Vida y percepción de la vida /1. Preguntas sobre la vida
autor: Flavio Keller
Ordinario de Neurofisiología, Universidad "Campus Biomédico", Roma (Italia)
fecha: 2007-12-31
fuente: Vita e percezione della vita /1
Publicado en el N° 31 de EMMECIquadro
siguentes: /2. El biólogo y el filósofo
/3. La entropía en los vivos
traducción: María Eugenia Flores Luna

Reflexiones a partir de las Neurociecias

La vida es una presencia real que se diferencia claramente de cualquier construcción mental. El ser viviente en su concreción se coloca en las antípodas de los grandes sistemas filosóficos que han caracterizado las épocas pasadas, o bien de las «chácharas» que parecen caracterizar la época post-moderna. Por esta razón, la reflexión sobre la vida reviste hoy gran importancia. Una característica de la vida biologica [1] que conmueve inmediatamente es la facilidad con la que, en general, somos capaces de distinguir entre un ser viviente y un cuerpo inanimado. Sabemos instintivamente si algo está vivo y si nosotros mismos estamos vivos, mediante un tipo de conocimiento por connaturalidad. La vida nos es connatural, tanto que utilizamos analogías que hacen referencia a la vida también para definir fenómenos de la naturaleza inanimada, por ejemplo cuando hablamos del nacimiento del Universo, de la muerte de una estrella.
Esta facilidad está en claro contraste con las dificultades que encontramos cuando tenemos que contestar a la pregunta «qué es la vida». Una consideración de la naturaleza de la vida es empresa, difícil y perennemente expuesta al peligro de caer en dos extremos opuestos: el mecanicismo de una parte y un vitalismo irracionalista de la otra. En la larga historia de la biofilosofía, a partir del mundo griego, los seres vivientes han sido caracterizados en base a diferentes características fundamentales: auto-movimiento, auto-poiésis, generación a partir de otros seres vivientes, auto-regulación, auto-limitación, capacidad de responder a estímulos ambientales de modo finalizado, identidad sustancial que sobrevive a los cambios materiales (identidad dinámica), mortalidad, capacidad de conocer el mundo y a sí mismos (este aspecto asume su máximo grado de desarrollo en los seres espirituales), capacidad de entrar en relación (también este aspecto asume su máximo grado de desarrollo en los seres espirituales). Más allá de sus particulares características, la cuestión de fondo es la siguiente: ¿es la vida algo especial, o no?
¿La biología obedece o no a leyes especiales que no pueden ser interpuestas dentro del cuadro de las leyes universales de la física?
Recuerdo que me había causado una profunda impresión una lección de nuestro profesor de biología en el bachillerato, sobre la transmisión de los carácteres hereditarios, de la que había concluído que no somos más que medios que llevan material genético a las futuras generaciones. Después de la lección fui hasta él para preguntarle si las cosas fueran justo así, porque me parecía una cosa sin sentido. Mis compañeros me dijeron luego que el profesor quedó chocado por mi reflexión y había hablado de ello también a las otras clases.
Las búsquedas de estos últimos cincuenta años han demostrado definitivamente que la mayor parte de los fenómenos de la biología no pueden ser reducidos a la física y a la química clásica (aquellas que son enseñadas en el bachillerato para entendernos), y el modelo de reloj a ellas asociado (sea que ello obedezca a la mecánica clásica o bien a la mecánica estadística, verán más adelante el ejemplo del reloj de Schrödinger) no es adecuado a los seres viventes [2]. Para aferrar de algún modo las características especiales de los fenómenos vitales se han hecho necesarias teorías matemáticas y físicas nuevas, por ejemplo la teoría de los sistemas complejos, la termodinámica lejos del equilibrio, la teoría del caos, los fractales, la química estocástica etc. Además, los progresos de la biología molecular, de la bioingeniería, de la informática y de la robótica, más allá que a notables resultados aplicados, han llevado y están llevando a una más profunda comprensión de los principios peculiares en los que se basan los organismos vivientes. Es por ésto que les es dedicada a ellas una particular atención en estas páginas. Está sin embargo claro que crear modelos en silico hasta físicos de sistemas vivientes - que pueden llegar a simular un organismo viviente aun de modo tan perfecto de resultar indistinguibles del organismo biologico [3] - no significa tampoco que estos organismos artificiales puedan ser considerados vivos.
Uno de los puntos centrales que debería emerger de este breve ensayo, es que los organismos vivientes son caracterizados por una peculiar organización en múltiples niveles, que no se encuentra en la materia inanimada. Es evidente que los seres vivientes hacen parte de la naturaleza, y se someten pues a las leyes de la naturaleza, en el sentido que no pueden violarla: un cuerpo humano en caída libre no es nada especial desde el punto de vista de la ley de la gravitación: se somete a la misma aceleración de gravedad de un cuerpo cualquiera, ni más ni menos. Sin embargo estas leyes constituyen un nivel de análisis que no dice todo lo que hay que decir sobre un organismo viviente y ni menos sobre el hombre. Y es justo en este punto que puede y tiene que entrar en escena la filosofía. A mí me parece que su rol debería ser aquel de repetirnos constantemente la pregunta fundamental: « ¿Estamos seguros de que lo que hemos dicho sobre esta cosa es todo lo que hay que decir?». En otras palabras, la filosofía tiene la función de garante del «entero» del ser. ¿O sea qué ayuda puede dar el biólogo o el médico al contestar a la pregunta «qué es la vida»?. Conviene ante todo señalar lo que no es su tarea: hacer el filósofo diletante, intentando improbables extrapolaciones basadas en una evidencia científica que está en constante progreso y que es pues provisional. En positivo, me parece que el rol del biólogo debería consistir en tratar de expresar los conceptos fundamentales de la biología actual en un lenguaje que pueda encanalar de manera precisa estos conceptos fundamentales a investigadores de disciplinas diferentes, particularmente de disciplinas humanísticas, entonces también al filósofo.
No se trata pues de hacer divulgación científica en el sentido usual del término. Se trata, en cambio, del dificilísimo trabajo de construir un terreno de investigación que el filósofo pueda recorrer junto al biólogo, evidenciando los que podrían ser temas fértiles de investigación interdisciplinaria. Ésta es la perspectiva que está al horizonte de este ensayo. La analogía con el terreno no es casual; cuando se inspecciona un terreno es posible que se vuelve a pasar por el mismo punto más de una vez: las inevitables repeticiones deberían ser vistas en este sentido. También es probable encontrar en el camino otros exploradores del pasado o del presente, cuyo punto de vista va obviamente tenido en cuenta. Algunos eminentes exploradores que citaremos a menudo son físicos y matemáticos Erwin Schrödinger (1887-1961), Michael Polanyi (1891-1976), Alan Turing, (1912-1954) e Ilya Prigogine (1917-2003), y filósofos como Aristóteles (384-322 A.C.), Hans Jonas (1903-1993), Étienne Gilson (1884-1978) y Cornelio Fabro (1911-1995). Es obvio que es necesario acercarse a ellos con profunda humildad.

Los procesos elementales de los organismos vivientes y su relación con el organismo en cuanto tal.

La materia que constituyen los seres vivientes es una materia especial, cualitativamente diferente de la materia inanimada, o bien ¿es sólo una forma particular de organización de la materia, en general caracterizada por particulares propiedades que resumimos, casi por convención, bajo el concepto de «materia viviente?». Étienne Gilson, interpretando el pensamiento de Aristóteles afirma: «Sí, los seres vivientes organizados y aquellos no organizados [es decir la materia inerte] constituyen dos clases separadas, pero no quiere decir que consistan en dos especies diferentes de materia, sólo que su materia es determinada por formas diversas» [4].
Si sometemos un organismo viviente a un análisis químico convencional, encontraremos los mismos elementos químicos que hallamos en la naturaleza, es decir carbono, oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, fósforo, azufre, sodio, potasio, cloro, calcio. No encontramos ningún elemento nuevo. Pues una primera conclusión, presurosa, podría ser que los organismos vivientes no son «nada especial». Una conclusión más prudente es que este análisis confirma lo que la filosofía clásica había ya intuido: que los organismos vivientes son parte de la naturaleza, lo que es llamado, en el lenguaje común, «naturaleza animada», para distinguirla de la «naturaleza inanimada». Pero si profundizamos el análisis, podemos observar que todos los organismos vivientes que conocemos están basados en una particular química, aquella del carbono. El carbono es un elemento que es capaz de proveer una variedad enorme de estructuras muy estables ligándose con otros pocos elementos pesados como nitrógeno, oxígeno y fósforo. De tal modo se consiguen todas las moléculas de la vida. Si no existiera esta enorme capacidad del carbono de dar lugar a cadenas muy largas y ordenadas en el espacio, todo lo que sabemos de la vida no funcionaría. En todo caso no todos los elementos químicos son aptos a sustentar la vida, al menos la vida que conocemos y es objeto de las presentes consideraciones, sino sólo un cierto tipo de elementos. Si profundizamos ulteriormente el análisis químico, descubrimos que muchas moléculas que constituyen los organismos vivientes son compuestos quirales (de la raíz griega Keìr, mano) o sea no sobrepuestos con su imagen al espejo. Por ejemplo, los aminoácidos que constituyen las proteínas son todos L-aminoácidos (donde L está por levógiro). Estas primeras observaciones parecen confirmar que no cualquier combinación de elementos químicos puede estar a la base de los procesos vitales, al menos de la vida en la complejidad que conocemos. La materia viviente es pues una materia «calificada». Aristóteles diría que es una materia determinada por un tipo particular de forma, aquella que caracteriza precisamente a los seres vivientes. Por este motivo, los principales manuales de bioquímica dedican los primeros capítulos al estudio de las características físico-químicas de las «moléculas centrales de la vida», o sea de los ácidos nucleicos y de las proteínas. Solamente macromoléculas sumamente complejas y organizadas como los ácidos nucleicos y las proteínas parecen ser capaces de proveer aquella «fineza», aquella «finura» de efectos que son necesarios para sustentar los procesos vitales. Está sin embargo claro que las macromoléculas sólo son una condición necesaria pero no suficiente para la vida biológica. En efecto, si fuéramos a analizar químicamente el mismo organismo un instante antes de la muerte y un instante después de la muerte, no podríamos notar diferencias esenciales en la estructura de las macromoléculas que lo componen. Además, podemos aislar una macromolécula de un organismo, por ejemplo una molécula de hemoglobina o bien un canal iónico, sacar sus propiedades y utilizar estos conocimientos para entender la función en el organismo.
Un concepto que ha sido introducido para obrar una distinción entre los individuales procesos físico-químicos de un organismo viviente y el organismo en cuanto tal es el concepto de «emergencia». Martin Mahner (1958 -.) y Mario Bunge (1919 -.) [5] distinguen dos tipos de emergencia: la emergencia intrínseca (o bien global) y la emergencia relacional (o bien contextual). La emergencia intrínseca es una propiedad global del sistema que no se encuentra en ninguno de sus componentes. La emergencia relacional es la propiedad que adquiere un componente cuando se convierte en parte de un sistema. Según esta distinción, sólo la emergencia intrínseca sería pues característica de un organismo viviente, mientras la emergencia relacional puede ser también encontrada fuera de los vivientes, por ejemplo en las máquinas, (naturales o artificiales), donde las individuales partes adquieren una nueva eficacia. Un ejemplo de emergencia relacional en una máquina es un reloj, en el que los engranajes oportunamente ensamblados hacen funcionar el reloj. Un ejemplo en biología son las propiedades que adquiere el hierro cuando entra a hacer parte de un compuesto macromolecular como la hemoglobina.

El hierro tiene una particular capacidad de ligar el oxígeno, un proceso que toma el nombre de oxidación. Un átomo de hierro en un cristal de hematites es ligado al oxígeno. El nombre «hematites» deriva del color rojo-sangre, asumido por este mineral cuando el hierro es ligado al oxígeno. La capacidad del hierro de ligar el oxígeno es explotada en la hemoglobina (Hb), una macromolécula biológica presente en los glóbulos rojos, que transporta oxígeno en la sangre. Un átomo de hierro en un cristal de hematites y en una molécula de Hb son ambos hierro, sin embargo cuando el átomo de Fe es incorporado dentro de una estructura orgánica que se llama «eme» y la eme es incorporada dentro de cuatro cadenas proteicas globulares, las globinas, tanto de formar un complejo macromolecular, el átomo de Fe asume unas capacidades totalmente nuevas, que no posee en la hematites. Al interior de la molécula de Hb, el Fe se vuelve capaz de ligar o bien ceder O2 según las condiciones externas: liga el oxígeno en los pulmones y cede el oxígeno en los tejidos. En tal modo el Hb se convierte en un medio eficaz para el transporte del oxígeno. Si miras bien: para ser un medio de transporte eficiente de O2, no es suficiente que el Fe ligue el O2, tiene también que ser capaz de cederlo; otro pigmento parecido al Hb, la mioglobina, presente en los músculos, liga el O2 con una afinidad 20 veces mayor del Hb, pero no es capaz de cederlo en condiciones normales, por lo que no sirve como medio de transporte de O2, sino sólo como reserva de O2 en condiciones de hipoxia. Una demostración de la complejidad de los factores que determinan las nuevas propiedades del Fe en la hemoglobina, con respecto de las hematites, es que no ha sido todavía posible realizar un «Hb artificial», es decir una molécula orgánica capaz de ligar el O2 de modo parecido al Hb y sea por lo tanto capaz de reemplazar el Hb de la sangre.

Pienso que la relación entre materia inanimada y materia viviente pueda ser caracterizada como aquella de una «parcial discontinuidad», es decir ni total discontinuidad ni total continuidad. Para caracterizar esta relación es oportuno introducir la distinción entre Naturaleza (griego: Fusis) y Técnica (griego: Tecne, latino: Ars). La Naturaleza es el objeto de estudio del físico y el medico [6] además del biólogo, del geólogo, etc. La Técnica es primariamente dominio del ingeniero, y produce además máquinas, que le sirven al hombre para dominar la Naturaleza y ponerla a su servicio (hay que notar que para dominar la Naturaleza se necesita conocerla). Aunque la distinción entre Naturaleza y Técnica aparezca hoy mucho menos clara que en el pasado (los físicos, los médicos, los biólogos colaboran con los ingenieros para construir instrumentos para conocer la Fusis y actuar sobre ella), ella permite introducir el concepto de máquina también para caracterizar los procesos elementales de los organismos vivientes. La materia viviente puede ser pues caracterizada como un conjunto de «máquinas naturales» o «máquinas biológicas», de naturaleza física-química, más o menos complejas y de dimensiones que van desde lo microscópico (por ejemplo los motores moleculares) a lo macroscópico (por ejemplo el sistema cardio-circulatorio), que sustentan la vida de los organismos vivientes. El concepto de «máquina biológica» es importante porque expresa implícitamente el hecho que los procesos vitales que ocurren en el organismo puedan ser analizados con métodos matemáticos, y confrontados con el funcionamiento de las máquinas artificiales, construidas por el hombre. Conocemos los mecanismos de funcionamiento de estas máquinas biológicas gracias a tecnologías que nos permiten aislarlas y estudiarlas «in vitro», o sea fuera del contexto del organismo viviente. Para estudiar las propiedades de estas máquinas bioquímicas vienen por ejemplo construidas máquinas «híbridas» naturales-artificiales.

Por ejemplo para estudiar el mecanismo del funcionamiento del motor molecular actina-miosina, que está a la base de la contracción muscular, la porción de la molécula de miosina que se liga al filamento de actina y, haciendo así, genera fuerza, puede ser enganchada a una canica microscópica; en presencia de energía metabólica (ATP) las moléculas de miosina «caminan» sobre los filamentos de actina ¡arrastrando consigo la carga de la canica!
Estos artificios experimentales permiten por ejemplo calcular la fuerza generada por un motor molecular individual, utilizando la clásica ecuación de la dinámica F = m a. El mecanismo que está a la base de este motor es el movimiento browniano, en efecto los motores moleculares también son llamados «motores brownianos».

Además el hecho de que estas «máquinas híbridas» funcionen tan bien sugiere que haya una unión profunda entre Naturaleza y Técnica, que ya Aristóteles había expresado en el conocido aforismo «El arte imita la Naturaleza, entonces es necesario que la Naturaleza tenga cierta similitud con el arte».
Podemos pensar pues que la materia viviente sea una materia sumamente diferenciada constituida por un gran número de máquinas naturales (de naturaleza físico-química): un organismo viviente es constituido por un número más o menos elevado de máquinas físico-químicas, pero el organismo viviente no es en sí una máquina físico-química. En efecto, por cuanto sumamente diferenciadas, estas minúsculas máquinas físico-químicas se someten separadamente al segundo principio de la termodinámica (tendencia a pasar de un estado de orden a un estado de desorden) mientras el organismo viviente es caracterizado, como ha observado justamente Schrödinger, por una entropía negativa (neg-entropia) [7].
La consideración de los organismos vivientes desde el punto de vista termodinámico se ha enriquecido enormemente gracias a la termodinámica lejos del equilibrio (no-equilibrium thermodynamics) desarrollada por Prigogine y colaboradores. Un organismo biológico es un sistema «termodinámicamente abierto», que es atravesado constantemente por un flujo de materia y de energía. También en la naturaleza inanimada podemos encontrar ejemplos de sistemas físicos abiertos que se mantienen lejos del equilibrio gracias a la constante aportación de materia y energía del exterior: un ejemplo clásico es un huracán marino, que es «alimentado» por una constante aportación de calor y agua. No al azar, algunos biólogos han evidenciado la analogía entre un «torbellino» y un organismo viviente [8]. En los organismos vivientes, materia y energía son utilizadas para mantener activamente el propio orden, la propia organización y eso a pesar de que no encontramos aparentemente al interno ningún principio material que sea capaz de explicar este hecho: todos los elementos materiales que les encontramos obedecen a la segunda ley de la termodinámica. Prigogine ha demostrado como en un sistema abierto, aunque en total vale el segundo principio de la termodinámica, por el que la entropía del sistema aumenta constantemente en el tiempo, es posible alcanzar localmente los mínimos de entropía, es decir observar la manifestación y el mantenimiento del orden en determinados puntos, en aparente violación del segundo principio (cfr. el concepto de neg-entropía de Schrödinger), dando lugar a fenómenos de auto-organización. «Si comprimimos entre dos hojas de vidrio una sutil capa de líquido y lo calentamos, veremos formarse en el líquido - por convección - una característica estructura a nido de abejas, constituida por células hexagonales. Es un resultado desconcertante para quienquiera ser firme en la concepción del mundo tradicional, basada sobre las situaciones de equilibrio. Más calor recibe el sistema del exterior, más frenético y desordenado debería ser el movimiento de las moléculas del líquido. ¿Por qué de este desorden no debería emerger una organización? La estructura a nido de abejas de los fenómenos de auto-organización fue descubierta por primera vez por el investigador francés Henri Bénard en 1900. Una tentativa de explicación fue hecha por Lord Rayleigh en 1916. Hoy se sabe que aquel característico tipo de estructura es una consecuencia de aquélla que ha sido llamada inestabilidad hidrodinámica de Rayleigh-Bénard» [9].
Es importante subrayar la diferencia entre un retículo cristalino (organización estática) y una estructura dinámica disipada como el ejemplo de la estructura a nido de abejas o al huracán, que solicitan la constante aportación de energía; se habla de estructura disipada porque la entropía, en lugar de aumentar dentro del sistema y llevar al aumento el grado de desorden, es disipada en el ambiente a través del calor. El ejemplo de la inestabilidad de Rayleigh-Bénard es relevante para los procesos vitales, porque demuestra que la energía suministrada en determinadas condiciones (no en «cualquier» condición, la distinción es importante) es capaz de crear y mantener el orden, es más es necesaria para el mantenimiento del orden. El proceso de Rayleigh-Bénard (y otros fenómenos de auto-organización construidos en laboratorio) no es sino una estructura artificial relativamente simple en la que son creadas las condiciones en las que puede ocurrir un proceso de auto-organización. También el organismo viviente lleva materia y energía del ambiente. Podríamos afirmar entonces, por analogía, que un organismo viviente es aquella estructura natural que crea y mantiene las condiciones para que, gracias al cambio constante de materia y energía con el ambiente, ocurran procesos de auto-organización [10]. El conjunto de estas condiciones es lo que llamamos «vida», y cuando el organismo ya no es capaz de mantener estas condiciones, muere.
Obviamente hay dos diferencias fundamentales entre sistemas físicos como el huracán o bien el sistema de Rayleigh-Bénard y un organismo viviente. La primera es la diferencia de materia: ya hemos visto que la materia viviente es una materia específica, la materia inerte tiene capacidades limitadas de auto-organización. La segunda es que mientras en los sistemas físicos no ocurre ningún proceso metabólico, en los organismos vivientes ocurren procesos metabólicos por los que los elementos químicos son descompuestos e integrados en la estructura del organismo (asimilación).
El equivalente «filosófico» de la termodinámica lejos del equilibrio es el concepto de «preocupación por el propio ser» (concern for their own being) que, según Hans Jonas, caracteriza a los organismos vivientes en cuanto tales, pero no se encuentra en los elementos individuales o procesos que los constituyen. «Es tan constitutiva para la vida la posibilidad de no-ser que su mismo existir es esencialmente un ser suspendido en el abismo [.]: así el ser se ha convertido en una constante posibilidad antes que en un determinado estado, de coger en su momento en oposición a su contrario siempre presente, el no-ser, que al final inevitablemente lo engullirà» [11].
En efecto, una de las características de la vida que mayormente conmociona es este recorrer constantemente la sutil línea de confín entre orden y desorden, entre orden rígido y anarquía. Si consideramos un organismo viviente, la escena que aparece ante nuestros ojos es aquella de «sitio en construcción», de precariedad, de cosas no acabadas, hasta de cosas empezadas y no llevadas a cabo. Se respira el ambiente de una obra antes que el de un museo.
Una expresión de esta «preocupación por el propio ser» es que en los organismos vivientes sólo una parte de la energía metabólica sirve para la función del órgano, otra parte no irrelevante sirve para mantener la estructura del órgano, así que si esta energía viene a faltar, no sólo cesa la función sino, simultáneamente, el órgano se corrompe. Se podría decir que el precio de la vida es que los organismos vivientes tienen que renovarse activamente para mantener el propio ser, la propia identidad. Este hecho ha sido reconocido por Cornelio Fabro: « [Es]… una de las leyes fundamentales de cada actividad vital y sensorial o sea que su ejercicio no va solamente en ventaja del organismo entero, sino del mismo órgano operante, por ejemplo la digestión, la respiración […] tienen en vida y desarrollan el mismo aparato digestivo y respiratorio» [12].
Polanyi introduce a este propósito un principio interesante o sea el principio de control dual [13] que puede ser utilizado para diferenciar entre los organismos vivientes (y las máquinas) y la materia inerte. «Así la máquina en su conjunto obra bajo el control de dos principios distintos. Aquel superior es el principio del proyecto de la máquina y éste somete a aquel inferior, que consiste en los procesos físico-químicos sobre los cuales la máquina se basa. […] Desde este punto de vista el organismo parece ser, como una máquina, un sistema que funciona según dos principios diferentes: su estructura sirve como condición al contorno que somete los procesos físico-químicos a través de los cuales sus órganos desarrollan sus funciones. Así, puede ser llamado un sistema bajo control dual. La morfogénesis, el proceso por el cual se desarrolla la estructura de los seres vivientes, puede ser por lo tanto comparado con la formación de una máquina que actuará como confín para las leyes de la naturaleza inanimata» [14].
«Control dual» indica un control de parte de un principio inferior y contemporáneamente de un principio superior. Según Polanyi, mientras la materia inanimada se encuentra bajo el control de un único orden de principios (las leyes de la física y la química), las máquinas y los organismos vivientes se encuentran bajo el control de dos diferentes órdenes de principios, un principio inferior ligado a las leyes de la física y la química y un principio superior no reducible a estas leyes.
Los sistemas químicos capaces de auto-organización, descritos anteriormente, son un ejemplo de principio de control inferior menos determinístico con respecto a los principios que conocemos de la física y química clásica, principio inferior que es «sometido» por un principio superior en los organismos vivientes. No hay nada extraño si, para entender los mecanismos sobre los que se basa la vida, tenemos que abandonar a la química y la física clásica, y hacer referencia a la termodinámica del no-equilibrio, a la teoría del caos, etc. teorías que dan mejores resultados en presencia de sistemas complejos como son los organismos vivientes. También hace cien años, en el primer modelo del átomo, el movimiento de los electrones alrededor del núcleo era interpretado según el modelo newtoniano del movimiento de los planetas alrededor del Sol, el modelo fue al fin superado con la llegada de la mecánica cuántica.
El concepto de control dual desarrollado por Polanyi me parece útil porque permite superar el reduccionismo de Schrödinger y de muchos biólogos contemporáneos, sin todavía caer en un vitalismo irracionalista. En el último capítulo de su obra «¿qué es la vida?», con el título «¿Está la vida basada en las leyes de la física?», Schrödinger expresa su pensamiento en un modo que no me parece completamente falto de ambigüedad: Lo que yo deseo aclarar […] es, en resumen, que de todo lo que hemos aprendido sobre la estructura de la materia viviente, tenemos que estar preparados a verla comportarse en un modo que no puede reducirse a las ordinarias leyes de la física. Y eso no en base al hecho que esté o no esté en juego cualquier «nueva fuerza», la que dirija el comportamiento de los átomos individuales en un organismo viviente, sino porque la construcción es diferente de todo lo que nosotros hemos hasta aquí examinado en nuestras experiencias en laboratorio de física. […] Del modelo general de la sustancia hereditaria propuesto por Delbrueck emerge que la materia viviente, mientras no evite «las leyes de la física», las cuales han sido formuladas hasta hoy, implica probablemente «otras leyes de la física» hasta hoy desconocidas, las que sin embargo, una vez descubiertas, formarán parte integrante de esta ciencia, exactamente como las precedentes» [15].
Para usar la terminología de Mahner y Bunge, me parece que Schrödinger admita para los organismos vivientes una emergencia relacional del tipo que se encuentra en una máquina pero no una emergencia intrínseca. En efecto más adelante en el mismo capítulo Schrödinger introduce justo el ejemplo del movimiento del reloj, que según él va clasificado entre los eventos regidos por leyes estadísticas: la fuerza del muelle sirve para vencer el movimiento térmico de los átomos de los engranajes y, por cuanto la posibilidad sea remota, no se puede excluir que el reloj, trabajando al contrario, pueda producir el rebobinado del muelle, absorbiendo energía térmica del ambiente (un ejemplo de orden desde el desorden). Del ejemplo del reloj resulta evidente que Schrödinger tiene en mente el mecanicismo, aunque de tipo estadístico. Me parece que en el ejemplo del reloj también está encerrado el límite de su concepto de neg-entropía: el rebobinado del muelle del reloj es un evento caracterizado por una probabilidad próxima al cero, y es difícil que pueda explicar un fenómeno como la vida, que no es en fin así raro. De hecho ya hemos visto que el proceso de Rayleigh-Bénard es un modelo mucho más realista que el reloj de Schrödinger para la creación del orden a partir del desorden, y no se trata de un modelo de tipo mecanicista. En cambio Polanyi afirma: «Los principios superiores que caracterizan una entidad compleja no pueden ser definidos en términos de leyes que se apliquen a sus partes» [16].
Un ejemplo biológico real de control dual es la quimiotaxis, un mecanismo por el que un organismo, por ejemplo una bacteria, se mueve hacia una fuente de nutrimento o una señal. La estrategia que es utilizada por la bacteria es llamada biased random walk. Tomamos por ejemplo una bacteria que se mueve hacia una fuente de glucosa [17]. La bacteria posee en su membrana unos receptores para la glucosa que pueden asumir dos diferentes conformaciones, A y B, según como varía la concentración local de glucosa. La conformación A es asumida si la concentración de glucosa en proximidad de los receptores es constante o disminuye; la conformación B es asumida si la concentración local aumenta. Los receptores controlan el tipo de movimiento de las pestañas de la bacteria así que la conformación A genera el movimiento de tipo X, caracterizado por un latido coordinado de las pestañas tal que la bacteria procede en línea recta; la conformación B genera el movimiento de tipo Y, que es un movimiento descoordinado de las pestañas que hace constantemente re-orientar la bacteria. Es fácil intuir que un mecanismo de este tipo hace que la bacteria siga cambiando de dirección a menos que no se encuentre moviéndose en la dirección del gradiente, entonces hacia la fuente de glucosa. Es evidente que los diferentes tipos de movimiento X y Y son ambos compatibles con las leyes de la física (en este caso de la mecánica de los fluidos). En cambio, la ley «si A, entonces X; si B, entonces Y», que está a la base del comportamiento «inteligente» de la bacteria, es una ley que va más allá de las leyes de la física y de la química, y entra en la lógica de la biología, es un mecanismo que contiene una elección (inconsciente) que sirve para garantizar la consecución de un resultado final: moverse hacia la fuente de nutrimento. Claude Bernard ya señalaba (1813-1878) la paradoja que la química y la física pueden en último caso explicar cada detalle del funcionamiento del organismo, pero no pueden explicar su existencia.
Me parece que esta paradoja pueda ser superada considerando ciertamente que la existencia de un organismo es explicable a otro nivel, aquel de la lógica.
También en el caso de un robot quimiotáxico, construido para moverse hacia la fuente de una determinada sustancia (por ejemplo para encontrar el punto de fuga de un gas) el principio inventado por los ingenieros es parecido: el robot ejecuta un biased random walk o sea un movimiento en el que la probabilidad de dar un paso en cualquier dirección, incluida aquella de la que ha venido, es idéntica, a menos que no se encuentre moviéndose en la dirección del gradiente, en la cual se mueve contra gradiente (o sea de una concentración menor a una concentración mayor) [18].

La matemática del random walk es muy interesante. Se puede demostrar que, por un gran número de pasos, el random walk llega a converger hacia el movimiento browniano, así que puede ser matemáticamente tratado como movimiento browniano. Por ejemplo, la teoría del random walk ha sido utilizada durante la segunda guerra mundial, para calcular la distancia del campo de reclusión que un prisionero en fuga, que no conoce la zona, sería capaz de recorrer en un determinado período de tiempo.

También en este caso los ingenieros han seguido un principio de control dual: de una parte un principio prestado por la mecánica estadística, y de la otra parte un principio que explota la ley de la difusión. Juntos, estos dos principios generan la «lógica» del robot, o bien producen el comportamiento «inteligente». Hay que notar que no hay competición entre los dos principios, porque el principio del random walk vale, a menos que no suceda el otro principio. Hay pues un orden jerárquico entre los dos principios. De otra parte, si el robot sólo siguiera el principio rígidamente determinístico de moverse contra el gradiente de concentración, no llegaría nunca a la fuente.
Podemos hacer otro ejemplo de control dual más cerca a la experiencia común: un partido de fútbol está condicionado obviamente por las leyes de la mecánica, el trayecto de la pelota es definido por las ecuaciones newtonianas que describen el movimiento de un cuerpo en el campo gravitatorio, y estas leyes constituyen el principio inferior; sin embargo sin referencia a un principio superior, en este caso la «lógica» del juego, el juego es incomprensible. Desde el punto de vista de las leyes físicas, en efecto, es absolutamente irrelevante que un futbolista patee la pelota en la red adversaria o bien en la propia red: podemos entender la diferencia entre estas dos situaciones sólo si hacemos referencia al principio superior, la lógica del juego [19].
A la luz de los conocimientos que poseemos hoy, pienso que se pueda afirmar que las máquinas naturales que constituyen la materia viviente se sometan exactamente a las leyes de la física y la química tanto como las máquinas artificiales, (por ejemplo un reloj). En efecto, sea las máquinas naturales que aquellas artificiales obedecen al segundo principio de la termodinámica: dejadas a sí mismas, ellas tienden a alcanzar un estado de completo equilibrio o máxima entropía. En efecto, como un reloj dejado a sí mismo tiende a alcanzar un estado final de completo equilibrio (la tensión nula del muelle o bien el punto más bajo del peso) [20], también las máquinas biológicas, dejadas a sí mismas, tienden a alcanzar una condición de equilibrio químico. Exactamente como el reloj, que para ser mantenido en movimiento tiene que ser cargado, es decir le tiene que ser provista energía del exterior, (porque el movimiento del reloj disipa la energía del muelle en el ambiente), también las máquinas biológicas tienen que recibir energía del exterior para seguir funcionando. Pero, a diferencia del reloj, el organismo viviente es un sistema termodinámicamente abierto, que es atravesado constantemente por un flujo de materia y energía. En el reloj la forma es dada una vez para siempre, cuando es construido. También cuando funcionan juntas, las partes del reloj siguen siendo las que eran cuando estaban separadas (salvo el eventual desgaste debida al roce), no hay real comunicación entre las partes, sólo contigüidad mecánica. En cambio en el organismo viviente: los componentes se adaptan y comunican los unos con las otros (enseñan, como ha subrayado Bernard, un tipo de «solidaridad orgánica o social» [21]); la forma tiene que ser mantenida activamente proveyendo la energía necesaria a los procesos autopoiéticos. Esta energía es utilizada por el organismo para mantener activamente la propia organización, la propia forma específica y eso a pesar de que no encontramos dentro ningún principio material que sea capaz de explicar este hecho: todos los elementos materiales que les encontramos obedecen a la segunda ley de la termodinámica. Y no se ve por cuál emergencia la interacción entre elementos intrínsecamente incapaces de mantener el propio orden pueda llevar a un organismo que posea esta capacidad. En efecto, el concepto de autopoiesis (auto-organización) que hemos introducido antes parece más provechoso que el concepto de emergencia. El concepto de «máquina autopoiética» o «autómata celular» ha sido introducido por Humberto Maturana, 1928 -.) y Francisco Varela (1946-2001) en 1973 para indicar una red de procesos, (típicamente reacciones químicas) que reproducen los componentes de la red y la mantienen en un estado de individualidad y segregación con respecto al mundo esterno [22].
Una definición reciente de autopoiesis, que introduce el término de «condiciones al contorno» (boundary conditions) es dada por Paul Bourgine y John Stewart en la obra citada: «An autopoietic system is a network of processes that produces the components that reproduce the network, and that also regulates the boundary conditions necessary for its ongoing existence as a network». Dicho en otras palabras, un sistema autopoiético es un ente que tiene en sí mismo un principio inmanente de organización. El ejemplo fundamental de un sistema autopoiético biológico es una célula. En el trabajo citado, Bourgine y Stewart hacen un ejemplo concreto de un autómata celular consistente en una membrana semi-permeable esférica que aísla un volumen interior en el que ocurren reacciones químicas de reacción-difusión. El autómata es caracterizado por cuatro reactivos fundamentales, A., B, C, D, y por cuatro reacciones fundamentales enumeradas en el recuadro siguiente

– Formación de la membrana a partir del reactivo C; la membrana intacta es impermeable a B, así que B es confinado a su interior; sin embargo, a causa de la desintegración espontánea de C en D, se forman huecos en la membrana, por los que el reactivo B es perdido al exterior;

– Producción de B a partir de la reacción A. + A. –> B. Esta reacción sólo ocurre dentro de la célula y es catalizada por la membrana, ( C cataliza la formación de B);

– Difusión de A.; dado que A. es consumido al interno de la célula, hay un flujo neto de A del exterior al interior;

– Reparación de la membrana. La membrana intacta es impermeable a B, que por tanto se acumula al interno; B es libre de difundir al interno de la célula; si da contra el margen de un agujero de la membrana, entonces B se transforma en elemento C incorporado en la membrana, reparando así el hueco. Si el hueco pero es demasiado grande, entonces hay una elevada probabilidad que B pase por el hueco sin arreglarlo, y vaya perdido al exterior.

Como se ve, se trata completamente de un sistema autopoiético, puesto que todos los componentes del sistema son producidos por el sistema mismo. Tenemos aquí un salto realmente ontológico: una entidad que tiende a mantenerse y a autorepararse. En términos filosóficos, es un ejemplo de una entidad que tiene en sí misma el propio objetivo, exactamente como una flecha que, una vez disparada, vuela hacia el blanco por su cuenta.

«Las descripciones de la finalidad natural que colocan la causa fuera de ella parecen concebidas para justificar la negación, pero cuanto menos se equivocan de objeto. Puede ocurrir que el metafísico y el teólogo, en busca de un objetivo supremo de la naturaleza, creen ser justificados a poner un Alfa, que sería también un Omega, como causa y fin de todo lo que existe, pero el problema que se pone la biofilosofía no es éste. Cualquiera que sea su origen transcendente, la finalidad del organismo es la misma que está en la flecha que, una vez disparada por el arquero, vuela hacia el blanco sin saberlo. Veinte intenciones externas pueden tenerla directa hacia el blanco, pero ella va allí ya por su cuenta y es justo ella que lo alcanza. La dirección de un movimiento hace parte del movimiento mismo».
(E. Gilson, Op. cit., p. 201)

El autómata celular apenas descrito está de hecho dotado de capacidad para regular las condiciones al contorno (boundary conditions) necesarias para su existencia y autorepararse, pero es caracterizado por una serie de limitaciones: una limitación importante es que se trata de una célula aislada, una «mónada». La Células reales no son mónadas sino intercambian constantemente señales con otras células en las cercanías, y también con el entero organismo (por las así llamadas hormonas). Estas señales son fundamentales a fin de que la célula pueda desarrollarse y mantener su identidad. Ya hemos visto que hoy es posible aislar, rehacer y hacer funcionar muchas de las máquinas químicas de los organismos vivientes in vitro, a partir de los elementos separados (es en gran parte gracias a ésta que conocemos la estructura y el funcionamiento). También han sido construidas máquinas químicas artificiales o híbridas naturales-artificiales, con propiedades análogas a aquellas de las relativas máquinas naturales. Pero este hecho demuestra sólo que hemos comprendido a fondo la estructura y el modo de funcionar.
Impulsando este ejemplo hacia un futuro quizás no inmediato, es imaginable que seremos capaces de construir y hacer también funcionar enteros organismos biológicos a partir de las máquinas físico-químicas individuales que los constituyen, en un primer momento a lo mejor simples organismos unicelulares y luego pluricelulares.

Están en curso experimentos llevados a determinar el «genoma mínimo» de un organismo viviente o sea el equipo genómico necesario y suficiente para sustentar la vida de un organismo simple: una «bacteria sintética». se trata de un experimento muy interesante desde al menos dos puntos de vista: por el concepto de autopoiesis, porque hasta hoy todas las estructuras autopoiéticas (autómatas celulares proceso de Rayleigh-Bénard, reacción de Belusov-Zabotinski, etc.) son estructuras relativamente simples que demuestran cómo un cierto tipo de orden pueda emerger espontáneamente, pero están lejanas de la complejidad de un organismo viviente; porque probablemente sería el primer ejemplo de creación de una nueva especie de parte del hombre.

Si estos experimentos se lograran, ellos demostrarían pero sólo que hemos comprendido la estructura y el modo de funcionar de un organismo de modo tan profundo, que somos capaces de crear las condiciones al contorno favorable a fin de que emerjan nuevas formas de vida sin pasar por formas de vida pre-existente (sería una ulterior refutación del vitalismo, sin embargo ya refutado en base a otras consideraciones y el principio omnis cellula e cellula [cada célula deriva de una célula] no sería ya válido) ya no que hemos creado la vida. Como ya dicho, Aristóteles había resaltado que el arte imita la naturaleza, entonces es necesario que la naturaleza tenga cierta similitud con el arte.
Las máquinas bioquímicas en la base de los procesos vitales representan sin embargo sólo procesos elementales, y sólo constituyen una forma «débil» de vida. La vida como principio superior que coordina los procesos vitales elementales no puede ser reducida a su suma, como demostrado por el hecho de que los procesos vitales individuales pueden seguir funcionando, por un cierto tiempo, también después de la muerte del individuo (por ejemplo reflejos de defensa sustentada por la médula espinal, que continúan también después de la muerte cerebral).
Otra interpretación de la vida es aquella de progresiva intensificación de los grados de libertad de la materia. Se trata de un concepto interesante porque subraya la continuidad entre todos los organismos vivientes, desde aquellos más simples a aquellos dotados de capacidad de auto-determinarse.
Una ejemplificación «al contrario» de cómo la vida pueda ser caracterizada como progresivo aumento de los grados de libertad es el fenómeno del rigor mortis, el entumecimiento de los músculos después de la muerte; se trata de un fenómeno «fisiológico» que refleja el progresivo alcance de una particular configuración de las cabezas de miosina en el sarcómero, configuración en la que las cabezas son irreversiblemente conectadas al filamento de actina, formando un ángulo preciso, llamado precisamente «ángulo de rigor» [23]. Este fenómeno es debido al agotamiento de las escoltas de ATP del músculo. En esta configuración los filamentos de actina y miosina ya no son libres de correr uno sobre el otro, como durante la contracción muscular fisiológica, y eso está precisamente en la base del entumecimiento de los músculos después de la muerte. Podemos afirmar que, después de la muerte, la actina y la miosina vienen a formar un «cristal» orgánico sumamente distinto, pero incluso siempre inerte, ontológicamente equivalente a un cristal mineral, por ejemplo un cristal de cuarzo. Este «cristal» biológico de actina y miosina, que era una vez plástico (podía asumir un gran número de grados de libertad) y ahora es rígido, e irá poco a poco disolviéndose, representa un tipo de efigie estructuralmente perfecta, pero sin vida, de lo que era una vez el organismo viviente, lo contrario exactamente del mito de Pigmalión.
Luego la vida puede ser en efecto vista como una progresiva intensificación de los grados de libertad de la materia. Se podría decir, con Polanyi, que el organismo viviente, mientras que vive, está bajo un control dual, y si la fuerza del principio superior disminuye progresivamente hasta ponerse igual a cero, el organismo muere, o bien se convierte en materia inanimada.
En síntesis, una consideración filosófica de la naturaleza de la vida es empresa difícil, perennemente expuesta al peligro de caer en el mecanicismo o bien en el vitalismo. Quizás el enfoque más correcto es considerar la vida como un fenómeno originario (Urphänomen) que no puede ser reconducido a otros conceptos [24]. Puede ser analizado para entender cuáles son sus características especificas, qué cosa distingue a lo viviente de lo que no lo es (y hasta ésta puede resultar difícil en ciertos casos, como en el caso de los virus) pueden ser conducidos experimentos diseñados para entender cuáles son las condiciones necesarias y suficientes para la existencia de un organismo viviente (por ejemplo bacteria con genoma sintético mínimo para garantizar la vida), pero el «fenómeno vida» no puede ser explicado a partir de otros fenómenos o propiedades.

Notas:
1. El término «vida» es utilizado con significados diferentes. J. Seifert (What is Life? The Originality, Irreducibility, and Value of Life, Value Inquiry Book Series, vol. 51, H.C Callaway, Editor, 1997, cap. 1) distingue Bìos (la vida como se nos aparece en un cuerpo biológico) de Zoè (la vida en cuanto tal, que caracteriza todas las formas de vida concebibles, también los seres espirituales, y que alcanza su máxima perfección en Dios, en el que según Boecio hay el interminabilis vitaes total simul et perfecta possessio). Este sabio hace exclusivamente referencia a la vida biológica.

2. Afirma no sin ironía Gilson: «Se dice que los pueblos primitivos cambien un reloj por un animal, sólo el genio de Descartes ha podido cambiar animales por relojes". E. Gilson, Da Aristotele a Darwin e ritorno (De Aristóteles a Darwin y retorno). Ensayo sobre algunas constantes de los biofilosofia, Marietti, 2003, p. 197.

3. Cuando se habla de «indistinguibilidad» es necesario precisar por quién: por ejemplo han sido construidas cucarachas roboticas que conceden señales químicas especie- específicas (feromonas) así que las cucarachas naturales las acepten como con- específicos, aunque su forma externa no se parece para nada a la de una cucaracha.

4. E. Gilson, Op. cit., p. 187

5. M. Mahner y M. Bunge, Foundations of Biophilosphy, Springer, Berlín, 1997, p. 31.

6. Es interesante notar por inciso que los correspondientes términos modernos ingleses, physicist y physician, subrayan la comunidad de perspectiva. En el Medievo, el ejercicio de la medicina era subdividido entre el medicus fisicus y el medicus chirurgus, división justificada por la estrecha separación impuesta por las leyes medioevales entre el arte de la medicina y los manuales de oficina.
Esta distinción todavía sobrevive hoy en la distinción entre physician y surgeon.

7. E. Schrödinger, Che cos'è la vita?, (//¿Qué es la vida? //), Sansoni, Florencia 1988.

8. Cfr: G. Cuvier, Le Règne Animal distribué de après son Organisation, Paris, Deterville, t.1, 1817.

9. Cfr: P. Coveney, R. Highfield, La freccia del tempo (La flecha del tempo) Rizzoli, Milán 1991.

10. Entonces, al contrario de lo que Bichat sustentaba (cfr.: Recherches physiologiques sur le vie et la mort, nueva ed., Masson y Charpentier, París 1852) no existe un real antagonismo entre organismo viviente y naturaleza inanimada, sino más bien una armonía.

11. «So constitutive for life is the possibility of not-being that its very being is essentially a hovering over this abyss, a skirting of its brink: thus being itself has become a constant possibility rather than a given, ever anew to be laid hold of en opposition to its ever-present contrary, not-being, which will invevitably engulf it en the end». H. Jonas, The Phenomenon of Life. Toward a Philosophical Biology, Introduction, Northwestern University Press, 2001.

12. C. Fabro, L'Io e l'esistenza e altri brevi scritti (El yo y la existencia y otros breves escritos), por A. Verdes, Ediciones Universidad de la Santa Cruz, Roma 2006, p. 79.

13. Vean por ejemplo M. Polanyi, The structure of consciousness, en Brain, Vol. LXXXVIII, (1965), pp. 799-810.

14. M. Polanyi, La struttura irriducibile della vita, in Conoscere ed essere (La estructura irreducible de la vida, en Conocer y ser), Armando, Roma 1988, p. 266-267.

15. E. Schrödinger, Op. cit., cap. VII.

16. «The higher principles which characterize a comprehensive entity cannot be defined en terms of the laws that apply to its parts themselves». M. Polanyi, Op. cit., p. 804.

17. Cfr: P. Bourgine, J. Stewart, Autopoiesis and Cognition, Artificial Life 10:327-345 (2004).

18. Desde el punto de vista de la ecuación de la difusión, eso equivale a poner la señal «-» adelante del coeficiente de difusión.

19. Un ejemplo parecido es utilizado por M. Polanyi, en op. cit.. Alguien podría objetar que la lógica del juego pudiera ser a su vez explicada por una teoría matemática: la teoría de los juegos. Esto es verdadero, sin embargo el punto es que estas leyes pertenecen a un nivel diferente con respecto a el de la dinámica.

20. El ejemplo del reloj es desarrollado por H Jonas en Cybernetics and Purpose: a Critique, en The Phenomenon of Life. Toward a Philosophical Biology, cap. 5. Northwestern University Press, 2001.

21. C. Bernard, Introduction à el étude del médecine expérimentale, Baillière, Paris 1865.

22. H.R Maturana, F.J Varela, Autopoiesis and Cognition: The Realization of the Living, D. Reidel, 1980.

23. Es sorprendente que la misma configuración, ángulo de rigor, la encontramos durante la contracción muscular fisiológica, más bien es justo ésta la configuración que genera la fuerza de la contracción muscular, sólo que en este caso se trata de una configuración reversible, puesto que el ATP produce sucesivamente la separación de las cabezas, que están listas para un nuevo ciclo. Entonces, estrechamente hablando, la energía metabólica no sirve para producir la contracción muscular sino el relajamiento muscular.

24.Cfr: J. Seifert, What is Life? The Originality, Irreducibility, and Value of Life, Value Inquiry Book Series, vol. 51, H.C Callaway Editor, 1997, cap. 1.

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