Orden y sistemas vivientes

“Es al borde del caos donde encontramos grifos que gotean con ritmos extraños y exóticos, remolinos que se producen dentro de otros remolinos y giran describiendo pautas asombrosas, y la extraordinaria complejidad del riñón, o la superficie de la corteza cerebral humana, que se pliega y repliega hasta resultar casi un fractal. Hasta aquí hemos observado el orden y también el caos. Ya es hora que dirijamos la mirada al borde extremo del caos, allí donde habita la complejidad”

(John Gribbin, “Así de simple”)

Se han dado muchas razones para explicar la organización y la complejidad en el mundo viviente; unas veces religiosas, místicas o teleológicas, otras, materialistas de distintas orientaciones. Empecemos con un ejemplo paradigmático: un panal de miel. La perfección estructural de un panal ha sido observada por distintos científicos desde muy diferentes puntos de vista. El físico y biólogo Réaumur la consideraba como “un ejemplo de la planificación y espíritu previsor de las abejas” y según él, “las abejas poseen conocimientos matemáticos que les permiten crear esas estructuras perfectas”. Para Steven Rose, “hoy los ultradarwinistas serían felices de poder postular un gen adaptativo para explicar la construcción romboidal”. Pero poco después de Réaumur, el conde de Buffon, matemático y biólogo, había propuesto una explicación completamente diferente:

“Se llena un recipiente con guisantes o cualquier otra semilla cilíndrica y se lo tapa herméticamente luego de llenarlo con toda el agua que permiten los espacios entre las semillas; luego se hierve el agua; entonces, todos los cilindros se vuelven prismas hexagonales. La razón, puramente mecánica, es evidente: cada semilla, que es cilíndrica, tiende a ocupar el mayor espacio posible en un área dada, por lo tanto, todas se vuelven necesariamente hexagonales por compresión recíproca. Cada abeja trata de ocupar el máximo espacio en un área dada; puesto que el cuerpo de la abeja es cilíndrico, las celdas deben volverse hexagonales por las mismas razones de oposición de fuerzas”.

En la obra “Sobre el crecimiento y la forma”, un clásico de la biología teórica del siglo XX, considerada por el Nobel Peter Medawar como “la más bella obra literaria que se haya registrado en lengua inglesa en todos los anales de la ciencia”, su autor, el biólogo y matemático D’Arcy Thompson, escribió:

“Cuando [el zoólogo] se enfrenta con una simple construcción geométrica, por ejemplo, un panal de abejas, la explicaría de buena gana por el instinto físico, o la destreza o la inventiva, más que por la intervención de las fuerzas físicas o las leyes matemáticas; cuando ve en una concha de caracol o de nautilo, o en el pequeño caparazón de un foraminífero o radiolario una estrecha semejanza con la esfera o la espiral, está abocado a la antigua costumbre de creer que, después de todo, se trata de algo más que de una espiral o una esfera, y que en este «algo más» radica lo que ni las matemáticas ni la física pueden explicar”. “Ha sido por la vía de la «causa final», por el concepto teleológico de fin, de propósito o de «plan», en una de sus muchas formas […] que los hombres han acostumbrado explicar principalmente los fenómenos del mundo viviente”.

Sin embargo, hoy la ciencia muestra cómo la materia, como parte de su proceso normal de desarrollo, aumenta de complejidad sin intervención de agentes externos que la impulsen, lo que se ha dado en llamar “autoorganización”, y se ha demostrado la existencia de procesos de creación de orden a partir del desorden en sistemas abiertos llamados disipativos. En este sentido, otro ejemplo de aparición de estructuras complejas formadas por patrones organizados, podría constituirlo el fenómeno conocido como inestabilidad de Bénard, que ha sido utilizado en la explicación de las estructuras disipativas. Bénard utilizó una superficie plana -algo así como una sartén- en la que puso una delgada capa de líquido. Calentó la superficie inferior –la sartén- y dejó la superficie superior del líquido en contacto con el entorno exterior, es decir, creó un gradiente de temperatura.

Al principio, el calor se transmitía por conducción -colisión entre las moléculas-, pero cuando la diferencia de temperatura alcanzó un valor determinado –lo que se consigue cuando el sistema está “al borde del caos”– el transporte de calor pasó a ser por convección -transmisión por un movimiento colectivo de las moléculas-. En ese momento apareció una estructura organizada, y la capa líquida comenzó a distribuirse formando hexágonos dispuestos en forma de panal. Este fenómeno parecía ir en contra del segundo principio de la termodinámica, puesto que se obtiene orden del desorden, ya que la creación de la estructura se iniciaba a partir de una fuente de calor, que es normalmente fuente de desorden. Ilya Prigogine establecería más tarde un modelo teórico para explicar fenómenos como la convección de Bénard y otros muchos, como la reacción de Belousov-Zhabotinsky o reacción BZ. En 1977 Prigogine recibió el premio Nobel de Química por su “gran contribución a la acertada extensión de la teoría termodinámica a sistemas alejados del equilibrio, que sólo pueden existir en conjunción con su entorno”, es decir, sistemas que originan nuevas estructuras “ordenadas” denominadas “estructuras disipativas”.

Para el astrofísico John Gribbin, “aquí tenemos el secreto de la existencia del orden en el universo, y especialmente el secreto de la vida. Siempre que nos veamos confrontados con el enigma de la existencia del orden, y especialmente de la existencia de la vida, y nos preguntemos cómo es posible que el mundo haya llegado a ser así, podremos decirnos a nosotros mismos: «¿Recuerdas las células hexagonales de la convección de Bénard? Pues es lo mismo»”.

Raquel Bello-Morales

Universidad Autónoma de Madrid

Referencias y lecturas recomendadas:

Así de simple, John Gribbin. Crítica, 2006

Sobre el crecimiento y la forma, D’Arcy Thompson. Cambridge University Press, 2003

Caos, James Gleick. Seix Barral, 1988

Biofísica: procesos de autoorganización en biología, Francisco Montero y Federico Morán. Eudema, 1992