Definici�n: Es la termodin�mica tal como se la observa en los seres vivos, considerada sobre todo en torno a los fen�menos de autoorganizaci�n de los sistemas complejos, que generalizan la segunda ley. Asimismo se relaciona con el Principio de Le Chatelier generalizado para fen�menos complejos en condiciones alejadas del equilibrio. En ambos casos los ejemplos m�s interesantes son los t�picos de la vida.
Veamos esta lista secuencial de estados f�sicos y biol�gicos
Entre el gas y el cristal hay una progresiva disminuci�n de la entrop�a y aumento del orden topol�gico. El cristal peri�dico (repetitivo) se caracteriza por su baja entrop�a y alto orden. Pero tambien tiene bajos grados de libertad din�micos (no se mueve ni tiene metabolismo). Entre el cristal peri�dico y el DNA hay una diferencia notable: el DNA puede ser un cristal, pero su asimetr�a (la de sus �tomos de carbono) y su aperiodicidad facilitan que pueda ser inform�tico, que muestre informaci�n, signos y significado, los cuales no existen en el caso de un cristal cl�sico. Entre el DNA y el ser viviente la diferencia estriba en sus ampliados grados de libertad din�micos mostrados en sus estados qu�micos internos y sobre todo en el sistema nervioso de una fracci�n del reino animal. Hay l�mites para esos grados de libertad en el ser vivo: ellos son una clara manifestaci�n de la vigencia de la segunda ley en el campo de la biolog�a, ley que es la causa de dichas restricciones. Por ejemplo, de estas restricciones b�sicas de la vida: l�mites a la eficiencia de la fotos�ntesis, glic�lisis, replicaci�n y reparaci�n del DNA, mitosis y meiosis, destoxicaci�n celular.
Los sistemas vivientes representan el final m�s rebuscado de la secuencia. La termodin�mica cl�sica, que naci� con el tratamiento de los gases (extremo izquierdo de la lista), debe sufrir algun cambio para seguir ilustrando lo b�sico que pasa en un ser viviente (extremo derecho). Ese cambio es la transici�n de la termodin�mica cl�sica hacia la biotermodin�mica.
Schr�dinger, al estudiar la vida, consideraba la generaci�n del orden a partir del orden y la del orden a partir del desorden. El misterio del orden a partir del orden (misterio porque trivialmente la segunda ley pide que el orden se desordene) fue develado por la biolog�a molecular de Crick y Watson y sus seguidores, al desentra�ar estructura y funciones de los genes del DNA. En lo referente al misterio del orden a partir del desorden, su estudio aclara el enlace entre la biolog�a y las leyes termodin�micas. A primera vista los sistemas vivientes desaf�an a la segunda ley cl�sica, que asegura que en los sistemas cerrados la entrop�a o desorden debieran maximizarse. La desaf�an porque un ser viviente es la ant�tesis de dicho desorden. Un ejemplo: la fotos�ntesis de las plantas. Las plantas son estructuras de alto orden biol�gico, estructuradas a partir de mol�culas de gases y vapores atmosf�ricos desordenados, de elementos qu�micos desordenados del suelo y de ondas electromagn�ticas (luz), que los f�sicos identifican como producto final de la entrop�a del universo, lo m�s desordenado imaginable. La luz se degrada un poco m�s virando al infrarrojo. Un producto t�pico es C6H12O6, la glucosa, comparativamente ordenado. Aqu� el orden surge del desorden. Se podr�a repetir el argumento con la moneda de la energ�a, el ATP, que el reino animal sintetiza con esa misma glucosa. Con la moneda de la energ�a y desorden aparece el orden, por ejemplo como producto del esfuerzo muscular o del razonamiento humano.
Schr�dinger busc� la explicaci�n necesaria en la termodin�mica del desequilibrio, ya que la vida transcurre en un mundo pleno de flujos (de origen solar y geonuclear) de energ�a y materia. El alto orden biol�gico de un organismo se debe a que el entorno de dicho sistema complejo se deja robar orden (en muchos casos glucosa, por ejemplo) y admite que el organismo le transfiera, la fracci�n m�s entr�pica de su inventario energ�tico (en este caso, flujo de calor). El procesamiento de la glucosa produce en su interior, un estado autoorganizado, un atractor, de menor entrop�a y mayor orden. La vida es un sistema que mantiene un alto valor local de organizaci�n conseguido a cambio de una mayor entrop�a del entorno. Con una perspectiva de la vida como fen�meno complejo en el desequilibrio, es entonces factible conciliar la termodin�mica con la autoorganizaci�n biol�gica. La segunda ley as� clarificada pasa a ser condici�n necesaria para la explicaci�n de los procesos vitales. Por ejemplo, ella acota su direcci�n general.
El principio de Le Chatelier cl�sico muestra se�ales t�picas de la segunda ley clarificada. Los sistemas termodin�micos que exhiben temperatura, presi�n y composici�n qu�mica, se anidan en ese atractor (en ese equilibrio) y se resisten a las fluctuaciones o gradientes en las variables que podr�an alejarlos del mismo. Al alejarse del estado de equilibrio local, aparecen fuerzas "el�sticas" -indetectables en ausencia de las fluctuaciones- que se oponen a los nuevos gradientes y tienden a que el sistema retorne a su atractor. Cuanto mayor el gradiente aplicado, mayor la "elasticidad" para retornar al atractor. Cuanto m�s se aparta el sistema del estado de equilibrio, m�s extraordinarios son los mecanismos emergentes que ayudan a restituir las condiciones previas perdidas. En algunos excepcionales casos, aparecer�n autoorganizaciones cuyo significado profundo es el de contrarrestar la fluctuaci�n desestabilizadora. Esta interpretaci�n no surge de la segunda ley cl�sica, sino de su reelaboraci�n. Exagerando, se podr�a esperar a priori la aparici�n de estructuras emergentes, autoorganizantes, que disipen al gradiente que perturb� al sistema complejo. Prigogine denomina disipativos a esos sistemas y mecanismos. Todo sucede como resistencia y disipaci�n de los gradientes termodin�micos aplicados externamente: es entonces, orden emergiendo del desorden.
Este principio de Le Chatelier adopta as� redacciones no-cl�sicas, generalizadas, aptas para la descripci�n de fen�menos ubicados en atractores del desequilibrio y sus nuevos mecanismos del tipo "orden a partir del desorden", que aumentan la capacidad disipativa del sistema, al servir a la causa de producir m�s desorden.
El entorno, el suprasistema, impone un conjunto de restricciones al comportamiento del sistema. Esto es tanto m�s v�lido en el caso de la vida, sujeta a las leyes de la selecci�n natural,por la cual surge orden del orden. Resulta por ejemplo, que solamente los nuevos organismos con buen �xito en su adaptaci�n al entorno son bonificados con la supervivencia comparativa. Esto incluye organismos que en sus etapas de desarrollo consumen una menor proporci�n del recurso escaso, la energ�a (ley de von Baer-Mayr). Incluye tambien a los organismos cuyos procesos autoorganizativos enfrentan mejor las restricciones impuestas por la segunda ley ya mencionadas. Los genes juegan ese papel. Habilitan (o n�) las opciones que podr�an tener buen �xito frente a las restricciones. Casi todos los genes sobrevivientes tienen una historia previa de muchos buenos �xitos acumulados en su participaci�n en autoorganizaciones anidadas una dentro de la otra. Tambien los genes internos, como la segunda ley externa, limitan la vida. Las autoorganizaciones, sujetas a restricciones, necesitan, adem�s, eficientes andamios.
El sol produce un desequilibrio en la superficie del planeta con su aporte de 1580 watts /metro2. Por Le Chatelier cl�sico, o lo que es lo mismo, por imperativo de la segunda ley cl�sica, este gradiente de energ�a radiante es disipado clasicamente por circulaciones oceanogr�ficas y meteorol�gicas. Por Le Chatelier generalizado, o lo que es lo mismo, por imperativo de la segunda ley generalizada, este mismo gradiente es disipado no-clasicamente por la vida terrestre. Los sistemas vivientes son sistemas disipativos alejados del equilibrio y ellos giran en torno de los mecanismos de evaporaci�n, transpiraci�n y en menor medida, fotos�ntesis vegetal.
El fondo del oc�ano es sitro para la disipaci�n del calor geonuclear del centro de la tierra. All� la vida es m�s abundante en los sitios donde los gradientes qu�micos y t�rmicos son m�s notables. Con ello la disipaci�n del gradiente es tambien mayor. (Sobre la base de contribuciones de Schr�dinger, Prigogine, Haken y en especial, Schneider y Kay)
30.dic.1998
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Glosario de Carlos von der Becke.