GAIA PARTE 2

En el pensamiento científico a menudo se concibe la misma idea en diferentes contextos y en distintas partes del mundo: No hay nada esotérico al respecto. Las ideas, como las divisas, se encuentran en uso continuo en los intercambios entre científicos y, como el dinero, se pueden usar para comprar cosas muy diversas. Cuando Schródinger estaba enseñando en Dublín, Claude Shannon estaba investigando una magnitud similar en Estados Unidos, pero desde un punto de vista radicalmente diferente.

Shannon, en los laboratorios Bell Telephone, estaba desarrollando la teoría de la información. Empezó como una simple investigación de un ingeniero acerca de los factores físicos que determinan que un mensaje enviado por cable pierda información cuando viaja del remitente al destinatario. Shannon pronto descubrió una cantidad que tiende a aumentar siempre; la magnitud del incremento era una medida de la pérdida de información. En ningún experimento se observó que el tamaño de esta cantidad disminuyese.

Siguiendo los consejos de John von Neumann, un físico matemático, Shannon nombró a esta cantidad entropía, porque se parecía extraordinariamente al concepto de entropía de los ingenieros. El recíproco de la entropía de Shannon es la cantidad llamada información. Si asumimos que la entropía que descubrió Shannon es la misma que la entropía de los ingenieros, entonces la magnitud elusiva que Schródinger asoció con la improbabilidad de la vida -la negentropía- es comparable con la información de Shannon.

En términos matemáticos, si S es la entropía, tanto la negentropía como la información son 1/S.

La recompensa que se obtiene al perseverar en consideraciones sobre conceptos tan difíciles es un avance en el esclarecimiento de nuestra investigación por comprender la vida y Gaia. La contribución de la teoría de Shannon indica que la información no sólo es conocimiento. En términos termodinámicos información es una medida de la ausencia de ignorancia. Es mejor conocerlo todo acerca de un sistema sencillo que únicamente una gran cantidad de cosas acerca de un sistema complejo. A menor ignorancia menor es la entropía. Se explica así por qué es tan difícil abordar el concepto de Gaia desde el conocimiento voluminoso pero aislado de una sola disciplina científica.

Si la segunda ley nos dice que la entropía del universo aumenta, ¿cómo se las arregla la vida para evitar la tendencia general a la degeneración? Un físico británico, J.D. Bernal, intentó establecer un balance.

En 1951 escribió con una terminología críptica:

«La vida forma parte del tipo de fenómenos que son sistemas abiertos o en reacción continua y son capaces de disminuir su entropía interna a expensas de la energía libre tomada del medio ambiente y subsiguientemente devuelta al mismo en forma degradada».

Muchos otros científicos han expresado estas palabras en forma de ecuación matemática. Entre las más claras y fáciles de entender están las expresiones de un libro pequeño, The Thermodynamics of the Stedy State [La termodinámica del estado estacionario], escrito por el físico-químico K.G. Denbigh.

Estas pueden ser reescritas de una manera rigurosa pero más comprensible tal como sigue. Por el hecho de vivir, un organismo genera entropía continuamente, y provoca un flujo de entropía hacia fuera a través de sus límites. Tú mismo, lector, en el momento en que lees estas palabras, estás creando entropía al consumir oxígeno, además de las grasas y los azúcares almacenados en tu cuerpo. Cuando respiras, excretas desechos con alto contenido en entropía al aire, tales como el dióxido de carbono, y tu cuerpo cálido emite radiación infrarroja rica en entropía a tu alrededor.

Si tu disipación de entropía es igual o superior a tu generación interna de entropía, continuarás viviendo y serás capaz de evitar de manera milagrosa e improbable, pero lícita, la segunda ley del universo. «Disipación de entropía» fundamentalmente es una forma elegante de expresar palabras sucias tales como excremento y polución. A pesar del riesgo de que me retiren mi carné de afiliado a la Asociación de Amigos de la Tierra, tengo que decir que sólo sobrevivimos gracias a la polución.

Nosotros, los animales, contaminamos el aire con dióxido de carbono, y la vegetación contamina con oxígeno. La contaminación de uno es el alimento del otro. Gaia es más sutil y, por lo menos hasta que aparecieron los seres humanos, sólo contaminó esta región del sistema solar con un suave calentamiento consistente en radiación infrarroja.

Recientemente se han producido algunos descubrimientos interesantes relacionados con el trabajo de Ilya Prigogine y sus colaboradores acerca de la termodinámica de las turbulencias, vórtices y otros muchos sistemas transitorios bajos en entropía. Las turbulencias y remolinos se desarrollan espontáneamente cuando hay un flujo suficiente de energía libre. Fue en el siglo XIX cuando un físico británico, Osborne Reynolds, intrigado por las condiciones que daban lugar a la turbulencia en el flujo de los fluidos, descubrió que el inicio de estas turbulencias en una corriente de agua o en el flujo de un gas sólo ocurría cuando el flujo excedía un valor crítico.

Una analogía útil a este respecto consiste en el hecho de que si soplamos una flauta demasiado suavemente no se produce ningún sonido. Pero si se sopla con fuerza suficiente se forman turbulencias de viento que entran en la parte del sistema que produce el sonido. Mediante la extensión de las fórmulas anteriores del físico-químico americano Lars Onsager, Prigogine y sus colaboradores aplicaron la termodinámica de los estados estacionarios al desarrollo de lo que se puede denominar como termodinámica de los «estados lejos del equilibrio». Clasificaron estos fenómenos con el término «estructuras disipativas».

Tienen la estructura, pero no la estabilidad de los sólidos. Se disipan cuando el suministro de energía se acaba. Entre estas estructuras figuran muchos artefactos, como los refrigeradores, y fenómenos naturales como las llamas, torbellinos, huracanes y algunas reacciones químicas peculiares. Los organismos vivos incluyen estructuras disipativas en su interior, de tipo muy diverso.

Sin embargo, las cosas vivas son tan infinitamente complejas en comparación con las estructuras disipativas fluidas que muchos creen que la termodinámica actual, aunque se encuentra en el buen camino, todavía tiene mucho camino que recorrer para poder definir la vida.

Físicos, químicos y biólogos, aunque no rechazan estas nociones, no las tienen en cuenta como punto de partida de sus trabajos. Su respuesta se parece a la que puede dar una congregación de gente adinerada ante las exhortaciones de su sacerdote sobre las virtudes de la pobreza. Se considera algo bueno, pero no una norma de vida válida para la semana que viene.

Una aportación crucial de las generalizaciones de Schródinger sobre la vida fue que los sistemas vivos tienen límites. Los organismos vivos son sistemas abiertos en el sentido de que toman y excretan energía y materia. En teoría son tan abiertos como los límites del universo. Sin embargo, también están encerrados en una jerarquía de límites internos.

Cuando nos dirigimos hacia la Tierra desde el espacio, lo primero que apreciamos es el límite atmosférico que engloba a Gaia, luego los límites de un ecosistema, como por ejemplo los bosques, después la piel o la corteza de los animales vivos y plantas, más allá están las membranas celulares y, finalmente, los núcleos de las células y su ADN. Si se define la vida como un sistema autoorganizado que mantiene activamente una entropía baja, entonces, visto desde el exterior de cada uno de estos límites, lo que hay dentro está vivo.

El concepto de que algo tan grande y aparentemente inanimado como la Tierra está vivo puede resultar difícil de admitir. Se puede afirmar que la Tierra es casi roca pura, y la mayor parte de ella incandescente, debido al calor interno. Estoy en deuda con Jerome Rothstein, un físico, por su clarividencia en éste y otros aspectos.

En un elaborado trabajo acerca del concepto de la Tierra viviente (presentado en un simposio celebrado durante el verano de 1985 por la Audubon Society) observó que se puede paliar esta dificultad recordando la imagen de un secoya gigante. Indudablemente el árbol está vivo, pero el 99 % del mismo está muerto. El gran árbol es una lanza antigua de madera muerta, hecha de lignina y celulosa por los ancestros de la fina capa de células vivas que constituyen su corteza. Como en la Tierra, especialmente si nos fijamos en que muchos de los átomos que se encuentran en las rocas del magma fueron una vez parte de las formas de vida ancestral de las que provenimos.

Cuando se contempló la Tierra por primera vez desde el exterior y se comparó, como planeta en su conjunto, con sus socios sin vida, Marte y Venus, fue imposible evitar la sensación de que la Tierra era una anomalía extraña. Incluso a este planeta no convencional hubiera permanecido probablemente en la trastienda, como la Cenicienta, si la NASA, en su papel de Príncipe, no hubiera venido a rescatarlo por medio del programa espacial de exploración planetaria.

Tal como vimos en el capítulo primero, las cuestiones que originaron el programa espacial estuvieron centradas al principio en una cuestión práctica:

¿Cómo se puede identificar la vida en otro planeta? Puesto que esta cuestión no pudo ser explicada únicamente mediante la biología o la geología convencional, empecé a preocuparme por otra pregunta: la diferencia entre la composición atmosférica de la Tierra y la de sus vecinos Marte y Venus ¿es una consecuencia del hecho de que sólo la Tierra contiene vida?

La parte menos compleja y más fácilmente accesible de un planeta es su atmósfera. Antes de que la nave espacial Viking aterrizase en Marte, o la rusa Venera aterrizase en Venus, ya sabíamos la composición de sus atmósferas. A mediados de los años sesenta, se utilizaron telescopios para captar la luz infrarroja reflejada por los gases atmosféricos de Marte y Venus.

Estas observaciones revelaron la identidad y proporción de los gases con bastante exactitud. Marte y Venus tienen atmósferas dominadas por el dióxido de carbono, con sólo proporciones pequeñas de oxígeno y nitrógeno. Más importante todavía, ambos poseen atmósferas que se encuentran cercanas al estado de equilibrio químico. Si tomáramos un volumen de aire de alguno de estos planetas y lo calentáramos hasta la incandescencia en presencia de una muestra representativa de las rocas de la superficie para luego dejarlo enfriar suavemente, prácticamente no se produciría ningún cambio después del experimento. Por el contrario, la Tierra tiene una atmósfera dominada por nitrógeno y oxígeno.

Sólo se encuentran algunas trazas de dióxido de carbono, muy por debajo de las expectativas de la química planetaria. También hay gases inestables, como el óxido nitroso, y gases como el metano que reaccionan rápidamente con el abundante oxígeno. Si se intentara el mismo experimento de calentamiento y enfriamiento con una muestra del aire que ahora respiramos, ésta cambiaría.

Se convertiría en algo semejante a las atmósferas de Marte y Venus: predominio de dióxido de carbono, disminución de oxígeno y nitrógeno y ausencia de gases como el óxido nitroso y metano. No es demasiado inverosímil considerar el aire como una mezcla de gases que entra en el interior de una máquina de combustión interna: contiene una mezcla de gases combustibles, hidrocarburos y oxígeno. Las atmósferas de Marte y Venus son como los gases de un tubo de escape; toda la energía ya ha sido agotada.

La sorprendente improbabilidad de la atmósfera de la Tierra revela la presencia de negentropía y de la invisible mano de la vida.

Tomemos por ejemplo el oxígeno y el metano. Ambos se encuentran en nuestra atmósfera en proporciones constantes; sin embargo, en presencia de la luz solar reaccionan químicamente para producir dióxido de carbono y vapor de agua. La concentración de metano es de alrededor de 1,5 partes por millón en cualquier parte de la Tierra.

Ello implica que cerca de 1.000 millones de toneladas de metano se introducen anualmente en la atmósfera para mantenerlo a un nivel constante. Además, el oxígeno utilizado en la oxidación del metano debe ser reemplazado - eso significa, por lo menos, 2.000 millones de toneladas anuales. La única explicación posible para la persistencia de esta atmósfera inestable, pero de composición constante, durante períodos mucho más extensos que el tiempo de reacción de sus gases es la influencia de un sistema de control, Gaia.

A menudo se hace difícil reconocer la gran entidad de la que formamos parte; como se suele decir, los árboles no nos dejan ver el bosque. Así ocurría con la misma Tierra hasta que compartimos indirectamente con los astronautas aquella versión tan sorprendente y espectacular. Aquella impecable esfera que marca la división entre las ideas del pasado y del presente. Este regalo, la capacidad de ver la Tierra desde el exterior, fue tan revelador que forzó a desarrollar un nuevo planteamiento de la biología, de arriba abajo.

Los conocimientos convencionales de la biología siempre se habían visto obligados a seguir un planteamiento de abajo arriba debido al simple tamaño de la Tierra en comparación con nosotros o con cualquier cosa viva que conozcamos. Los dos planteamientos son complementarios. Cuando se estudia un microbio, un animal o una planta, el punto de vista fisiológico de arriba abajo muestra la vida como un sistema armónico que se funde con el punto de vista de abajo arriba proveniente de la biología molecular: que la vida es una colectividad constituida por un vasto conjunto de partes ultramicroscópicas.

Desde los tiempos de James Hutton ha habido una «leal oposición» de los científicos que dudaban del criterio tradicional según el cual la evolución del .medio ambiente estaba determinada únicamente por fuerzas físicas y químicas. Vernadsky recogió el concepto de biosfera de Suess para definir los límites del sistema en que se encuentra el biota. Desde Vernadsky, ha existido una tradición continuada (la denominada biogeoquímica) en la Unión Soviética -y en menor medida en todas partes- que ha ido mostrando la interacción entre los suelos, océanos, lagos, ríos y la vida que conllevan.

Tal como dejó bien sentado un ruso, M.M. Yermolaev, en An Introduction to Physical Geography [Una introducción a la geografía física]: