GAIA PARTE 1

Viaja atrás en tu memoria, al instante en que despertaste por primera vez, aquel momento exquisito de tu infancia en que conociste la vida. El ímpetu inmediato de la luz y el sonido, como si se hubiese encendido un televisor que fuera a traer noticias de gran importancia. A mí me parece recordar la luz del sol y el aire fresco y suave; entonces, de pronto comprendí quién era y lo bueno que era estar vivo.

Rememorar el primer recuerdo de mi vida personal puede parecer irrelevante en nuestra búsqueda de Gaia, pero no lo es. Como científico observo, mido, analizo y describo fenómenos. Antes de que pueda hacer estas cosas necesito saber qué es lo que estoy observando. En un sentido amplio puede parecer innecesario reconocer un fenómeno cuando se observa, pero los científicos casi siempre tienen nociones preconcebidas acerca del objeto de estudio.

Como niño yo reconocí la vida de manera intuitiva. Como adulto que se pregunta acerca de la extraña atmósfera de la Tierra una mezcla de gases incompatibles, tales como el oxígeno y el metano coexistiendo como zorros y conejos en la misma madriguera-, me sentía obligado a reconocer la existencia de Gaia, a intuir su existencia, mucho antes de que pudiera describirla en términos científicos adecuados.

El concepto de Gaia está enteramente relacionado con el concepto de vida. Por tanto, para comprender lo que es Gaia primero necesito explorar este concepto difícil, la vida. Detestan admitirlo, pero los estudiosos de la vida, sean los naturalistas del siglo XIX o los biólogos del siglo XX, no pueden explicar lo que es la vida en términos científicos.

Todos saben lo que es, tal como todos lo sabemos desde la infancia, pero desde mi punto de vista no ha habido ninguno capaz de definir lo que es la vida. La idea de vida, el sentido de estar vivo, es uno de los concentos más familiares y más difíciles de entender que podemos encontrar. Durante mucho tiempo he llegado a pensar que la respuesta a la pregunta «¿qué es la vida?» se juzgó tan importante para nuestra supervivencia que fue clasificada top secret y encerrada, en forma de instinto, en los niveles inconscientes de la mente.

A lo largo de la evolución existía una gran presión evolutiva para la acción inmediata: el aspecto crucial de nuestra supervivencia consistía en la distinción instantánea entre un predador y una presa, un familiar y un enemigo, y el reconocimiento de una pareja potencial. No podíamos permitirnos retraso en el pensamiento consciente o debates en los comités de la mente. Debíamos computar los imperativos del reconocimiento a la velocidad más rápida y, por tanto, en los rincones primariamente evolucionados y más inconscientes de la mente.

Esta es la razón por la que conocemos de manera intuitiva lo que es la vida. Es comestible, simpática y mortal.

Considerar la vida como un objeto científico que requiere una definición precisa es mucho más difícil. Incluso los científicos, que son personas conocidas por su descarada curiosidad, se esconden cuando tienen que definir lo que es la vida. Todas las ramas de las ciencias biológicas clásicas parecen eludir la cuestión.

En el Dictionary of Biology elaborado por M. Abercrombie, C. Hickman y M.L. Johnson, estos tres distinguidos biólogos definen de manera sucinta todo tipo de palabras, como ontogenia (desarrollo), pteridofita (helechos) y ecdisis (una etapa en el desarrollo de los insectos).

Bajo la letra L se encuentra leptoteno (el primer signo del acoplamiento de cromosomas en la meiosis) y limnología (el estudio de los lagos), pero no se menciona la vida (life) en ningún sitio. Cuando aparece la palabra vida en biología se define por negación, tal como publicó en 1937 el biólogo amante de la filosofía N.W. Pirie; en un artículo titulado «The Meaninglessness of the Terms "Life" and "Living"» [La falta de sentido de los términos «vida» y «vivo»].

Los diccionarios Webster y Oxford no ofrecen mayor ayuda. Ambos recuerdan el origen anglosajón de la palabra life a partir de lif. Ello puede explicar el disgusto de los biólogos académicos para abordar un concepto tan elemental como el de la vida. Las guerras tribales entre normandos y sajones duraron mucho tiempo; los maestros medievales, conociendo cuál era el legado más potente y de mayor preferencia, decidieron apoyar la victoriosa clase dirigente normanda y elegir el latín como lengua. La vida era otro de esos conceptos rudos e incivilizados de las palabras anglosajonas, que era mejor evitar cuando uno se encuentra en buena compañía.

La palabra latina equivalente a lif, anima, ofrecía incluso una ayuda menor. Era parecida a otra palabra gótica de cuatro letras (soul), alma.

Volviendo al diccionario Webster, éste define la vida como:

“Aquella propiedad de las plantas y animales (que acaba con la muerte y les distingue de la materia inorgánica) que les permite comer, obtener energía de los alimentos, crecer, etcétera”

El diccionario Oxford dice algo parecido:

“La propiedad que diferencia un animal o planta vivos, o una parte viva de un tejido orgánico, de la muerte o de la materia no viva; el conjunto de actividades funcionales mediante las cuales se manifiesta dicha propiedad”.

Si estas definiciones claramente inadecuadas del concepto vida son todo lo que disponemos para trabajar, ¿podré hacerlo mejor para definir el organismo vivo Gaia? Me ha resultado muy dificultoso, pero si tengo que hablar de ello debo intentarlo.

Puedo empezar por algunas definiciones y clasificaciones simples. Los seres vivos, como los árboles y los caballos e incluso las bacterias, pueden ser identificados fácilmente porque están ligados por paredes, membranas, piel o cubiertas céricas. Utilizando energía, directamente del Sol e indirectamente de los alimentos, los sistemas vivos actúan incesantemente para mantener su identidad, su integridad. Incluso cuando crecen y cambian y se reproducen, no dejamos de reconocerlos como entidades visibles y reconocibles.

Aunque existen incontables millones de organismos individuales, todos viviendo y cambiando, sus rasgos comunes nos permiten agruparlos y reconocer que pertenecen a especies tales como pavos reales, perros o trigo. Se estima que existen unos diez millones de especies. Cuando cualquier individuo falla en obtener energía y alimento, falla en mantener su identidad, nos damos cuenta que está agonizando o muerto.

Un paso importante en nuestro conocimiento consiste en darse cuenta de la importancia de los conjuntos de cosas vivas. Tú y yo estamos compuestos de una colección de órganos y tejidos. Los abundantes beneficiarios de los transplantes de corazón, hígado y riñones son un testimonio elocuente de que cada uno de estos órganos puede existir independientemente del cuerpo cuando se les mantiene calientes y se les proporcionan nutrientes.

Los mismos órganos están constituidos por miles de millones de células vivas, cada una de las cuales también puede vivir de forma independiente. Incluso las mismas células, como demostró Lynn Margulis, son comunidades de microorganismos que una vez vivieron libremente. Las entidades de transformación de energía de las células animales (las mitocondrias) y de las plantas (las mitocondrias y los cloroptastos) una vez fueron bacterias que vivían independientemente.

La vida es social. Existe en comunidades y colectivos. Existe una palabra útil en física para describir las propiedades de los conjuntos: coligativo. Es necesaria porque no hay manera de medir o expresar la temperatura o la presión de una molécula individual. Los físicos dicen que temperatura y presión son propiedades coligativas de un número suficiente de moléculas.

Todos los conjuntos de cosas vivas presentan propiedades no esperadas desde el punto de vista de un solo elemento vivo. Nosotros, y algunos otros animales, mantenemos una temperatura constante cualquiera que sea la temperatura de nuestro alrededor. Este hecho nunca hubiera podido ser observado a partir de la consideración de una sola célula de un cuerpo humano. La tendencia a la constancia fue observada por primera vez por el fisiólogo francés Claude Bernard en el siglo XIX. Su sucesor americano de este siglo, Walter Cannon, la llamó homeostasis, o sabiduría del cuerpo.

La homeostasis es una propiedad coligativa de la vida.

No tenemos problemas con la idea de que las entidades nobles como los seres humanos están formadas por una serie de comunidades celulares interconectadas de forma intrincada. No encontramos muy difícil considerar una nación o una tribu como una entidad formada por su gente y el territorio que ocupan. ¿Pero qué podemos decir acerca de las grandes entidades como los ecosistemas y Gaia? Fue necesario ver la Tierra desde el espacio, directamente a través de los ojos de los astronautas o indirectamente mediante los medios de comunicación, para que nos diera la sensación personal de un planeta realmente vivo en el que las cosas vivas, el aire, el océano y las rocas se combinan en una sola entidad como Gaia.

El nombre del planeta vivo, Gaia, no es un sinónimo de biosfera. La biosfera se define como la parte de la Tierra en que normalmente existen los seres vivos. Tampoco Gaia es mismo que biota, que simplemente se refiere al conjunto de todos los organismos vivos. El biota y la biosfera tomados conjuntamente forman parte de Gaia, pero no la constituyen en su totalidad.

Así como el caparazón es parte del caracol, las rocas, el aire y los océanos son parte de Gaia. Tal como veremos, Gaia tiene una continuidad que se remonta en el pasado hasta los orígenes de la vida y que se extiende en el futuro en la medida en que la vida persista. Gaia, como ser planetario total, tiene propiedades que no son necesariamente discernibles a partir del único conocimiento de las especies individuales o de las poblaciones de organismos que viven juntos.

La hipótesis de Gaia, cuando la expusimos en los años setenta, suponía que la atmósfera, los océanos, el clima y la corteza de la Tierra se encuentran ajustados a un estado adecuado para la vida por el comportamiento de los mismos organismos vivos.

Concretamente, la hipótesis de Gaia dice que la temperatura, el estado de oxidación, de acidez y algunos aspectos de las rocas y las aguas se mantienen constantes en cualquier época, y que esta homeostasis se obtiene por procesos cibernéticos llevados a cabo de manera automática e inconsciente por el biota. La energía solar sustenta estas condiciones favorables para la vida. Estas condiciones son sólo constantes a corto plazo y evolucionan en sincronía con los cambios requeridos por el biota a lo largo de su evolución. La vida y su entorno están tan íntimamente asociados que la evolución afecta a Gaia, no a los organismos o al medio ambiente por separado.

La mayor parte de mi vida de trabajo ha estado dedicada a los límites de las ciencias de la vida, pero no me considero a mí mismo como un biólogo, ni creo que los biólogos me acepten como uno de ellos. Vista desde fuera, una gran parte de la biología parece como un edificio de bases de datos - en el que se encuentra un catálogo completo de la vida. A veces, a modo de fábula, me imagino que para los biólogos el mundo vivo es una amplia serie de colecciones de libros guardada en bibliotecas interconectadas.

En este sueño, los biólogos son como competentes bibliotecarios que establecen la clasificación más intrincada de cada nueva biblioteca que descubren, pero que nunca leen los libros. Sienten que les falta algo en sus vidas, y este sentimiento se intensifica en la medida que es más difícil encontrar nuevas colecciones de libros. Entiendo a los biólogos expresando un palpable sentimiento de alivio cuando junto a los biólogos moleculares se atreven incluso a clasificar las palabras que contienen los libros. Eso significa que la búsqueda de la respuesta para la terrible pregunta de cuál es el contenido de los libros puede ser pospuesta hasta que la nueva e infinitamente detallada clasificación molecular sea completada.

Mi mundo imaginario, poblado de biólogos coleccionistas de libros, de ninguna manera pretende ser una mofa de las ciencias de la vida. Si en semejante mundo no hubiera encontrado más medios que los míos propios todavía habría sido menos productivo.

Impaciente por obtener una respuesta, acerca de «¿cuál es el sentido de los libros?», hubiera intentado abordar alguno a partir de pruebas experimentales -

por ejemplo quemándolos en un calorímetro y midiendo de manera precisa el calor desprendido. Mi sentimiento de frustración no habría disminuido cuando hubiera descubierto que las páginas densamente empaquetadas de una enciclopedia no dan más calor que la misma masa de papel en blanco. Al igual que la clasificación de los biólogos, este experimento físico hubiera sido profundamente insatisfactorio porque hubiera planteado la pregunta equivocada a la naturaleza.
¿Pueden los científicos, cualesquiera que sean, hacerlo mejor en estas pesquisas para comprender la vida?

Existen tres puntos de vista igualmente consistentes: la biología molecular, el estudio de las moléculas químicas que contienen la información correspondiente a la genética básica de toda la vida de la Tierra; la fisiología, la ciencia que trata de los sistemas vivos contemplados desde una perspectiva holística; y la termodinámica, la rama de la física que trata del tiempo y de la energía, y que conecta los procesos vitales con las leyes fundamentales del universo.

Uno de estos puntos de vista, el último, es el que permite ir más lejos en las investigaciones para 'definir la vida, .aunque de momento los progresos realizados han sido mínimos. La termodinámica creció desde unos orígenes básicos, a partir del esfuerzo de los ingenieros por fabricar máquinas de vapor más eficientes, y floreció durante el último siglo, poniendo a prueba y ocupando las mentes de los mejores científicos.

La primera ley de la termodinámica se refiere a la energía o, en otras palabras, a la capacidad de realizar trabajo. Este principio dice que la energía se conserva. La energía que en forma de luz solar cae sobre las hojas de un árbol se utiliza de diferentes maneras. Una parte es reflejada, y de ese modo podemos ver las hojas verdes, una parte es absorbida y las calienta, y otra parte es transformada en alimento y oxígeno. En última instancia nosotros comemos el alimento, lo consumimos con el oxígeno que respiramos, y por tanto utilizamos la energía solar para movernos, pensar y mantenernos calientes.

La primera ley dice que esta energía siempre se conserva y que, independientemente de lo lejos que se disperse, la suma total siempre permanece constante.

La segunda ley habla de la asimetría de la naturaleza. Cuando el calor se transforma en trabajo siempre se desperdicia algo La redistribución de la cantidad total de energía en el universo tiene una dirección, según la segunda ley: siempre se mueve pendiente abajo. Los objetos calientes se enfrían, pero los objetos fríos nunca se calientan espontáneamente.

Puede parecer que se rompe la ley cuando se golpea alguna forma de energía metaestable almacenada, como cuando se enciende una cerilla, o un trozo de plutonio sufre una fisión. Sin embargo, la energía ya no puede recuperarse una vez usada. La ley no ha sido rota, sólo se ha redistribuido la energía y se ha mantenido el camino cuesta abajo. El agua no fluye río arriba desde el mar a las montañas. Los procesos naturales siempre se mueven hacia un incremento del desorden que se mide por la entropía, cantidad que siempre e inexorablemente aumenta.

La entropía es real, no es una noción difusa inventada por catedráticos para poner a prueba a los estudiantes con preguntas de examen difíciles. De manera semejante a la longitud de un trozo de cuerda o a la temperatura de un vaso de vino, es una cantidad física mensurable. De hecho, como la temperatura, la entropía de una sustancia tiene un valor prácticamente nulo en el cero absoluto a -273 °C. Cuando se añade calor a un cuerpo material no sólo aumenta la temperatura sino también la entropía.

Pero por desgracia existe una complicación: si se puede medir la temperatura con un termómetro, no se puede medir directamente la entropía con un «entropómetro». La entropía, medida en unidades de calorías por gramo y por grado, es el calor total añadido dividido por la temperatura.

Consideremos la perfección de un copo de nieve, un cristal ordenado de manera tan exquisita en su distribución fractal que constituye uno de los objetos inertes más intrincados. La cantidad de calor necesaria para fundir un copo de nieve es 80 veces superior que la cantidad necesaria para calentar una gota de agua un solo grado de temperatura. El incremento en entropía cuando los copos de nieve se funden es 80 veces superior que cuando se calientan de -1 °C al punto de fusión. Por otra parte, la formación de hielo muestra que el orden perfecto de un copo de nieve representa una disminución de entropía del mismo orden. La entropía está conectada desde un punto de vista cuantitativo con el desorden de las cosas. A mayor orden más baja es la entropía.

Me gusta pensar que la entropía muestra la propiedad más auténtica de nuestro universo: su tendencia a declinar, a consumirse. Otros la ven como la dirección de la flecha del tiempo, una progresión inevitable desde el nacimiento a la muerte. Lejos de ser algo trágico o causa de dolor, esta tendencia natural hacia la decadencia nos beneficia. Sin el declive general del universo no podría haber existido el Sol y, sin el consumo superabundante de su reserva de energía, el Sol nunca hubiera proporcionado la luz que nos permite existir.

La segunda ley es la más fundamental y no cuestionada del universo; como era de esperar, todo intento de comprender lo que es la vida debe tenerla en cuenta. El primer libro que leí sobre la cuestión de la vida era de un físico austriaco, Erwin Schródinger. Tenía curiosidad por la biología y se preguntó si el comportamiento de las moléculas fundamentales de la vida se podría explicar mediante la física y la biología. Su famoso librito titulado ¿Qué es la vida? es una recopilación de conferencias públicas sobre este tema que pronunció en Dublín durante su exilio en la segunda guerra mundial.

El describe su objetivo en la primera página:

«El problema vasto, importante y muy discutido, es éste: ¿Cómo pueden la física y la química dar cuenta de los fenómenos espacio-temporales que tienen lugar dentro de los limites espaciales de un ser vivo?».

Continúa escribiendo:

«La evidente incapacidad de la física y química actuales para tratar tales fenómenos no significa en absoluto que ello sea imposible». (*)

(*) Citamos por la traducción española de Ricardo Guerrero en Tusquets Editores, Barcelona, 1983, pág. 18. (N. del T.)

En aquellos tiempos los físicos estaban acostumbrados a estudiar lo inerte, el mundo cercano al equilibrio de los «cristales periódicos» (cristales de regularidad predecible, un átomo de un tipo siguiendo siempre a otro de tipo diferente en un modelo recurrente). Incluso estas estructuras comparativamente simples eran suficientemente complejas como para llevar hasta el límite las capacidades de la instrumentación entonces disponible.

Los químicos orgánicos estaban descubriendo las estructuras intrincadas de los «cristales aperiódicos» de la materia viva, tales como las proteínas, polisacáridos y ácidos nucleicos. Todavía se encontraban lejos del nivel de conocimiento actual de la naturaleza química del material genético. Schródinger concluyó que, de forma metafórica, la propiedad más sorprendente de la vida es su capacidad de desplazarse hacia arriba contra el flujo del tiempo. La vida es una contradicción paradójica a la segunda ley, que establece que todo está, ha estado y estará moviéndose hacia abajo, hacia el equilibrio y la muerte. Sin embargo, la vida evoluciona hacia una mayor complejidad y se caracteriza por una improbabilidad omnipresente que, por comparación, hace que parezca trivial ganar la lotería año tras año.

Todavía resulta más sorprendente el hecho de que este estado aparentemente inestable e ilegal ha persistido en la Tierra durante una fracción notoria de la edad del Universo. La vida no tiene manera de violar la segunda ley, ha evolucionado con la Tierra como un sistema estrechamente acoplado para asegurarse la supervivencia. Es como un contribuyente experto, nunca evade el pago de un impuesto, pero tampoco pierde nunca una desgravación. Una parte importante del libro de Schródinger es una predicción optimista de cómo se puede llegar a comprender la vida.

El eminente biólogo molecular Max Perutz ha comentado recientemente que pocas cosas son originales en el libro de Schródinger, y que lo que es original a menudo está equivocado. Puede ser verdad, pero yo, como muchos de mis colegas, todavía agradecemos a Schródinger el habernos hecho pensar de un modo productivo.

El gran fisico Ludwig Boltzmann expresó el sentido de la segunda ley en una ecuación de gran elegancia y simplicidad:

S = k(lnP)

donde S es esta magnitud extraña que es la entropía, k es una constante llamada acertadamente constante de Boltzmann, y InP es el logaritmo natural de la probabilidad.

Quiere decir lo que dice: cuanto menos probable es una cosa menor es su entropía.

Por tanto, la cosa más improbable de todas, la vida, tiene asociada la entropía más baja. Schrddinger no estaba contento con la asociación de algo tan importante como la vida con una magnitud disminuida, la entropía. En lugar de ello propuso el término “negentropía”, el recíproco de la entropía, es decir, 1 dividido por la entropía o 1/S. Por supuesto, la negentropía es grande para las cosas improbables tales como los organismos vivos. Describir la activa vida de nuestro planeta como algo improbable puede parecer raro.

Sin embargo, imaginemos que algún chef cósmico toma todos los ingredientes de la Tierra actual en forma de átomos, los combina y los deja estar. La probabilidad de que estos átomos se combinen en las moléculas que constituyen nuestra Tierra viva es cero. La mezcla siempre reaccionaría químicamente para formar un planeta muerto como Marte o Venus.