viernes, 23 de diciembre de 2011

El orden en los sistemas biológicos


¿Cómo hace un organismo para evitar la desorganización o el desorden molecular? 
La respuesta es: Al comer, beber, respirar y en el caso de las plantas, por la asimilación. 
Es lo que se llama: metabolismo, que en griego significa cambio o intercambio, pero...
¿Intercambio de qué?


En principio la idea subyacente es, sin duda, el intercambio de material, por ejemplo la palabra alemana para el metabolismo es Stoffwechsel (Stoff=materia, sustancia. Wechsel=cambio).
Pero que el intercambio de material deba ser lo esencial es absurdo. Cualquier átomo de nitrógeno, oxígeno, carbono, azufre, etc, es tan bueno como cualquier otro de su clase, ¿que podría ganarse con el intercambio entre ellos? 

Igualmente con respecto a la energía. Clasificar a los alimentos por su contenido en calorías no es del todo correcto porque en un organismo adulto el contenido de energía es tan invariable como el contenido material. Esto es debido a la conservación de la energía. Es obvio que ninguna caloría vale más que otra caloría, de manera que no se puede ver como este intercambio podría evitar la pérdida de orden del organismo.

¿Cuál es el contenido precioso en los alimentos que nos aleja de la muerte? 
Respuesta: La luz, y su capacidad para aportar orden al sistema. 

Todos los procesos, todo lo que está pasando en la naturaleza, lleva a un aumento de la entropía por parte del mundo en el que está pasando. Así, un organismo vivo aumenta continuamente su entropía, o también podemos decir que produce entropía positiva, y por lo tanto tiende a acercarse al peligroso estado de entropía máxima, que es la muerte. 
Sólo puede mantenerse al margen de ella, es decir, con vida, mediante la continua elaboración de entropía negativa en su entorno, lo cual es algo muy positivo como veremos enseguida. 
Esencialmente un organismo se alimenta de entropía negativa. 

O, para decirlo de otra forma, lo esencial en el metabolismo es que el organismo consigue liberarse de toda la entropía que no puede dejar de producir mientras está vivo.
La entropía negativa (también llamada negentropía o sintropía) de un sistema vivo, es la entropía que el sistema exporta para mantener su entropía baja; esto lo hace para evitar el rápido deterioro al que lo llevaría el estado inerte de "equilibrio" de la entropía.

¿Qué es la entropía?

Es una magnitud física que designa, en cualquier sistema termodinámico aislado y tendiente al equilibrio, la parte de energía que no puede usarse para producir trabajo. Está en relación al grado de desorden molecular interno que presenta un sistema y por lo tanto es una medida del desorden. 
A mayor orden, menor entropía.
Por eso nuestro organismo lucha contra la entropía, para no desorganizarse.

La entropía está relacionada con la 2ª ley de la termodinámica, la cual expresa que la cantidad de entropía del universo tiende a incrementarse en el tiempo, y si bien la materia y la energía no se pueden crear ni destruir, sí pueden transformarse, y establece el sentido en el que se produce dicha transformación, de forma irreversible.

El universo tiende a distribuir la energía uniformemente; o sea, a maximizar la entropía.

Hay una diferencia en los modos cómo la materia inorgánica y la materia viva se las arreglan para hacer frente a la 2ª ley de la termodinámica- de la cual surge el concepto de entropía.
Mientras que en el caso de la materia inorgánica es necesaria la participación de enormes cantidades de átomos para, en promedio, alcanzar cierta estabilidad que hace posible a los organismos asegurar su existencia; en el caso de los sistemas vivos, la ley de los grandes números para evitar la entropía no es una condición absoluta, ya que comparativamente con solo unos pocos átomos participantes en las estructuras y procesos celulares, logran evitar el desorden (caos) del movimiento térmico.
Y es que la materia viva, por la peculiar organización de sus átomos en cristales aperiódicos o quasicristales, absorbe entropía negativa del ambiente y se resiste a la degradación.

La vida  representa el comportamiento ordenado y organizado de la materia, que no está basado solo en su tendencia a pasar del orden al desorden, sino también basado en un orden existente que es transmitido y mantenido. 
Dos son, pues, los principios que pueden describir la existencia de los sistemas vivos: el orden a partir del desorden (propio de los sistemas físicos) y el orden a partir del orden (típico de los sistemas biológicos).


 Orden a partir del desorden

Un sistema biológico se mantiene vivo en su estado organizado tomando energía del ambiente y procesándola a través de su eficiente maquinaria química. Ésta acopla las sucesivas transformaciones energéticas a la producción de trabajo útil, lo que le permite ejercer las diferentes funciones celulares y así mantener su organización interna. 
Durante estos procesos, las células devuelven a su entorno energía disipada que consiste en calor y otras formas que rápidamente se distribuyen en el ambiente aumentando su desorden y entropía. Así, los organismos vivos ganan orden interno a expensas de generar desorden en su ambiente.

Orden a partir del orden

No toda la ordenación de un organismo vivo exige que su ambiente se desordene. Existe un orden transmitido genéticamente. La estructura del ADN permite almacenar la información genética de forma inalterada durante generaciones.
Debido a su estructura molecular (un verdadero cristal aperiódico), un gen no es perturbado por la agitación térmica y por eso puede transmitir la información genética de generación en generación sin degradarse.
ADN

Este tipo de cristal aperiódico se diferencia de los cristales ordinarios (que presentan periodicidad y regularidad en su estructura), en el rol que juegan sus átomos y moléculas individuales que permiten codificar gran cantidad de información y mantenerla estable y duradera.

La vida se las arregla para mantener el orden en los organismos y evitar la extinción.

El orden y la coherencia no solo le permiten a un organismo existir, sino también potenciar su capacidad de adaptación y funcionamiento.




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