I. LA EMERGENCIA DE LA VIDA

Todo es flujo, nada es estacionario. HER�CLITO

Cuando dejamos de cambiar dejamos de ser. R. BURTON

Las propiedades que com�nmente atribuimos a los objetos son, en �ltimo t�rmino, nombres de sus conductas. R. HERRICK

EN EL siglo pasado los cient�ficos comenzaron a explicar que la enorme complejidad del mundo biol�gico, tal como lo vemos hoy, es el producto de una evoluci�n, es decir de un proceso por el cual las mol�culas del planeta se fueron asociando e interactuando en reacciones que dieron origen a organismos muy simples, que luego fueron cambiando y diversific�ndose hasta generar culebras, higueras, eucaliptos y hombres. Los evolucionistas renunciaron a aceptar la participaci�n divina y a invocar a factores extraf�sicos, del tipo que hab�an estado invocando las corrientes denominadas animismo y vitalismo, pero se encontraron con escollos casi insalvables. Los bi�logos, por as� decir, se marcharon del templo rumbo a la casa del f�sico, pero al llegar descubrieron que �ste se encontraba comprometido en el desarrollo de una nueva disciplina: la termodin�mica, una ciencia que en el fondo es hija del maquinismo.

A mediados del siglo pasado las m�quinas, que hab�an llegado a una difusi�n y a un orden de complejidad muy grandes, comenzaron a competir entre s� en rendimiento; por ello se necesit� medir su eficiencia en la transformaci�n de un tipo de energ�a en otro: una ca�da de agua impulsa una rueda hidr�ulica, que a su vez mueve una polea, que luego hace girar un torno; o bien una caldera comprime un pist�n, que hace dar vueltas a una rueda, que hace funcionar un telar. As� como las leyes de la econom�a nos permiten contabilizar los balances de dinero independientemente de qu� cosa se este vendiendo, de qui�n la compre y de cu�ntas ventas, reventas, intereses y tipos de cambio implique, la termodin�mica nos permite tener las cuentas claras en los balances energ�ticos de los distintos procesos que ocurren sobre la Tierra. Pero los f�sicos descubrieron muy pronto que las ense�anzas de la termodin�mica trascienden en mucho su humilde papel de "economista" de los procesos industriales, y que su campo no se limita a las m�quinas construidas por los hombres, sino que adem�s les permite comprender la maquinaria fundamental de la naturaleza. En otros t�rminos, les fue brindando una descripci�n no s�lo de calderas y barrenos, sino tambi�n de los procesos naturales. Muy pronto result� claro que si los bi�logos aspiraban a dar explicaciones f�sicas de la vida, deber�an atenerse a los principios termodin�micos. Conviene, entonces, hacer una digresi�n con el fin de conocerlos.

Los dictados de la termodin�mica fueron condens�ndose paulatinamente en un par de principios que ninguna explicaci�n de los procesos f�sicos naturales o artificiales que ocurren a escala terrestre debe ignorar. El primer principio afirma que la energía del Universo es constante. Esto significa que no se puede consumir ni producir energ�a. Acostumbrados a recargar dep�sitos de gas, quemar carb�n y pagar cuentas de electricidad, esta afirmaci�n puede sonarnos un tanto sorprendente. Sin embargo, el primer principio se refiere a una forma total de energ�a, y aclara que, cuando se realiza un proceso, la energ�a se transforma de �til en in�til. De alguna manera era de enorme conveniencia contabilizar las cosas as� y afirmar que F, la energ�a libre (o �til, o disponible para hacer un proceso), es igual a la energ�a total (E), menos una cierta cantidad de energ�a ya gastada:

Libre = Total - Ya Gastada

Esa cantidad de energ�a in�til y ya gastada resulta del producto de la temperatura absoluta (T) y de un nuevo factor, la entrop�a (S), concepto que se forj� para tener claras las cuentas energ�ticas. De este modo, esta relaci�n de la "econom�a" termodin�mica puede formularse as�:

F = E - TS

Ahora bien, como en el Universo siempre est�n ocurriendo procesos (fluyen los r�os, ilumina el Sol, digieren los gatos, hilan los telares, explotan las bombas, caminan las personas) y todos ellos disipan energ�a �til, siempre est� aumentando TS (el producto de la temperatura absoluta por la entrop�a). En raz�n de ello, el segundo principio de la termodin�mica afirma: la entrop�a del Universo siempre crece.

El enunciado del segundo principio hizo que se mirara al Universo con profunda extra�eza; si la entrop�a siempre crece, un momento en el que haya menos entrop�a ser� anterior a un momento en el que habr� m�s. Se crey� entonces que el crecimiento de la entrop�a se�alaba la direcci�n positiva del tiempo. El Universo dej� de ser considerado como un enorme c�mulo de materia suspendida en el vac�o, funcionando eternamente en la misma forma, y pas� a ser entendido como algo que iba cambiando, se iba gastando, iba envejeciendo. Ven�a de un momento en el que hab�a tenido menos entrop�a y marchaba hacia un destino provocado por su constante funcionamiento y su propia inutilizaci�n de energ�a, en el que se detendr�a y morir�a. Estas ideas estaban de acuerdo con las de aquellos que se hab�an puesto a calcular, por ejemplo, cu�nto tiempo iban a tardar los r�os de Europa en erosionar, borrar y llevarse los Alpes. La termodin�mica le indic� al hombre del siglo pasado que hay una flecha del tiempo —como despu�s se le dio en llamar— que apuntaba desde un pasado hacia un futuro.

Pero esta perspectiva no hubiera implicado en s� misma ninguna dificultad para que la biolog�a cumpliera su prop�sito de explicar los procesos de la vida con base en criterios f�sicos; por el contrario: tambi�n la biolog�a de aquellos tiempos estaba empe�ada en demostrar que las jirafas, los hombres, las sardinas y los bosques no hab�an existido siempre, ni hab�an sido creados de entrada como tales, sino que hab�a habido una lenta evoluci�n a lo largo de la cual fueron apareciendo jirafas, hombres, sardinas y bosques. La biolog�a tambi�n estaba, pues, creando una especie de flecha de la vida, paralela a la flecha del tiempo. �A qu� nos referimos entonces, cuando afirmamos que la termodin�mica present� escollos casi insalvables?

La discusi�n de estos escollos con que tropez� la biolog�a nos permitir� acercarnos al concepto del tiempo y de la muerte biol�gica. Pero para poder hacerlo debemos introducir algunos conceptos, tales como sistema, equilibrio y otros que iremos necesitando.

Un sistema es cualquier cosa que elijamos como objeto de estudio. Consideramos que un sistema est� aislado cuando no se le quita ni agrega nada y, adem�s, cuando el medio en el que est� no lo perturba. Aunque el �nico sistema que cumple estrictamente estos requisitos es el Universo de los laicos (por definici�n no hay nada extrauniversal), muchas veces se pueden desechar peque�as interacciones y considerar que un sistema est� pr�cticamente aislado. Cualquier cosa que ocurra dentro de un sistema aislado ser� entonces espont�nea: no ser� causada por ning�n agente externo a �l. Estos procesos internos ocurren porque en el sistema hay heterogeneidades: si algo est� m�s caliente que el resto, se enfriar�; si hay agua en una loma, fluir� hacia abajo; si una cosa est� m�s seca, se humedecer�; si algo se arroja hacia arriba, caer�; si una barra de metal tiene m�s electrones en una punta que en la otra, desarrollar� una corriente el�ctrica hasta que esta inhomogeneidad se desvanezca, las calderas se apaguen y los p�ndulos dejen de oscilar. Cuando ya no haya desniveles (gradientes) ni ocurra ning�n proceso neto, el sistema habr� alcanzado un equilibrio.¹ Se alcanza cuando toda la energ�a �til ha sido consumida y transformada en in�til, y cuando la entrop�a del sistema ha llegado a un m�ximo. Si el tiempo transcurr�a cuando aumentaba la entrop�a, ahora se ha detenido: en el equilibrio el tiempo del sistema no "fluye".

Consideremos estos equilibrios desde otro �ngulo. Si abandonamos una pelota en una colina es muy probable que se ponga a rodar hasta llegar al valle, pero si la dejamos en el valle es muy improbable que ruede hacia arriba. Del mismo modo, es extremadamente improbable que una barra de cobre se enfr�e espont�neamente en una punta y se caliente en la otra, o que el agua trepe las cascadas y suba por los r�os a las monta�as, o que un p�ndulo quieto se ponga a oscilar, o que un mont�n de �tomos aislados se combinen y formen una enzima, o que un c�mulo de mol�culas org�nicas en un tubo armen una bacteria. Hay una relaci�n entre los estados de un sistema y la probabilidad. El equilibrio es el estado m�s probable de un sistema. Imaginemos ahora la ruleta que llevan algunos vendedores ambulantes, y que los ni�os hacen girar para ver si les toca uno o dos barquillos. Lo m�s probable es que los ni�os saquen uno y no dos, simplemente porque hay muchas m�s posiciones (subestados) en los que la ruleta marca "1", que subestados en los que marca "2". An�logamente, un sistema tiene muchas formas de estar, y, seg�n los termodinamistas, tienden a equilibrarse, porque el equilibrio tiene m�s formas (subestados) que los desequilibrios.

Ademas de estas relaciones entre los estados y la informaci�n, que tambi�n necesitamos introducir aqu�. Supongamos que la rueda de barquillos tenga una sola posici�n en la que la aguja marca "2", y veinte en las que el ni�o tiene que conformarse con "1" o sea un solo barquillo. Si tuvo la suerte de que marcara "2", no tenemos ninguna duda de cu�l fue la posici�n en que se detuvo la aguja, pues hay una sola posici�n en que �sta marca "2". Pero si nos dicen que sac� un solo barquillo, no sabremos en cu�l de las veinte fue a parar, y nuestra ignorancia por lo tanto ser� mayor. Como el equilibrio es el estado m�s probable, porque tiene m�s subestados, es tambi�n el que nos deja m�s ignorantes acerca del ordenamiento que alcanz� el sistema. Recapitulando: en el equilibrio la entrop�a del sistema llega al m�ximo, la ignorancia tambi�n, y su tiempo deja de "fluir''.

Acerqu�monos ahora a lo biol�gico. Antiguamente se consideraba que los sistemas biol�gicos (una sola oveja, una manada, todas las ovejas del mundo, todos los animales del mundo, todos los animales m�s todos los vegetales, toda la bi�sfera) estaban en equilibrio. Pero las mol�culas. de los organismos vivos contienen en sus enlaces much�sima energ�a potencial, el ordenamiento de sus mol�culas es enorme, y se necesita much�sima informaci�n para especificar su articulaci�n y su estructura. La informaci�n que se requiere para la construcci�n del intestino, de los circuitos neuronales, de las gl�ndulas, es tan grande, que el gusano m�s elemental representa un incre�ble alejamiento del estado de equilibrio. Adem�s, los organismos vivos funcionan, y una funci�n es un pasaje (ordenado, con sentido)² de un subestado a otro. Los criterios del equilibrio servir�an a lo sumo para estudiar un cad�ver en un congelador, pero no a un ser vivo. Peor incluso si dej�ramos un cad�ver fuera del congelador se ir�a descomponiendo, lo que tambi�n constituir�a un proceso. De manera que el equilibrio no nos sirve ni siquiera para estudiar procesos post mortem, mucho menos para estudiar la vida.

Tenemos ahora algunos elementos para evaluar los escollos que la termodin�mica le plante� a la biolog�a. En momentos en que los f�sicos afirmaban que el Universo tiende a caotizarse, disipar sus gradientes, consumir su energ�a �til, aumentar su entrop�a y "morirse", resultaba impensable que los evolucionistas, al dar un enfoque f�sico de la vida, propusieran que la materia se hab�a ido ordenando espont�neamente para formar primero c�lulas, luego organismos multicelulares, que las c�lulas de �stos se especializaran y aparecieran neuronas, que �stas se conectaran en complej�simos sistemas nerviosos y que, para coronar el proceso, apareci�ramos los seres humanos. Que la flecha del tiempo y la flecha de la vida fueran paralelas parec�a no tener refutaci�n sensata, pero que los procesos vitales fueran a regirse por leyes f�sicas parec�a tan rid�culo que el famoso lord Kelvin, uno de los padres de la termodin�mica, restringi� los enunciados de los principios a "entidades materiales inanimadas ". En otras palabras: los bi�logos ya se hab�an ido del templo y ahora golpeaban a la puerta de los f�sicos, pero estos desalmados no s�lo no les abr�an, sino que consideraban que la biolog�a se deb�a ocupar de entidades... con alma.

Los bi�logos, sin embargo, no volvieron al templo. En los a�os cuarenta de este siglo, ya ten�an suficientes nociones acerca de la energ�a libre que consumen los procesos biol�gicos, de los gastos energ�ticos necesarios para ordenar los sistemas y de las relaciones entre informaci�n, orden y energ�a. El que puso las cuentas en claro fue Erwin Schroedinger, el mismo sabio que veinte a�os antes formulara la ecuaci�n de onda. Un sistema biol�gico, plante�, no es un sistema aislado pues intercambia energ�a. Ni siquiera es cerrado, puesto que tambi�n intercambia materia. Por lo tanto, para hacer balances energ�ticos hay que considerar un sistema m�s amplio: el formado por el sistema biol�gico m�s su medio. Schroedinger mostr� que en el sistema as� encarado la parte biol�gica puede alcanzar un alt�simo grado de organizaci�n y de alejamiento del equilibrio siempre y cuando su medio sufra un gasto energ�tico y una desorganizaci�n proporcionalmente mayor. La suma algebraica de lo que gana el sistema biol�gico, m�s lo que pierde el medio, debe dar un saldo negativo. El segundo principio es entonces obedecido: la entrop�a del todo (organismo + medio) crece. El dinero que un se�or les gana a sus compa�eros de juego se explica por lo que �stos pierden. Pero esta analog�a es imperfecta, porque si en lugar de dinero jugaran por energ�a, de acuerdo al segundo principio el se�or deber�a ganar mucha menos energ�a de la que pierden sus compa�eros. As� y todo, este balance no nos dir�a nada acerca de c�mo hace el se�or para ganar. An�logamente, la explicaci�n de la estrategia ganadora de los sistemas biol�gicos tampoco correr�a a cargo de los termodinamistas sino de los bi�logos, pero, por lo menos, ahora las cuentas energ�ticas estaban aclaradas: para armar sus mol�culas de prote�nas, de �cidos nucleicos y todas las que los componen, los animales deben comer. Toda la cadena tr�fica depende en �ltimo t�rmino de los animales que ingieren vegetales, y estos vegetales crecen y se desarrollan gracias a la absorci�n de energ�a solar. Es el Sol quien, al fin y al cabo, paga todas las cuentas.

Los bi�logos adoptaron entonces modelos de sistemas en estado estacionario. Para ilustrar qu� es un sistema en estado estacionario imaginemos un recipiente que tiene agua y que la pierde gota a gota por un orificio, pero al que nosotros le mantenemos el volumen constantemente con paciencia y continuidad. Se�alemos que, mientras un sistema en equilibrio mantiene su constancia porque no hay procesos, el sistema en estado estacionario la mantiene porque hay procesos balanceados (los de perder y recibir agua). El primer sistema es est�tico, el segundo din�mico. En �stos, como en la famosa novela de Giuseppe di Lampedusa, Il Gattopardo, hay que gastar mucha energ�a para conseguir que nada cambie. Los modelos de equilibrio biol�gico hab�an fracasado, pero en cambio la adecuaci�n de los modelos de estado estacionario no parec�a tan remota puesto que los organismos deben reponer energ�as para seguir viviendo. Sin embargo estos modelos tambi�n presentaron dificultades.

Antiguamente las radios emit�an ruidos en cuanto entraba un contrabajo o una soprano, o cuando llegaba un tutti orquestal. Hoy, en cambio, los equipos de alta fidelidad pueden responder linealmente a exigencias sonoras extremas, y s�lo comienzan a distorsionar el sonido a frecuencias ubicadas mucho más all� de lo que puede captar el o�do humano. Tambi�n las leyes que describen las conductas de los sistemas en estado estacionario se aplican en tanto �stos no se alejen demasiado del equilibrio, porque cuando lo hacen aparecen no-linealidades, es decir, son incapaces de aumentar su respuesta en proporci�n lineal al grado de alejamiento del equilibrio. Cuando los sistemas se alejan de su equilibrio no s�lo distorsionan sus conductas sino que peligra su misma integridad. As�, la Ley de Ohm se cumple perfectamente para un hilo de cobre entre cuyas puntas establezcamos una diferencia de potencial de un voltio, de dos, de diez... Pero no podemos predecir qu� corriente fluir�a si le aplic�ramos cien mil voltios. Seguramente se fundir�, de modo que no ya su conducta, sino su mism�sima estructura habr� de cambiar.

El grado de alejamiento que toleran los distintos sistemas en estados estacionarios antes de caer en una crisis es variable. Para los sistemas qu�micos, el margen en que mantienen la estabilidad es relativamente peque�o. As�, si aumentamos la concentraci�n de reactivos y disminuimos la de productos haremos marchar la reacci�n m�s r�pidamente, pero no la podr�amos acelerar indefinidamente, pues el sistema pronto entrar�a en crisis.³ Ahora bien, los sistemas biol�gicos son fundamentalmente m�quinas qu�micas, de modo que los modelos de estado estacionario, si bien son �tiles para tratar ciertos fen�menos biol�gicos, en general resultan inadecuados.

Hasta no hace mucho se cre�a tambi�n que, cuando el sistema entra en crisis, pod�a suceder "cualquier cosa". Si un gigante juega a patear una pelota en el centro de un valle, al alejarse, la pelota cobra energ�a potencial que la har� rodar de regreso a sus pies. Puede hacerlo en la direcci�n y con la fuerza que desee, pero despu�s de algunas oscilaciones, la bola ha de retornar a su posici�n de equilibrio. Pero si el impulso llega a ser tal que la hace rebasar los l�mites del valle, la pelota ya no regresar�, sino que ahora tratar� de alcanzar el equilibrio en el pr�ximo valle. Podr�a ser que, desde el punto de vista del gigante, esta conducta de la pelota no tenga sentido: tanto alej� del equilibrio a su sistema, que ahora sus leyes y ecuaciones no le sirven para entender las funciones. Justamente, este era el punto en que se encontraba la f�sica de los procesos biol�gicos hasta la segunda Guerra Mundial: s�lo pod�a dar cuenta de las conductas cercanas al equilibrio (antes de las crisis). Pero sucede que, como lo mencionamos anteriormente, los sistemas biol�gicos est�n alejad�simos de los equilibrios. Sin embargo, encabezada por el grupo belga de Ilya Prigogine (1967, 1969), la termodin�mica tom� al toro por las astas, se aboc� al estudio de los desequilibrios y las crisis, y trat� de entender qu� demonios ocurr�a m�s all�.

Uno de los sistemas utilizados como caballito de batalla para las descripciones iniciales, fue el constituido por el agua contenida en un recipiente plano (del tipo de las cajas de Petri). El agua es aqu� un sistema intermedio, ubicado entre una fuente (el calentador) y un sumidero de calor (el espacio en derredor). Notemos que un sistema intermedio est� en contacto con dos medios (en este caso uno hace de fuente y el otro de sumidero) que a su vez difieren entre s� (en este caso uno est� m�s caliente que el otro). An�logamente, una radio es un sistema intermedio, pues una patita del enchufe tiene m�s voltaje que la otra.

Ya desde la �poca de B�nard se sab�a que, al ser calentada, el agua del recipiente se organiza en cierto momento en celdas hexagonales por las que gira circularmente. Desde el punto de vista de la probabilidad, este ordenamiento es casi inaudito. Sin embargo, se observa con probabilidad "1" cada vez que se repite la experiencia. Decir que se da con probabilidad "1", es sin�nimo de reconocer su aparici�n como una ley causal. Resultaba curioso entonces el hecho de que, cuando los sistemas funcionan cerca de los equilibrios, lo que predomina es la disipaci�n de las heterogeneidades, el crecimiento de la entrop�a, la tendencia al caos y el colapso de las estructuras; pero, por el contrario, se observ� que cuando est�n muy alejados, los desequilibrios provocan crisis tras las cuales no sucede "cualquier cosa", sino que aparecen nuevas estructuras (ver Cereijido, 1978, 1981).

Los sistemas hidrol�gicos como el que acabamos de describir carecen de inter�s biol�gico. Por esta raz�n, el grupo de Prigogine comenz� entonces a estudiar sistemas qu�micos alejados del equilibrio, para lo cual hicieron que las reacciones constituyeran sistemas intermedios (como en el caso del agua en el fen�meno de B�nard), s�lo que en lugar de una fuente de calor los miembros del grupo de Prigogine utilizaban una fuente de reactivos, y en lugar de un sumidero hacia el cual se dirige y donde se disipa el calor, emplearon un medio hacia el cual pudieran difundirse los productos. La magnitud del desequilibrio est� representada en este sistema por el gradiente (diferencia de concentraci�n) de los reactivos que entran y de los productos que salen. A medida que el gradiente se acent�a, la reacci�n se lleva a cabo m�s velozmente, pero al llegar a cierto punto, el sistema entra en crisis y se ordena espacialmente, o tiene conductas peri�dicas, o combina ambas caracter�sticas, mostrando que las concentraciones de las sustancias producidas en reacciones intermedias de pronto alcanzan m�ximos en ciertos puntos del recipiente y m�nimos en otros. En un momento dado estos puntos pueden estar distribuidos, por ejemplo, en una espiral, y cambian al rato, dando as� la impresi�n de que la espiral se mueve. Luego pueden repetir esta secuencia una y otra vez con intervalos de tiempo que dependen de los reactivos en cuesti�n, constituyendo as� verdaderos relojes qu�micos. Como las reacciones alcanzan un ordenamiento espacial y/o temporal se las llama estructuras, y como su existencia depende de un proceso de suministro de reactivos, de una eliminaci�n de productos y de una disipaci�n de energ�a, se las llama estructuras disipativas.

De modo que m�s all� de los desequilibrios y de las crisis no sucede "cualquier cosa", no est� el caos,⁴ sino el ordenamiento en una estructura nueva que funciona en forma distinta. Claro que, desde el punto de vista del sistema, m�s all� de la crisis est� en realidad el caos, y es evidentemente que no se puede entender lo que sucede utilizando las leyes que se obedecen cerca del equilibrio: reina la ignorancia (�del observador!). Al estudiar las estructuras disipativas, se lleg� a la conclusi�n de que todo orden nuevo, toda estructura (qu�mica o no), tiene su origen en una crisis de un estado anterior. Las crisis no son, pues, los umbrales del caos, sino puntos en los que los sistemas sufren cambios estructurales dr�sticos, porque la estructura que ten�an hasta entonces les resultaba muy costosa y no pod�an ya mantener su funcionamiento.

El estudio de las estructuras disipativas permiti� entender tambi�n otro aspecto notable: no son "cosas" sino configuraciones espaciales o temporales que adoptan los procesos. Es la reacci�n qu�mica la que se organiza con una forma, un tama�o, un color⁵ y una duraci�n determinados. En realidad nadie encontr� jam�s una "cosa" estable en el Universo. En general llamamos "cosa" a una configuraci�n de procesos cuyas escalas temporales nos resultan demasiado lentas. Pero basta acelerarlas para ver cuan ef�meras son. As�, para que podamos imaginar las diferentes etapas del Universo, que duraron millones y millones de a�os, se suele representar esas etapas a lo largo de un a�o, es decir como si la Gran Explosi�n hubiera ocurrido a la cero horas del primero de enero. En esa escala de tiempo, el Sistema Solar aparece all� por septiembre, la vida en octubre y nosotros en los �ltimos segundos de diciembre. A escalas geol�gicas que duran miles de millones de a�os, la vida de un hombre, desde huevo fecundado hasta cad�ver, parece poco menos que una explosi�n. Nos queda claro, entonces, que modas, muebles, aparatos, personajes, instituciones, imperios, ciudades, especies biol�gicas, monta�as, continentes, sistemas planetarios, galaxias y el Universo entero no son m�s que configuraciones m�s o menos pasajeras que va adoptando la materia. Las cosas no son m�s que momentos de los procesos, en particular los momentos en que los cambios son despreciables y la identidad del objeto se preserva.

Desde esta forma de ver las cosas, la historia de un organismo aparece como una serie de crisis y transiciones: en un huevo fecundado las c�lulas se dividen y forman una masa (m�rula) que no queda como tal, sino que luego se ahueca (bl�stula) y m�s tarde se invagina (g�strula), pasando despu�s por otros estadios que incluyen los de embri�n, feto, ni�o, adolescente, adulto, anciano y cad�ver. Cada una de las etapas estuvo caracterizada por un modo de funcionar que fue alejando del equilibrio a la estructura en cuesti�n (v. gr. la m�rula), hasta que la empuj� a una crisis en la que �sta se alter� y, de ah� en adelante, ya no pudo continuar siendo m�rula, ni volver a recuperar sus propiedades. Los organismos siguen secuencias de crisis y colapsos de estructuras que transcurren en una forma previsible, antes de dar con alguna transici�n hacia lo patol�gico y hacia la muerte.

Se�alemos de paso que, si en alguna de las etapas se lograra un verdadero estado estacionario, el resultado ser�a monstruoso: si un beb� tuviera una homeostasis⁶ tan perfecta que compensara cualquier desviaci�n de sus par�metros, quedar�a como un beb� perpetuo.

Antes de continuar resumamos algunos puntos que emergieron de nuestro an�lisis: 1) Al alejarse de los equilibrios, los sistemas tropiezan con crisis, despu�s de las cuales pueden ocurrir fen�menos morfogen�ticos, con los consiguientes cambios funcionales. 2) Los sistemas intermedios (entre una fuente y un sumidero) son desplazados de su equilibrio y obligados a "funcionar" continuamente, gastando energ�a libre (si queremos permanecer en medio de una escalera autom�tica deberemos saltar continuamente de un escal�n a otro, pues una punta de la escalera se comporta como una fuente y la otra como un sumidero de escalones). 3) Los procesos qu�micos, a los que la fuente les entrega reactivos y el sumidero les quita los productos, se comportan como sistemas intermedios. 4) Los sistemas qu�micos son muy poco lineales y llegan a las crisis a poco de que se los aleje del equilibrio. 5) Cuando atraviesan una crisis pueden formar estructuras disipativas, cuya configuraci�n y funcionalidad no pod�an preveerse con base en las leyes din�micas que reg�an sus procesos antes de las crisis. 6) Un sistema no necesariamente est� expuesto a una crisis, sino a toda una variedad, cuya naturaleza (y consecuencias) dependen del tipo de perturbaci�n que le causa el medio. 7) Tampoco se limita a una crisis, sino que puede sufrir toda una serie de crisis. 8) Los sistemas biol�gicos son fundamentalmente sistemas qu�micos. 9) La vida, tanto en su ontogenia (de huevo a ni�o), como en su filogenia (de las primitivas c�lulas procariotes hasta el ser humano), consiste en una serie de saltos a nuevas estructuras, con nuevas formas de funcionar.

La Tierra constituye un sistema intermedio entre el Sol y el espacio exterior. De d�a recibe radiaci�n solar y de noche la disipa hacia el espacio en forma de calor. Harold Morowitz (1968) se�al� que a tales sistemas intermedios el flujo estacionario les produce por lo menos un proceso c�clico material. Para comprenderlo imaginemos aqu� el agua del planeta: el Sol causa evaporaci�n de los mares, se forman nubes, llueve, nieva, parte del agua y de la nieve cae sobre los continentes, se forman r�os y el agua vuelve al mar. Ahora bien, si s�lo hubiera suministro de energ�a, se evaporar�a toda el agua, y si s�lo hubiera disipaci�n de calor, se congelar�a. Para alcanzar en cambio la organizaci�n tan compleja que le conocemos, el agua del planeta debe estar sujeta a un flujo de energ�a, que implica caer desde un potencial m�s alto hacia otro m�s bajo.

Otra de las caracter�sticas de estos ciclos es que se pueden acoplar. Si a lo largo del r�o que mencionamos, los hombres instalan turbinas y plantas de energ�a el�ctrica, y acoplan al ciclo el�ctrico todas sus industrias, la regi�n se har� m�s compleja (es decir, se necesitar� m�s informaci�n para describirla).

Pasemos ahora a otro tipo de ganancia organizativa de las que produce el flujo de energ�a solar. Al absorber la radiaci�n solar, los electrones de los �tomos de la Tierra se excitan y saltan a las �rbitas m�s externas, pero en seguida (unos cienmillon�simos de segundo m�s tarde) vuelven a sus �rbitas primitivas, eliminando el exceso de energ�a que les hab�a causado la transici�n. Mientras est�n excitados, los �tomos son sumamente reactivos y pueden combinarse con otros �tomos formando mol�culas. M�s tarde, los electrones de los �tomos que ya est�n formando una mol�cula pueden volver a absorber energ�a y excitarse, pudiendo hacer entonces b�sicamente dos cosas: 1) romper su ligaz�n y desarmar la mol�cula, volviendo a su estado libre, o bien 2) combinarse con m�s �tomos formando entonces una mol�cula de mayor complejidad. En realidad, en la poblaci�n de �tomos y mol�culas de la Tierra prebiol�gica sucedieron ambas cosas, dando origen as� a un enorme metabolismo prebi�tico. Muchas de estas reacciones ya se han reproducido experimentalmente en el laboratorio; en ellas se vio que de esta manera se producen az�cares, amino�cidos, nucle�tidos y muchas otras mol�culas que hoy constituyen las piezas fundamentales de los organismos vivos.

Las investigaciones de Manfred Eigen y sus colaboradores (1971-1981) han mostrado c�mo pudo haber sido que las mol�culas prebi�ticas dieran origen a las primeras cadenas de DNA, de RNA y a las primeras prote�nas. Sin embargo, su descripci�n, as� como la de los primeros pasos hacia la aparici�n de una membrana celular y de un c�mulo molecular que pudiera aspirar al t�tulo de c�lula, escapan al plan de este libro. Aqu� nos basta con puntualizar que el flujo de energ�a solar, en su continuo perturbar y "empujar" al sistema qu�mico prebi�tico, lo fue transformando en un gigantesco aparato metab�lico que, en sucesivas crisis, se fue condensando en estructuras disipativas, algunas de las cuales dieron origen a primitivos organismos unicelulares, en los que la marcha de las reacciones qu�micas estuvo regida por enzimas codificadas en un genoma. Pero ni siquiera estas estructuras fueron dejadas en paz por el fluir de la energ�a solar. Ellas tambi�n fueron desequilibradas y empujadas hacia crisis y m�s crisis. Es fundamental tener presente que todo este funcionamiento, toda esta vida, est� condicionada tanto por el aporte energ�tico como por su disipaci�n final.

Entre esos organismos simples se gener� una competencia por los nutrientes que los fue forzando a desarrollar al m�ximo la captaci�n de energ�a solar, en una evoluci�n hacia una fotos�ntesis que constituye la etapa inicial de la enorme cadena tr�fica de la bi�sfera. Luego, esa misma interacci�n dio origen a organismos unicelulares capaces de asociarse y de formar sistemas multicelulares. Un buen texto de biolog�a podr�a reemplazar nuestro relato del resto de la historia de la evoluci�n sobre la Tierra. Aqu� s�lo se�alaremos un aspecto de la forma organizativa que se produjo: su estratificaci�n en jerarqu�as.

La vida est� organizada en niveles jer�rquicos (Pattee, 1971). El m�s bajo est� constituido por las reacciones qu�micas. Por encima de este nivel est� el de las enzimas que catalizan (aceleran miles de veces) y gobiernan las reacciones de la qu�mica org�nica; luego viene el nivel celular y as�, sucesivamente, se va llegando a los niveles end�crinos, al hipotal�mico, al de los centros nerviosos superiores y, por ah� arriba, aparece lo mental. Cada nivel se rige por sus propias leyes, obedece a su propio conjunto de restricciones. Una mol�cula de glucosa en la c�lula no puede hacer cualquier cosa, pues adem�s de cumplir las leyes de la qu�mica, deber� obedecer las que le imponen las enzimas (por ejemplo, la hexoquinasa). Pero estas enzimas tampoco hacen cualquiera de las cosas que pudieran hacerse en un tubo de ensayo, porque est�n acotadas por la arquitectura celular que, en su funcionamiento, hace entrar o salir del citoplasma a iones y mol�culas que facilitan o inhiben sus funciones. La entrada de estos iones y mol�culas est� a su vez controlada por las restricciones que les imponen los niveles superiores (por ejemplo, el p�ncreas y la suprarrenal, que tienen hormonas para controlar la glucemia). Cada nivel est� entonces acotado no s�lo por sus propias restricciones sino tambi�n por todas las de los niveles que tiene por encima. Como corolario, un nivel biol�gico est� tanto o m�s acotado cuanto mayor sea el n�mero de niveles jer�rquicos que tiene por encima. Finalmente, a la glucosa le quedan en el organismo unos pocos caminos metab�licos de los que no se puede apartar, porque hay toda una mara�a de controles (restricciones) superiores que obligan que los cumpla estrictamente (Cereijido, 1978).⁷

Los niveles m�s bajos son tambi�n los m�s arcaicos y, por el hecho de tener m�s restricciones, son los menos ambiguos. Por el contrario, los superiores tienen mayor libertad: son m�s flexibles y tienen un �mbito mayor para la creatividad.

A primera vista se dir�a que si se agrega un nuevo conjunto de restricciones, lejos de facilitar o de enriquecer los procesos, �stos ser�n interferidos o se llegar�a a bloquearlos del todo. Pero no es as�. Volvamos a recurrir a un ejemplo: si plantamos una parra y no le ponemos ninguna restricci�n, su grado de libertad ser� tan grande que le ser�a imposible llegar a cubrir una p�rgola a dos metros del suelo; pero si en cambio la sujetamos a una vara y le restringimos ciertos grados de libertad, seguramente la llegar� a cubrir.

Para que se posibiliten y enriquezcan los procesos, las restricciones impuestas por cada nivel jer�rquico deben tener sentido. Este sentido es, justamente, el que tratan de descubrir los especialistas de la din�mica de cada nivel: las leyes de los procesos. "Sentido" en el caso del r�o y las industrias que dimos como ejemplo, son las restricciones especificadas por las leyes de la hidrodin�mica, que rigen el funcionamiento de las turbinas; de la electricidad, que rigen el de la planta generadora; de la electr�nica, que rigen la marcha de todos los equipos el�ctricos enchufados a las l�neas de electricidad; de la mec�nica, etc. Esas leyes forman conjuntos de restricciones coherentes. En lo biol�gico las restricciones est�n explicadas por las disciplinas que rigen cada nivel: la qu�mica, la enzimolog�a, la biolog�a celular, la endocrinolog�a, la neurobiolog�a, la ecolog�a, etc�tera.

La enorme complejidad de la vida en la Tierra hoy se entiende como una consecuencia del fluir de energ�a solar, que oblig� a los sistemas qu�micos a adoptar un ordenamiento jer�rquico. Cada nuevo nivel jer�rquico apareci� en un momento dado de la evoluci�n. Hubo un momento en la historia del planeta en que no hab�a gl�ndulas de secreci�n interna, y otro a partir del cual ciertos animales ya ven�an equipados con ellas. Hoy no se sabe c�mo hacen los niveles inferiores para generar un nivel jer�rquico m�s alto, entre cuyas funciones est� aplicar m�s restricciones a los de abajo.

Pero quiz�s la caracter�stica m�s notable de la organizaci�n jer�rquica biol�gica es que no s�lo los niveles que ya est�n han de generar al pr�ximo superior, sino que este nuevo nivel tiene siempre propiedades emergentes que no son simplemente una suma de las propiedades anteriores. El sistema que se autojerarquiza en su interacci�n con el medio se equipa con nuevos niveles, cuya descripci�n requiere de nuevas leyes din�micas, nuevos lenguajes.

En resumen: la vida, al decir de Szent-Gyorgi, aprendi� a captar la energ�a del electr�n excitado por la radiaci�n solar, a hacerla decaer por sus intrincadas redes metab�licas, y eso le ha provocado un incesante alejamiento del equilibrio, una secuencia de cat�strofes, un aumento de complejidad consistente en la aparici�n de nuevas estructuras y nuevos procesos. Ese ordenamiento tom� la forma de niveles jer�rquicos sucesivos. Uno de los niveles m�s altos (o por lo menos m�s recientes) parece ser el mental. Por ser reciente y no tener por encima (dentro del organismo) ning�n otro nivel de restricci�n, es tambi�n el m�s ambiguo y el que tiene mayor �mbito creativo. El funcionamiento de toda esa pasta f�sico-qu�mica fue generando cucarachas, culebras, ornitorrincos, peces que nadan y aves que vuelan. En una de sus �ltimas etapas gener� un cerebro que lleva a cabo un curioso proceso: el pensamiento.

Hasta no hace mucho se consideraba a los organismos como m�quinas, cosas a las que un suministro de energ�a hac�a funcionar en equilibrio (quintaesencia de la salud). Hoy, en cambio, se considera que los organismos son la organizaci�n espacial del proceso provocado por el flujo de la energ�a a trav�s de la bi�sfera. Tan importante es el suministro de energ�a como el decaimiento a un nivel m�s bajo. Esta continua disipaci�n, decaimiento, muerte energ�tica o como querramos llamarla es fundamental para que la vida transcurra a lo largo de la flecha del tiempo que hab�an encontrado los f�sicos.

Hoy no hay discrepancias formales ni ideol�gicas entre las expectativas f�sicas y las explicaciones de la vida. Tanto el camino de crisis y cambios complejizantes que implica la evoluci�n, como la muerte que espera a los organismos, surgen como eventos comprensibles y necesarios.

Para dar por terminada esta rese�a de propiedades de la vida que ata�en a la discusi�n del tiempo y de la muerte, conviene subrayar un aspecto: las reacciones qu�micas que se cumplen en nuestros organismos se pueden reproducir en un tubo de ensayo sin necesidad de enzimas. Sin embargo, la velocidad de las reacciones en este caso es incre�blemente lenta. Las enzimas no s�lo constituyen entonces una manera de hacer que tales o cuales reacciones org�nicas se cumplan m�s favorablemente que las otras y se oriente el flujo metab�lico, sino que son un medio de acelerar los procesos biol�gicos. En este cap�tulo nos hemos referido repetidamente a las escalas temporales en que se cumplen los distintos procesos del mundo real. En este sentido debemos recalcar que las enzimas son responsables de que las reacciones metab�licas se cumplan a escalas temporales biol�gicas y no a escalas temporales geol�gicas, y as� sea la vida de un organismo una especie de fogonazo entre el nacimiento y la muerte.

Pero al acelerar el metabolismo enzim�ticamente, no se habr�a ganado demasiado, de no contar los sistemas biol�gicos con formas de acelerar tambi�n los procesos en todos los niveles jer�rquicos. Una hormona tardar�a meses en difundirse desde la hip�fisis hasta las rodillas si s�lo contara con el proceso difusivo. Pero, por suerte, los organismos han desarrollado aparatos circulatorios que la transportan en segundos. El cerebro tardar�a eternidades en enterarse de que hemos pisado una brasa y de que nos conviene quitar el pie, si no se hubieran encontrado formas de enviar se�ales el�ctricas en unos pocos milisegundos a lo largo de las neuronas. La evoluci�n est� apurada. Ha encontrado la forma de darnos un empell�n y hacernos atravesar en un santiam�n las estructuras, los procesos y la crisis que van desde el huevo fecundado hasta el irremisible cad�ver. Los organismos tenemos una vida ef�mera porque las enzimas, los aparatos circulatorios y las neuronas nos aceleran, y la muerte nos quita de en medio. Para culminar el cuadro, la evoluci�n nos dot� de un cerebro que piensa, y que cree que el tiempo fluye.

NOTAS

1 Equilibrio deriva del lat�n aequa libra, la balanza quieta, serena, que no se mueve porque sus dos platillos pesan igual.

2 A lo largo de este libro utilizaremos muchas veces la palabra sentido. En general consideramos que, de todos los procesos que pueden ocurrir en un sistema, el que tiene sentido es la funci�n. Un radio, por ejemplo, est� construido para que cuando lo perturbe el medio (haci�ndole pasar una corriente el�ctrica a trav�s de sus circuitos) emita sonidos. Por el contrario, otros procesos que tambi�n pueden ocurrirle al radio (que se herrumbre, que la perturbaci�n del medio consista en un codazo que lo tire al suelo y haga que se rompa) no son considerados como su funci�n espec�fica, pero no por eso dejan de ser procesos ni dejan de cumplir estrictamente con los principios de la termodin�mica. M�s a�n, podr�a muy bien darse el caso de un investigador que se proponga estudiar c�mo se oxida un coche en un clima determinado; para �l este proceso, a medida que lo comprende y lo describe, pasa a tener sentido. Para este investigador, en cambio, no tendr�a sentido que de pronto alguien se apenara del estado lamentable del coche, lo aceitara, lo compusiera y lo hiciera funcionar, interrumpiendo as� sus estudios. Estas observaciones nos hacen dudar si, en realidad, el sentido es una propiedad del sistema, o del observador, o de la relaci�n entre ambos. (Ver Cereijido [1978], cap. IV).

3 En chino crisis se escribe (nos informan) combinando dos grafos: oportunidad y peligro.

4 En la Teogon�a de Hesiodo, escrita en el siglo VII a. C., el nombre caos se relaciona con la ra�z X^a - (estar abierto) y alude al espacio vac�o. M�s tarde, caos se derivar� de X^�w (verter) y ser� presentado como la masa inorg�nica y confusa.

5 Zabotinski (1964) y Bielusov fueron los primeros en estudiar reacciones con reactivos de distintos colores, pudiendo as� observar f�cilmente los dise�os y los cambios de configuraciones que adoptaban.

6 Regulaci�n de los par�metros fisiol�gicos de modo que su valor se mantenga constante. Por ejemplo, cuando baja el nivel de az�car en la sangre, el organismo segrega hormonas que hacen verter az�car de las c�lulas a la sangre. Por el contrario, cuando la glucemia sube, el organismo pone en funci�n mecanismos que retiran glucosa de la sangre. Y as� sucede con la regulaci�n del Na⁺, el K⁺, y el Ca⁺⁺, el agua, la temperatura, etc�tera.

7 Si bien parece irrefutable que con la aparici�n evolutiva de nuevos niveles superiores ("superiores" en tanto confieren facultades más avanzadas) los niveles que ya exist�an fueron siendo cada vez m�s y m�s restringidos, esto no debe tomarse de ninguna manera como si el funcionamiento actual de un sistema biol�gico fuera fatalmente lineal y jer�rquico. Que en un ejercito haya una estratificaci�n jer�rquica, no quita que un general pueda impartir una orden directa a un soldado, ni que su chofer pueda transmitirle a �l un mensaje importante. An�logamente, un descenso de la glucemia puede provocarle un terrible choque al cerebro, y un aumento en la tasa de hormonas sexuales puede cambiarle no ya su funci�n, sino el tama�o y preponderancia de ciertos n�cleos fundamentales. La fisiolog�a moderna tiende a demostrar que el procesamiento de la informaci�n neural se lleva a cabo en una complicad�sima red de componentes en paralelo, y que no parece existir un "comando superior autoritario" cuyo papel consista en tomar decisiones jer�rquicamente.