, relacionada con la desinformación (par. 3). La desinformación creciente se explica por la progresiva complejidad de la ec.(2) cuando va incorporando más y más sumandos. Si en cambio tiende a la simplicidad, se conoce más facilmente y aquello que se conoce a priori tiende a tener entropía nula.

En el APENDICE 2 se muestra una analogía inspiradora de nuevas ideas. En condiciones locales (quizás no universales), cuanto más curvada resulta una raya, tanto más entrópica es. Las definiciones usadas son plausibles fisicamente. Por lo contrario, cuanto más recta y paralela al eje de las abcisas1es una raya o línea, tanto mayor es su orden y tanto más se acerca a cero su entropía.

Entonces, cuanto más curvada sea una línea, será tanto más compleja, con las definiciones para la complejidad basadas en una nada breve codificación de longitud mínima. Por lo tanto no cabe sorprenderse si se señala que la tendencia a la complejidad no está divorciada de la tendencia entrópica. A veces, lo espontáneo para un sistema simple es que con el tiempo se vuelva complejo, tanto más si está sujeto a alguna superposición, al azar, con otro sistema. Esto no se contradice con un universo que tiende a maximizar la entropía. Existe una propensión espontánea de las formas complejas a envolverse sobre si mismas, cuando resultan expuestas a gradientes externos, para complicarse todavía más y relajar dichos gradientes (2^a ley). (Wagensberg y APENDICE 2).

La coevolución de subsistemas más y más complejos tiene una probabilidad no-nula de

a) generar con el tiempo, una autoorganización, que emerge en forma neta en toda evolución observada macroscópicamente, a vuelo de pájaro y

b) que esa generación muestre simplicidad en un nivel jerárquico superior (par. 6.f).

Se puede traer a colación ahora, como una de las bases de la biotermodinámica a construir, la hipótesis de S. Kauffman segun la cual la evolución es el matrimonio entre la autoorganización y la selección natural. Lleva a comprender que la posible autoorganización de un sistema complejo responde a una ley biotermodinámica. Ella está relacionada con la teoría de los sistemas complejos adaptivos donde debiera tener su lugar la "teoría del andamio". Puede resultar en un proceso localmente espontáneo, o dicho en forma aún más comprometida, localmente entrópico. La selección natural darwiniana es otra muy importante ley general biotermodinámica, que castiga constantemente a la especies lentas en su utilización del recurso escaso, la bioenergía.

8. PUNTO DE PARTIDA PARA UNA BIOTERMODINAMICA.

Los seres humanos están vivos en la biosfera viva. Esto, mirado

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macroscópicamente, debiera ser energeticamente barranca abajo. Si la termodinámica clásica supusiera que es barranca arriba, se tendría que mirar muy atentamente los razonamientos termodinámicos clásicos que conducen a esa aseveración obviamente falsa.

Por más que se observe atentamente la termodinámica clásica, no surge a partir de ella el fenómeno de autoorganización, o sea la organización sin un explícito reglamento de armado. Esa autoorganización tiene leyes que derivan del orden por fluctuaciones en sistemas preorganizados no-lineales complejos, alejados del equilibrio. Una de esas "leyes" es la del andamio.

TEORIA DEL ANDAMIO (Cohen y Stewart, H. Simon, Cairns-Smith)

Para llegar a una organización termodinamicamente defendible, el sistema debe pasar, como lo explica Herbert Simon, por una estructura intermedia estable. A un relojero que está armando un reloj, le conviene que su proceso de armado atraviese etapas intermedias de suficiente estabilidad que impidan que su armado se desmorone a mitad camino cuando surgen las inevitables distracciones. Llámese andamio a esa estructura compleja intermedia. Un andamio es un punto de descanso mecánico, así como un teorema es un punto de descanso intelectual. Ambos, andamios y teoremas, suelen tender hacia la simplicidad (Cohen y Stewart, p.235).

Entonces, el armado de una estructura autoduplicante eficaz necesita pasar por un "andamio". Cairns-Smith y Wächtärhäuser suponen que la vida del RNA ha pasado por el andamio de la vida de la arcilla o de la pirita, segun cual sea el autor, arcilla o pirita que le servía de muleta. La vida de la arcilla o pirita le ha servido de muleta a la vida del RNA. La vida del DNA ha pasado por el andamio de la vida del RNA como etapa intermedia, que asimismo le servía de muleta. La vida del DNA con proteínas chaperonas, con reparasas y con enzimas tales como las DNA polimerasas y girasas ha pasado por el andamio de la vida del DNA sin esas ayudas, pero siempre disponiendo ya sea de la vida del RNA como muleta, ya sea de otras etapas intermedias. Con el pasar del tiempo la vida asexuada le sirve de muleta al sexo y el sexo le sirve de andamio al efecto maternal (donde el DNA materno complementa al DNA filial). Los animales sin sueños sirvieron de muleta a los que sueñan y los animales de sangre fría (ectotérmicos) sirvieron de muleta a los de sangre caliente ("endotérmicos").

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                                                             andamio
                                                                !               
---------------------                      ---------------------o
!                   !   no                !                     !  no
!              copiadora--->fin           !              copiadora--->fin
!                   !                     !                     !
------<----si--------                     ---<----si------------                                      

Fig 4- A la izquierda, mecanismo ineficiente de copia, ya que carece de un ser humano que monitoree la tarea e impida el decaimiento de la calidad de la copia. A la derecha, aplicación de la ley del andamio de Herbert Simon, que explica cómo algo ineficiente se puede convertir en eficiente. El ser humano es el andamio.

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Sea una fotocopiadora, Fig 4. Hacer fotocopias de otra fotocopia anterior conduce a decaimiento progresivo e irreversible de la copia, con creación de entropía, como indica la segunda ley clásica. Con el "andamio" de un ser inteligente que salva y usa excelentes copias como patrón para nuevas copias, las consecuencias de la ley entrópica se solucionan. Pero disponer

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de un ser inteligente es un lujo que conspira contra el recurso escaso. Es más tecnológico que surjan otros andamios sin reglamento explícito, que sirvan de muleta mecánica en el caso de las fotocopias, las cuales, entonces, incluso pueden mejorar (hacerse más nítidas y eliminar ruído) con esa ayuda. (Cohen y Stewart, p. 105)

Ya se ha mencionado la hipótesis de Stuart Kauffman del matrimonio de la selección natural de Darwin con la autoorganización. Sea una lata abierta con arena, al cual el experimentalista le arroja, de a uno, un manojo de municiones de plomo. El resultado de la arena con municiones aparece desorganizado. Si se repite el proceso con una lámina de caucho elástico tapando su boca, la primera munición que cae genera un atractor para las demás, que se sujetan así a un proceso autoorganizante.

Cualquier explicación del origen de la vida en este mismo planeta necesita apelar fuertemente del concepto de autoorganización de los elementos que le dieron a la vida una estructura primitiva. Sea una arquitectura que combina en un único sistema abierto al reactor y la reacción de la Fig 2 y una reacción autoacelerante

                      B----A--->2A + .... 

Es un modelo autoorganizado de baja complejidad de ensamble. Puede servir de referencia a la idea de algun sistema bioenergético/entrópico basado en el sol o en una fuente termal planetaria que adquiere complejidad creciente. Con creciente inventario de orden "robado" al entorno, los materiales (seguramente incluyendo alguna superficie) y la arquitectura pueden en hipótesis coevolucionar hacia un nuevo orden autoorganizado que utiliza espontánea y eficientemente ese orden "robado". En esta tarea intelectual/experimental habrá que salir de los límites de la termodinámica, salvo en estos tres aspectos:

la claridad conceptual que brinda la sinergética (ciencia de las transiciones de fase autoorganizantes) sobre los detalles de un proceso de este tipo, como se considera en el APENDICE 3;

la persistencia de un protobiosistema donde aparecen estructuras disipativas, que por fluctuaciones generen progresivas

complejidad,

no-linealidad y

coevolución entre protogenes muy primitivos, cuasi inorgánicos, consecuencia de las fluctuaciones, las que a su vez se explican en último análisis por el apartamiento del equilibrio; y

la selección natural darwiniana aplicada a los protogenes, considerada como proceso que tambien minimiza en ellos los requisitos energéticos, así como asiste al surgimiento de fluctuaciones protobiológicas.

Lograda la ardua emergencia de la biogénesis, la biotermodinámica ingresa en la tarea de explicar, como temas básicos, la autoorganización y, en parte, la selección natural, en una palabra, la evolución, cuya fuerza impulsora es la de los errores/fluctuaciones provocados por un gran apartamiento energético con respecto del equilibrio.

La tasa de formación de errores de la maquinaria genética, la no linealidad de las ligaduras entre subsistemas vitales y la complejidad y abundancia de las interacciones se deben interpretar, en estas bases, como sujetos a amplia coevolución.

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Queda claro que una de las más iluminadoras leyes de la biotermodinámica es la de von Baer-Mayr, que relaciona la historia evolutiva embrionaria con el ahorro de bioenergía explícito en la genial propuesta de Darwin (Par. 1).

Asimismo queda claro que el conflicto entre, por un lado, la conducta de la vida y del cerebro y, por otro, la clásica interpretación de la segunda ley deriva de fallas en esta última, que se supera con una visión más completa.

En resumen, al buscar entender lo que sucede frente a una gama de relaciones cada vez más interactuantes, la ciencia descubre una y otra vez la condición creadora de las estructuras complejas, no-lineales, alejadas del equilibrio y disipativas, creadoras no sólo de entropía (que siempre aparece) sino de orden e información (que aparecen con escasa probabilidad y con la ayuda de andamios). La eficacia creadora de estas nuevas estructuras ordenadas y de nueva información, es variable dependiente de la complejidad, de la facilidad de hallar andamios, del apartamiento del equilibrio, de la no- linealidad.

Prigogine y Nicolis

Cohen y Stewart

Stuart Kauffman

Mayr

9. ENTRAMADO ENTRE COEVOLUCION Y BIOTERMODINAMICA Y TEMAS AFINES.

Es recomendable que el lector adquiera experiencia directa de un sistema evolucionando entre el caos y el orden, experimentando con el programa para PC denominado Life de Conway y alterando en él las simples reglas numéricas de los autómatas celulares abiertos a su creatividad.

Es teoricamente adecuado explicar la coevolución de una nueva adaptación a un dado nicho por parte de una familia biológica coevolucionante, a partir de patrones de adaptación preexistentes. De esa manera la biotermodinámica interviene activamente en las explicaciones. Pero no siempre esta línea de razonamiento coincide linealmente con la realidad.

Por ejemplo, los reptiles arcaicos disponían de ciertos mecanismos de visión diurna y los primeros mamíferos similares a reptiles crearon subsistemas de visión nocturna que coevolucionaron con subsistemas perfeccionados de audición y olfación. Los siguientes mamíferos usaron esos avances para recrear un nuevo tipo de visión diurna para ampliar su nicho. No recurrieron entonces a mecanismos ya probados, como prefiere la teoría. La gran fuerza impulsora se deduce de observar de nuevo la Fig 1.

Una locomoción nocturna perfeccionada incrementa la probabilidad de buen éxito en la búsqueda de nutrimentos.

A menudo las explicaciones son algo más lineales como sucede en este caso que afecta al ser humano. Mientras disminuía su capacidad olfatoria aumentaba en su reemplazo su gestión coevolucionada de signos sociales, vocales y auditivos (crianza, vida social), siguiendo la tendencia característica de los primates, expertos en ser sociales, gritones y comunicativos frente a alarmas. La crianza sui generis y la vida social del humano, a su vez, contribuye en forma muy importante la autoorganización de su cerebro (APENDICE 4).

Los mecanismos de coevolución (donde esta última abarca a la selección natural de poblaciones mixtas y a la autoorganización conjuntas) permiten ampliar la lista de los sistemas autoorganizados inanimados (convección de Bènard, láser, flujo de Couette, etc.) con una gran cantidad de aportes

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de la biología, fértil campo de explicaciones. Incluye, asimismo, la aplicación de dichos mecanismos a la vida artificial (autómatas celulares replicantes, etc.).

Una especie decae y es dominada por otras cuando hay fluctuaciones en un nicho y esa especie carece de un diversificado acervo génico y de una exitosa coevolución con las nuevas condiciones. Los errores de copia poco importantes y entrópicos y la capacidad de los sistemas complejos no- lineales de eventualmente autoorganizarse de otra manera, a veces con cascadas de transiciones de fase, son las dos herramientas de supervivencia, microscópica y molecular la de los errores, macroscócopica y biotermodinámica la de la capacidad de autoorganización. Ambos aspectos se debieran permitir unificarse en una biología única, integrada, con mínimas dificultades de ensamble entre lo micro- y lo macroscópico (Mayr), con fuerte contenido biofísico.

El crecimiento y mantenimiento de la vida, tal como hoy se la observa en la biosfera, dependen de un cierto número de genes homeóticos, con sus homeocajas, que luego desencadenan reacciones bioquímicas y fenómenos de transporte coevolucionados en conjunto (Weisz) cuyo control necesita de elementos altamente no-lineales. Surgen posibilidades de autoorganizaciones que coevolucionan tanto en sus estructuras (anatomía) como en sus funciones (fisiología). Las nuevas autoorganizaciones macroscópicas tienen su origen en la arquitectura no-lineal de sus subsistemas, así como de los microscópicos errores genéicos. A su vez, esas fluctuaciones microscópicas espontáneas (entrópicas, debidas a errores), unidas a nuevas preponderancias de otros atractores resultantes de cambios en las condiciones iniciales (cascadas de Kauffman), generan nuevas enzimas (parámetros de orden) que canalizan el camino macroscópico hacia una nueva transición de fase del desequilibrio, posibilitada por una presumible mayor disipación comparativa del orden robado.

El resultado es una nueva autoorganización (atractor de un sistema complejo) de origen en parte trivial. La autoorganización y la mutación coevolucionan. Los controles vitales cuyas causas residen en genes que regulan el metabolismo y la conducta, coevolucionan. Ni nuevos genes comportamentales que no tengan suficiente respaldo por parte de los otros ya coevolucionados, ni genes estructurales que no se coadapten a los genes comportamentales existentes. Esos genes comportamentales se entienden con bastante claridad con las explicaciones que Beer encontró y generalizó en su tesis sobre redes neurales, constituídas por unas ocho decenas de neuronas que alcanzan a explicar conductas adaptivas e inteligentes en "invertebrados artificiales".

Beer R - Intelligence as adaptive behavior. An experiment in Computational Neuroethology, Academic Press, 1991.

Segun los biólogos moleculares y las explicaciones de Stuart Kauffman, cada vez que hay un error en la duplicación, hay una probabilidad, pequeña pero no-nula, de que ese error resulte en una innovación útil, esto es, en una enzima modificada, incorporable al acervo génico. Para que sea útil, debe armonizar con el resto de las instrucciones activas. La ausencia de armonía para el producto del nuevo error, conduce a que los herederos del gen muestren desventajas comparativas, salvo que dicho producto logre quedar reprimido.

Aun con desventajas comparativas en condiciones normales, la enzima erróneamente armada y sin armonía con casi todo el resto del acervo génico,

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puede llegar a ser, con reducida probabilidad, la tabla de salvación de la especie al cambiar el habitat o al aparecer un nuevo depredador y ser derreprimida si hiciera falta. La mecánica de los transposones es una posibilidad de derrepresión. Si efectivamente sus propiedades anómalas lograsen ser la tabla de salvación, el gen y su enzima desempeñarán un papel prioritario en la supervivencia.

Alguna vez será indispensable para esta última que entre el resto de las instrucciones se encuentren versiones erróneas complementarias, que justamente coevolucionen, de allí en más, con la anómala prioritaria. Otras veces la tarea la realiza un nuevo atractor resultante de cambios en las condiciones iniciales. Esto se entiende con las explicaciones de Kauffman referidas a cambios de nivel superior en genes que regulan si hay que aplicar una Y lógica, o por lo contrario, una O lógica para buscar un atractor alternativo con perspectivas. Como resultado, las fluctuaciones durante la coevolución constituyen así una explicación causal microscópica del fenómeno macroscópico de la transición de fase del desequilibrio. La fluctuante coevolución explica la aparición de transiciones de fase del desequilibrio de las adaptaciones a nuevos habitats o nuevos riesgos (depredadores, etc.).

Kauffman S

Los caos disipativos de Prigogine se interpetan como suma de comportamientos que pueden provocar, con relativamente escasa frecuencia, ordenamientos locales a través de transiciones de fase del desequilibrio.

Es especialmente interesante en biología un sistema complejo ubicado en la zona de transición entre el orden y el caos, donde se dan óptimas readaptaciones de dichos sistemas complejos. Sobre todo al caer y desarmarse restricciones previas, como las asociadas con barreras del tipo de no poder volar o similares (Kauffman). Las ondas de los encefalogramas revelan que el cerebro como sistema está en zona de caos disipativo. Las ondas estacionarias estables del cerebro caracterizan a los ataques de epilepsia.

ESTRATEGIAS QUE ACTUAN COMO ATRACTORES.

La dinámica evolutiva de poblaciones parece tener atractores que se buscan espontáneamente pero no a propósito. Las causas, los propósitos son construcciones mentales del humano. Aparece para el hombre muchas veces la sensación de existir una correntada de la dinámica evolutiva, una tendencia o flecha hacia ciertos atractores de mínima energía. Quizás sea más real indicar que si un linaje de depredadores tiene cada vez más velocidad y garras cada vez más puntiagudas, las presas deben mejorar porque sus depredadores mejoran.

Si se permite la metáfora de la existencia de atractores de supervivencia, está claro que una especie, que por ventura llegara a un atractor ideal, no sufre por esa causa transición de fase alguna ni tiene forma de evidenciar que se "cumplió su propósito".

En el contexto de esta metáfora, se podría sugerir que el mecanismo básico de la vida es el apartamiento tanto de estructuras simples, como de comportamientos simples a niveles inferiores. La extrema simplicidad actúa como separatrix o muro. Cerca de esa separatrix todos los puestos de los diversos nichos están ocupados desde hace tiempo. En la Fig. 5, las ordenadas a la izquierda son imposibles de ser atravesadas para avanzar todavía más a la izquierda, por lo cual el principal fenómeno factible de

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(Pagina en preparacion) Adios.