Table Of ContentEric D. Schneider y Dorion Sagan
LA TERMODINÁMICA DE LA VIDA
Traducción de Ambrosio García Leal
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EDITORES
1.a edición: febrero de 2008
© Eric D. Schneider y Dorion Sagan, 2005
© de la traducción: Ambrosio García Leal, 2008
Diseño de la colección: Lluís Clotet y Ramón Úbeda
Diseño de la cubierta: Estudio Úbeda
Reservados todos los derechos de esta edición para
Tusquets Editores, S.A. - Cesare Cantü, 8 - 08023 Barcelona
www.tusquetseditores.com
ISBN: 978-84-8383-052-9
Depósito legal: B. 403-2008
Fotocomposición: David Pablo
Impresión: Limpergraf, S.L. - Mogoda, 29-31 - 08210 Barbera del Valles
Encuademación: Reinbook
Impreso en España
índice
P. 13 Agradecimientos
15 Prefacio
25 Introducción: Problemas en la Agencia de Protección
Medioambiental
Primera parte: Lo energético
37 1. La paradoja de Schródinger
54 2. Simplicidad
64 3. Ojos de fuego: la energética clásica
78 4. El casino cósmico: la mecánica estadística
107 5. La naturaleza aborrece los gradientes
114 6. El río debe fluir: sistemas abiertos
131 7. Demasiado, demasiado poco: ciclos
Segunda parte: Lo complejo
151 8. El mundo de los remolinos
166 9. Los «organismos» propios de la física
172 10. Remolinos y tiempo atmosférico
Tercera parte: Lo vivo
185 11. Termodinámica y vida
205 12. Comienzos sulfurosos
234 13. Blues para un planeta azul
258 14. Regresión bajo tensión
269 15. El secreto de los árboles
278 16. Del calor al frío
289 17. Tendencias evolutivas
Cuarta parte: Lo humano
319 18. Salud, vigor y longevidad
334 19. Economía
362 20. El designio de la vida
395 Postfacio: Principios de la termodinámica de sistemas abiertos
Apéndices
403 Notas
415 Bibliografía
433 índice onomástico
A tres maravillosas mujeres
que apreciaron el potencial de este libro:
Carol, Jessica y Lynn
En consecuencia: el que quiera tener acierto sin error,
Orden sin desorden,
Es que no entiende los principios
Del cielo y la tierra.
No sabe cómo
Encajan las cosas.
Chuang Tzu, Grande y Pequeño
Negar la sucesión temporal, negar el yo, negar el universo astronómico, son
desesperaciones aparentes y consuelos secretos. Nuestro destino [...] no es
espantoso por irreal; es espantoso porque es irreversible [...1. El tiempo es
la sustancia de que estoy hecho. El tiempo es un río que me arrebata, pero
yo soy el río; es un tigre que me destroza, pero yo soy el tigre; es un fuego
que me consume, pero yo soy el fuego. El mundo, desgraciadamente, es real.
Jorge Luis Borges, Otras inquisiciones
Bueno, pensó Rick, en la vida real no hay campanillas mágicas que hagan
desaparecer a tu enemigo sin esfuerzo. Una pena. Y Mozart había muerto de
una enfermedad renal poco después de escribir La flauta mágica, a los treinta
y cinco años, y había sido enterrado en una fosa común.
En éstas se preguntó si Mozart tuvo alguna intuición de que el futuro no exis
tía, de que su corto tiempo ya se había agotado. Quizá también el mío, pensó
Rick mientras contemplaba el ensayo. Este ensayo se acabará, la representa
ción se acabará, los cantantes morirán, al final la última partitura de la mú
sica se destruirá de un modo u otro; el nombre «Mozart» se esfumará, y el
polvo habrá ganado. Si no en este planeta, en algún otro. Podemos eludirlo
por un tiempo, igual que los androides pueden eludirme y seguir existiendo
un rato más. Pero al final, si no los atrapo yo, lo hará algún otro cazador de
recompensas. En cierto modo, advirtió, soy parte del proceso de destrucción
entrópica de las formas. La Asociación Rosen crea y yo destruyo. O así debe
de parecérselo a ellos.
En el escenario, Papageno y Pamina entablaban un diálogo. Rick interrum
pió su reflexión para escuchar.
papageno: Mi niña, ¿qué deberíamos decir ahora?
pamina: La verdad. Eso es lo que diremos.
Philip K. Dick, ¿Sueñan los androides con ovejas eléctricas?
La energía es deleite eterno.
William Blake, El matrimonio de Cielo e Infierno
Este libro está en deuda con todos aquellos que nos han precedido.
Las ideas de hoy se erigen sobre hombros de gigantes. Entre los gigantes
con quienes hemos tenido el privilegio de trabajar están James J. Kay, Jef-
frey Wicken y Gene Yates. Buena parte de la aplicación de la termodiná
mica del no equilibrio a la ecología fue obra de Kay durante una década
de colaboración con Schneider. Kay falleció hace poco, a la prematura
edad de cuarenta y nueve años. Jeffrey Wicken, también fallecido, puso
los cimientos teóricos para nuestra aplicación de la termodinámica a la
biología. El físico teórico Gene Yates ha sido para nosotros un mentor
científico y una fuente inagotable de ideas fértiles. El profesor Gordon
Brittan sufrió la lectura de muchos borradores del manuscrito y los me
joró. Sin el infatigable apoyo de Lynn Margulis este libro no habría visto
la luz. La estrecha colaboración con Olivier Toussaint, Don Mikulecky,
Robert Ulanowicz, Lothar Koschmieder y Walter Bortz tiene un valor in
calculable. Las discusiones con Eugene y Howard Odum, Folke Gunter,
Jack Cumberland, Harold Morowitz, Jorge Wagensberg, John Norman,
Jeffrey Luvall, Luis Rico, Christine Maurer, Terry Bristo, John Collier
Paul Stamets, Clifford Mathews, Steve Shavel, Andrew Blais, Louis
Brynes, Ame Jemelov, Jack Corliss, Bruce Weber, Mae-Wan Ho, Tim Ca-
hill y Jim Brown han sido especialmente gratificantes. Asimismo, damos
las gracias al artista Robert Spanning por sus ilustraciones, y a Jack
McShea y David Walker por los años de apoyo informático.
Incontables colegas nos han ayudado durante los doce años de gesta
ción de este libro. Estamos muy agradecidos a nuestro agente Georges
Borchardt. Ha sido un placer trabajar con el personal de University of
Chicago Press, incluyendo a nuestra gentil editora, Christie Henry. Junto
a ella había profesionales muy competentes, como Jennifer Howard y la
correctora Joann Hoy. Estamos en deuda con todos ellos por este libro.
Gracias.
Prefacio
Cuando encendemos una vela, la llama crece; pero pronto se instala
en un estado estacionario, y se mantiene encendida mientras quede me
cha y cera. La vida es un fenómeno similar: una combustión controlada,
un flujo de energía estructurado. Esto es más que una analogía. En efecto,
los animales obtienen su energía de la reacción del oxígeno con com
puestos ricos en hidrógeno, 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 em
pezar, los organismos «queman» su combustible a temperaturas mucho
más bajas, y este «fuego» implica no sólo el mantenimiento de una es
tructura concreta durante un tiempo relativamente corto, sino la reproduc
ción de su forma y función antes de extinguirse (por culpa de un accidente
fatal o el inevitable deterioro). 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 per
fecto) y no todas las variantes sobreviven, la vida evoluciona. También
exhibe, en conjunto, una suerte de prudencia, que le ha permitido mante
nerse durante más de 3500 millones de años, en lugar de arder como un
fugaz meteorito en la noche. Las formas de vida demasiado glotonas ago
tan sus fuentes de energía y declinan, mientras que las dotadas de inteli
gencia natural para racionar sus recursos o explotar otros nuevos quizá
no brillen como una estrella fugaz, pero sobreviven. Se estima que la
gran explosión, el big bang, que dio origen al universo, se produjo hace
15.000 millones de años. La vida tiene alrededor de un tercio de esa edad.
Como escribió, con licencia poética, Joseph Brodsky, estamos más cerca
de la gran explosión que de Roma. Si buscamos nuestros orígenes en las
transformaciones naturales, en el ciclo de la materia asociado al flujo de
energía, no hace falta ninguna licencia poética para dar la razón a Brodsky.
La ciencia que desarrollaremos en este libro trata de la energía y sus trans
formaciones en los sistemas complejos.
La ciencia en cuestión es una amalgama situada en la frontera entre
dos importantes disciplinas modernas, la física y la biología. Es posible
que el lector ni siquiera haya oído hablar de ella, o que, si lo ha hecho,
sólo la conozca en su forma general y en relación con su principio más
famoso, la segunda ley de la termodinámica.
La termodinámica —ciencia que se ocupa del flujo de energía, cuya
denominación procede de los términos griegos que designan el calor y el
movimiento— comenzó con el estudio de las máquinas de vapor. Pero la
disciplina de la que tratamos aquí es, al menos a primera vista, más es
pecializada. Estudia la manera en que los flujos de energía dan lugar a
estructuras complejas, es decir, aquellas estructuras que parecen diferen
ciarse de su entorno, en las que se producen ciclos internos de los flui
dos, gases y líquidos de que están compuestas, y que tienden a cambiar
y crecer. Tales estructuras, como cualquiera puede reconocer, incluyen a
los seres vivos, por lo que esta ciencia es conocida como «termodinámica
de la vida». Sin embargo, no sólo comprende la vida, ya que virtualmente
se ocupa de todas las estructuras complejas naturales, desde los remolinos
hasta los obreros de la construcción. En virtud de los sistemas de flujo que
parecen autoorganizarse o que, milagrosamente, están de hecho organiza
dos por los flujos de su entorno, a los que están abiertos y conectados, tam
bién se emplea el nombre de «termodinámica de sistemas abiertos». Por
si fuera poco, técnicamente la termodinámica de sistemas abiertos es más
conocida por la imponente denominación de «termodinámica del no equi
librio», porque los sistemas que centran su interés, esto es, los centros de
flujo, crecimiento y cambio, no son estáticos ni inertes, sino que se apar
tan del equilibrio termodinámico. Para emplear un término menos en
gorroso (y, de este modo, integrarlo en nuestro propio flujo narrativo), nos
referiremos a la termodinámica del no equilibrio con las siglas TNE,
siempre que la ocasión lo permita.
Históricamente, la TNE es una ampliación de la termodinámica tra
dicional, que se ocupaba de sistemas relativamente simples. Sin embargo,
puesto que los sistemas estudiados por la TNE están abiertos al flujo de
energía, puede afirmarse que la ciencia más básica y general es la TNE,
no la termodinámica del equilibrio. Después de todo, se interesa por sis
temas que son la norma en el universo, no la excepción. El universo es
un lugar complejo, y sus sistemas más comunes e interesantes, incluida
la vida, son sistemas abiertos. Sellémoslos, enclaustrémoslos, y se ven
drán abajo. Somos una pauta material particular de flujo de energía, con
una larga historia y una función natural. Nuestra naturaleza esencial tie
ne más que ver con el cosmos y sus leyes que con Roma (o cualquier otra
sociedad humana) y sus reglas.
La materia de la vida, sus átomos de carbono y oxígeno, se forjó en
los núcleos de estrellas que luego explotaron, en un proceso de reciclado
más viejo que el Sol. Pero la vida no es sólo materia: también es un pro
ceso. Como Kant observó con perspicacia, un organismo es «a la vez
causa y efecto de sí mismo».1 Esto lo convierte en algo diferente a cual
quier otra cosa en el universo; literalmente, en algo más centrado en sí
mismo. Las razones de este hecho, y del origen mismo de la vida, pue
den retrotraerse a los flujos de energía de un universo energético, muy
probablemente una Tierra de hierro fundido, acribillada y caliente, en
cuya superficie estallaban burbujas de azufre y silbaban chorros de vapor
de agua.2 Resulta verosímil pensar que fue en esta caldera donde evolu
cionaron las primeras maquinarias de copiar naturales, que al principio
no eran unas virtuosas de la reproducción como lo son las mariposas y
abejas que podemos ver actualmente. En lo más profundo de los ciclos
bioquímicos de las bacterias actuales, existen vías metabólicas, reliquias
químicas, que repiten, con mayor o menor variación, los pasos que siguió
la materia hasta cobrar vida.3 El reciente descubrimiento de ecosistemas
abisales que no se sustentan de luz o materia orgánica, sino de energía
química, sugiere, de un modo tan paradójico como poético, que el origen
de la vida hay que buscarlo en el fuego y el azufre —como corroboran,
asimismo, los experimentos que demuestran que en tales clausuras ener
géticas es posible sintetizar aminoácidos y péptidos.
El descubrimiento de bacterias resistentes al calor y capaces de ali
mentarse de compuestos de azufre en el fondo del océano y en el interior
de las rocas —bacterias agrupadas por el criterio de secuencias comunes de
ARN ribosómico— nos revela un escenario en el que la materia, rica
en energía, se mantiene y produce más de sí misma antes de que los ge
nes evolucionen. Si la vida dependiese únicamente de los genes, y hubiera
evolucionado en primera instancia como ARN o ADN, nunca habría dado
lugar a cuerpos complejos que retardan la replicación genética. Los cuer
pos e identidades considerados vivos derivan de ciclos complejos de
transformación de energía, que sólo más tarde desarrollaron genes.4 Sin
ánimo alguno de desmerecer las grandes intuiciones de la biología evo
lutiva, esperamos que este libro contribuya a ampliar la visión científica
de la vida más allá de su estrecho enfoque como fenómeno meramente
genético. La vida exhibe procesos direccionales, como la expansión, el
incremento de taxones o el consumo creciente de energía, difíciles de
conciliar con la teoría predominante, que la reduce a un proceso básica
mente aleatorio. El incremento evolutivo de la complejidad de la vida
(véase el capítulo 17) que tiende a ser arrinconado por no tener cabida en
la teoría evolutiva ortodoxa, adquiere sentido cuando se considera la vida
