miércoles, 2 de diciembre de 2015

Sólo somos máquinas de devorar energía (II)

"Somos máquinas de supervivencia, vehículos autómatas programados a ciegas con el fin de preservar las egoístas moléculas conocidas con el nombre de genes." ("El gen egoísta: Las bases biológicas de nuestra conducta", Richard Dawkins)
"You start with a random clump of atoms, and if you shine light on it for long enough, it should not be so surprising that you get a plant." Jeremy England (2014), interview commentary with Natalie Wolchover
Mucho he hablado ya en el blog sobre la interesante y reciente propuesta de Jeremy England[1][2][3] sobre la abiogénesis. Y también he intentado personalmente poner a prueba dicha teoría mediante simulaciones físicas por ordenador, con un resultado en apariencia favorable[4][5]. Sin embargo, ya empiezan a aparecer experimentos reales (y no meras simulaciones) que empiezan a evidenciar empíricamente las palabras del físico del MIT. Yo realmente espero una futura oleada de nuevas pruebas a favor de esta propuesta, pero dado lo reciente de la teoría subyacente (que data de finales del 2013, hasta el día de hoy[6][7]), es ya importante el hecho de que comiencen a aparecer experimentos en laboratorios que la sustenten.

Pues bien. El trabajo de constatación en cuestión lo han realizado los científicos Dilip Kondepudi, Bruce Kay, y James Dixon, pertenecientes al departamento de química de la Wake Forest University (en Carolina del Norte). Dicho trabajo se titula: "End-directed evolution and the emergence of energy-seeking behavior in a complex system"[8], y viene a resumirse en la siguiente sentencia:

"Se ha estudiado cómo en un sistema lejos del equilibrio térmico, y dirigido por una fuente de energía eléctrica externa, unas pequeñas esferas de aluminio inmersas en un fluido viscoso dan lugar a la gradual aparición de complejas estructuras en forma de árbol, las cuales exhiben un movimiento dinámico muy parecido al de ciertos organismos unicelulares, y ofreciendo por tanto una búsqueda activa hacia aquellos estados de máximo consumo de energía (y, por tanto, de máxima disipación): es decir; que se ha comprobado cómo bajo ciertas condiciones, y de un modo espontáneo, aparecen fenómenos que buscan activamente estados de máxima producción entrópica. Estas formaciones o estructuras complejas se forman y se mueven, por tanto, de manera tal que favorecen siempre estados de mínima energía libre; y además, si el sistema es perturbado de manera que pierden su eficiente estructura, en el momento que la perturbación finaliza, comienzan a regenerar de nuevo su formación hasta que se alcanza de nuevo un estado de máximo consumo energético."

El que un experimento tan simple en su construcción presente unas características tan parecidas a las de ciertos organismos vivos simples, es realmente impresionante (e inesperado). Es más, el hecho de que las esferas de aluminio no presenten, como era de esperar, una dinámica caótica con choques y movimientos aleatorios, parecen indicar claramente un comportamiento ontológico del mundo favoreciendo en este ambiente un proceso evolutivo dirigido hacia aquellos estados finales que maximicen (y no sólo que aumenten) la producción global de entropía.

Todo esto encaja y parece apoyar fuertemente la teoría de Jeremy England, el cual ha desarrollado una completa formulación matemática[6][7] a partir de preceptos termodinámicos, concluyendo que las estructuras complejas acontecidas en sistemas lejos del equilibrio, deben presentar características tales que favorezcan la máxima absorción media de una fuente de energía externa. Esto es precisamente lo que se ha observado en el experimento del que os hablo: una evolución temporal hacia estados que ofrecen mínima resistencia eléctrica (y con ello, máxima absorción energética de la fuente eléctrica externa, y por tanto, máxima disipación y máxima producción de entropía).

La posibilidad de que la vida primitiva  haya surgido en un proceso espontáneo muy similar al acontecido en este experimento (aunque con una mayor complejidad y diversidad en las fuerzas termodinámicas implicadas, y mediante intervalos de tiempo mucho mayores), es bastante plausible. Es más, la conjunción de este tipo de experimentos, junto con formulaciones teóricas tan apasionantes como la del físico del MIT, hacen de esperar en los próximos años un acuerdo de la comunidad científica sobre el modo en que el proceso de abiogénesis vino a ocurrir.

Y si hay algo por lo que estos trabajos son realmente apasionantes, es precisamente porque suponen la explicación última tan buscada sobre dos de las grandes preguntas filosóficas: ¿de donde venimos (qué causó nuestra aparición en el mundo)? ¿y adónde vamos (cuál es la finalidad de nuestra existencia)?

Pues bien. Si futuros trabajos experimentales de este estilo siguen dando resultados positivos; las respuestas serán que nuestro origen es fruto de un proceso natural espontáneo por el cual el Universo favorece la aparición gradual de estructuras complejas en sistemas lejos del equilibrio (como es el caso de la Tierra), a condición de que de ese modo se alcance (dentro de un entorno determinado) estados de máxima producción en la entropía global del Universo.

De este modo, se puede esquematizar el origen de la vida (y del ser humano) con el siguiente vídeo del experimento que tratamos. Este vídeo, ofrecido junto al paper original, nos muestra así un fenómeno parecido (aunque simplificado), al que pudo dar forma aquí en la Tierra a las primitivas estructuras abióticas complejas que luego, gradualmente, llevaron a la formación de los primeros organismos propiamente vivos:

video

La pregunta sobre nuestra finalidad (¿adónde vamos?), se responde desde esta perspectiva científica, afirmando que todo lo que cualquier organismo vivo debe hacer (cualquier fenómeno complejo, en realidad), es favorecer la aparición de los estados termodinámicos de máxima entropía. Esa es nuestra finalidad, ese es nuestro fin y nuestra misión: replicarnos y consumir toda la energía que caiga en nuestras manos de modo que se maximice en lo posible (según un entorno concreto) la producción global de entropía en el Universo. Y este objetivo impuesto por la física es ineludible, y es compartido por todos los fenómenos complejos (vivos y no vivos), que aparecen en el mundo. De hecho, cuando una especie desaparece del planeta, es por no poder ya maximizar en su entorno la producción de entropía, siendo tal especie sustituida por otra que realiza mejor esa función.(esta sería, de hecho, la base física subyacente escondida tras la abstracta teoría de la evolución biológica).

Se puede decir que este otro vídeo, también suplemento del paper, esquematiza por tanto la finalidad de todos y cada uno de nuestros actos (volitivos o no): maximizar el consumo energético.

video

Cuando te creas un ser especial, dotado de maravillosas capacidades racionales, recuerda que todos tus actos (tanto los instintivos como los reflexivos) son en esencia equivalentes a los de esas bolas de aluminio buscando estados de máximo consumo: puesto que no te quepa duda de que no hay diferencia material alguna entre ambos fenómenos (la racionalidad de hecho, es sólo un modo en que la naturaleza ha conseguido maximizar en gran medida la eficiencia en el consumo energético gracias a una mejor previsión de los fenómenos futuros).

Y aunque las implicaciones filosóficas son enormes, no voy a entrar a ello en este artículo. Baste decir que todo apunta a que nuestra lucha como seres vivos, no es más que parte de un intrincado proceso por el cual hemos conseguido ser los seres que más y mejor han conseguido acaparar y devorar todo el potencial energético disponible en la Tierra. Si esta "finalidad" es merecedora de tanto dolor y sufrimiento pasado, presente y futuro ya es otra cuestión, pero los hechos son los que son: sólo somos máquinas de devorar energía.

Referencias de interés:

[1] http://quevidaesta2010.blogspot.com.es/2015/02/las-matematicas-de-la-conducta.html
[2] http://quevidaesta2010.blogspot.com.es/2014/12/las-matematicas-de-la-vida.htmlhttp://quevidaesta2010.blogspot.com.es/2015/01/las-matematicas-de-la-vida-ii.htmlhttp://quevidaesta2010.blogspot.com.es/2015/01/las-matematicas-de-la-vida-iii.htmlhttp://quevidaesta2010.blogspot.com.es/2015/01/las-matematicas-de-la-vida-iv.htmlhttp://quevidaesta2010.blogspot.com.es/2015/01/las-matematicas-de-la-vida-v.html
[3] http://quevidaesta2010.blogspot.com.es/2014/12/solo-somos-maquinas-de-devorar-energia.html
[4] http://quevidaesta2010.blogspot.com.es/2015/11/experimento-en-favor-de-la-teoria-de.html
[5] http://quevidaesta2010.blogspot.com.es/2015/03/evidencia-favor-de-la-teoria-de-jeremy.html
[6] http://arxiv.org/pdf/1412.1875v1.pdf (Perunov, N., Marsland, R., and England, J. "Statistical Physics of Adaptation", (preprint), arxiv.org, 2014.)
[7] http://www.englandlab.com/uploads/7/8/0/3/7803054/2013jcpsrep.pdf (England, J. L. "Statistical Physics of self-replication." J. Chem. Phys., 139, 121923 (2013).)
[8] End-directed evolution and the emergence of energy-seeking behavior in a complex system (Dilip Kondepudi, Bruce Kay, and James Dixon Phys. Rev. E 91, 050902(R) – Published 18 May 2015)


9 comentarios:

  1. Ciertamente que es impresionante. Y que la optimización total se logra en el cuerpo de Scarlett Johanson, éso si que es una devoradora de entropia bien diseñada y eficiente.

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    1. Olvídate de Scarlett Johanson... este programa es más realista y también tiene que ver con la entropia esa de la que hablan y el curso de nuestras vidas:

      for i in range(0,24):
      if nevera==full:
      State=Dormir
      else:
      Comprar comida

      un saludo

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    2. Amigo, Enric:

      "El hombre está dispuesto siempre a negar todo aquello que no comprende."
      Blaise Pascal (1623-1662) Científico, filósofo y escritor francés.

      Y también:

      "Cuando no comprendemos una cosa, es preciso declararla absurda o superior a nuestra inteligencia, y generalmente, se adopta la primera determinación."
      Concepción Arenal (1820-1893) Escritora y socióloga española.

      Un abrazo.

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  2. Anónimo, te respondo porque sinceramente, no estoy seguro de si eso que dices es un intento de chiste o si es una burla hacia lo que digo en el artículo. Si es un chiste, pues...es flojete, ¿eh? (xD); y si es un comentario irónico (porque el tema no te agrade o porque veas erróneo lo que digo), ¿puedo saber con qué fin lo haces en lugar de abandonar el blog y listo?

    Un saludo y, a pesar de todo, gracias por comentar ;).

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  3. Super interesante esta noticia, y un lujo como la cuentas, coincido en todos tus analisis!

    Y no te mosquees con anónimo, a mi la broma me ha gustado, y si solo con bolitas de aluminio y corriente puede hacerse ese tipo de "estructuras", pues oye, se paga la factura de la luz a medias y listo!

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  4. Gracias como siempre por comentar, Sergio.

    Realmente anima saber que hay gente a la que le interesa lo que escribo.

    Un abrazo, amigo.

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  5. Macho, me decidí a estudiar Ingeniería en Computación (una maravilla de carrera que se dicta aquí en Argentina, mezcla de Ingeniería Electrónica e Informática, que permite especializarse en IA, robótica y seguridad informática) luego de leer tu artículo "El acertado miedo de Stephen Hawking". Es de lo más fascinante y motivante que he leído en mucho tiempo.

    No le hagas caso a los comentarios anónimos. Tu blog es una maravilla, si no no lo tendría en marcadores.

    Por cierto, yo también alguna vez he sido un anónimo que, con alguna copa de más, se puso a hacer comentarios supuestamente jocosos en blogs. No nos hagas caso XD.

    ¡Saludos!

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  6. Gracias por tus palabras, anónimo ;).

    Un saludo y mucho ánimo con esa carrera, realmente estudiar ciencias de la computación es fascinante!!

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  7. Me recuerda a los cereales del deayuno que cuando van quedando pocos se organizan en medio de la leche jugando a dibujar formas caóticas. Pero el recipiente donde se realice el experimento debería ser mucho más amplio que un tazón de cereales, las esferas no pueden encerrarse en algo que absorva su movimiento. Tampoco por debajo, deben estar buceando en algo que permita que las líneas de su estructura se hagan tridimensional, no en relación a un suelo plano. Del mismo modo que las esferas de aluminio son cuerpos, también lo es su continente. La atracción y la organización de las esferas se verá afectada.

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