Por qué la vida es física y no química

VidaLa idea de que la vida se reduce a química, está siendo usurpada por una idea mucho más ambiciosa, dicen dos de los biofísicos más importantes del mundo.

En la historia de la ciencia, hay muchos ejemplos de cambios simples en la perspectiva que han llevado a profundas visiones de la naturaleza del cosmos. La invención del telescopio es tal vez un ejemplo. Otro, es darse cuenta de que la energía química, la energía termodinámica, la energía cinética y demás, son todas manifestaciones de lo mismo. Seguramente podrías poner tus ejemplos favoritos aquí.

Uno de los ejemplos más importantes de la ciencia del siglo XX, es que la biología es el resultado de la evolución, y no al revés. Mediante esta forma de pensamiento, la evolución es un proceso, incluso un algoritmo; aunque uno de una potencia inimaginable. Aprovecha la evolución y habrá pocas cosas que no puedas lograr.

En los últimos años, los científicos de la computación han empezado a aprovechar el sorprendente poder de la evolución. Una cosa que han experimentado una y otra vez es el progreso ciego de evolución. Pon un algoritmo genético a funcionar y explorará el paisaje evolutivo, buscando mínimos locales. Cuando halla uno, no se sabe si es la mejor solución posible o si se sitúa dentro de una distancia de un abismo evolutivo que representa una solución de un orden de magnitud completamente distinto.

Esto apunta a la posibilidad de que la vida tal y como ha evolucionado en la Tierra sea un mínimo local en un vasto paisaje de posibilidades evolutivas. Si éste es el caso, los biólogos están estudiando una fracción ridículamente pequeña de algo más grande. Mucho más grande.

Hoy, logramos una importante visión en el estado de este asunto gracias a un fascinante artículo publicado por Nigel Goldenfeld y Carl Woese de la Universidad de Illinois. Goldenfeld es físico de carrera, mientras que Woese, también físico, es una de las grandes figuras de la biología. En la década de 1970, definió un nuevo reino de la vida, el Arquea, y desarrolló una nueva teoría sobre el origen de la vida conocida como la hipótesis del mundo ARN, la cual ha ganado gran fama o notoriedad dependiendo de tu punto de vista.

Juntos, sugieren que los biólogos tienen que pensar acerca de su campo de una nueva forma radicalmente distinta: como una rama de la física de la materia condensada. Su conjetura básica es que la vida es un fenómeno emergente que tiene lugar en sistemas que están lejos del equilibrio. Si aceptas esta premisa, entonces surgen inmediatamente dos cuestiones: qué leyes describen tales sistemas, y cómo llegamos a ellas.

Goldenfeld y Woese dicen que los biólogos cerraron esta vía de pensamiento aludiendo a una frase: toda la vida es química. Nada puede estar más lejos de la realidad, dicen ellos.

Tienen una interesante analogía para ayudar a su causa: el ejemplo de la superconductividad. Sería fácil observar la superconductividad e imaginar que puede explicarse completamente mediante las propiedades de los electrones conforme se transfieren fuera y dentro de los orbitales atómicos. Podrías ir más allá y decir que la superconductividad trata de átomos y química.

Pero la explicación real es mucho más interesante y profunda. Resulta que muchos de los problemas de la superconductividad se explican mediante teorías que describen la relación entre los campos electromagnéticos y un orden de largo alcance. Cuando se rompe la simetría de esta relación, el resultado es la superconductividad.

Y esto no sólo sucede con materiales de la Tierra. Este tipo de ruptura de simetría surge en otros exóticos lugares, tales como los núcleos de las estrellas de quarks. La superconductividad es un fenómeno emergente y tiene poco que ver con el comportamiento de los átomos. Un químico quedaría pasmado.

De acuerdo con Goldenfeld y Woese, la vida es como la superconductividad. Es un fenómeno emergente que tiene que comprenderse a través de las leyes fundamentales de la física que gobiernan su comportamiento. Por consiguiente, sólo una disciplina similar a la física puede revelar tales leyes, y la biología, tal y como se practica hoy, no cae en esta categoría.

Ésta es una osada y provocadora idea que puede que no sea una sorpresa completa para la última generación de biofísicos. Para el resto, esto debería ser una llamada a las armas.

Estaremos esperando el resultado con gran interés.


Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1011.4125: Life Is Physics: Evolution As A Collective Phenomenon Far From Equilibrium

Fecha Original: 22 de noviembre de 2010
Enlace Original

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Comments (22)

  1. Pero, ¿la química no es física? Así que, si la vida es química, también es física

    • Como me decía alguien por Twitter… tonterías, al final todo son matemáticas ;)

    • jurl

      Cualquiera que haya “padecido” la Química Física (y derivados como Estructura de la Materia, Teoría de las Reacciones bla bla bla, por no hablar de asignaturas horrorosas relacionadas con los campos electromagnéticos que suelen estar explicadas -naturalmente- por físicos que no asumen que los químicos se pierden cuando ven letras provenientes de más de tres alfabetos en la pizarra) sabe perfectamente que la química ES física, sólo que es física que cuesta un huevo de aplicar y por eso se le crea una disciplina aparte, o también, porque se permite el lujo de ser tan chapucera que aplica lo que haga falta -sin ninguna coherencia- para llegar adonde se propone. Me refiero claro al plano teórico, en el plano práctico la chapuza puede costar la vida.

      Podríamos decir que la física, y en eso sí que son matemáticas, requiere elegancia, la química como ya de entrada suele ser apestosa, requiere resultados. Es un poco maquiavélica, sí.

      Pero bueno, entiendo que el trasfondo del artículo quiere decir que, con el bagaje de conocimientos estándar que se imparten a quien termina titulado en química, es posible que no le sean suficientes para poder explicar, o tratar con, determinados fenómenos biológicos. Aunque los profesores de QF que tuve son capaces hasta de abordar la actual crisis sistémica (naturalmente, con resultados horrendos).

    • nooooo, ojo, las matemáticas son un modelo, no es verdad absoluta, las matemáticas analizan un problema desde un punto de vista cada vez, la naturaleza los ejecuta todos a la vez aun los que ni siquiera conocemos y en tiempo real, por tanto la capacidad de las matemáticas es muy limitada, sera lo mejor que tenemos pero no es lo mejor.
      El punto de vista fisico y el punto de vista químico de estudiar la naturaleza son claramente diferentes y a esto se refiere el artículo.

  2. pablo

    No me exrañaría nada que exista una fuerza o tendencia contraria a la Entropía pero localizada que guíe la evolución de todo sistema tanto físico (átomos,soles,planetas) como químico ó biológico, o sea en todos los niveles. Su reacia tendencia a no dasaparecer y mantenerse, manipula los sistemas llegando a complejidades extremas como máquinas autoreplicantes.

  3. Jeje, no sé como seguimos cayendo en ese tipo de errores; es una de las grandes desgracias de la ciencia moderna, y es que los especialistas en distintos campos están incomunicados, y comienzan a desarrollarse este tipo de teorías absolutistas.

    Olvidamos que la forma en que clasificamos los campos de estudio son solo la manera en que hemos acordado hacerlo, no son una propiedad del universo, es la manera en que organizamos la información que tenemos de él.

    Ya comienzan a sonar como Kasparov, diciendo que la vida le copió al ajedrez…

  4. [...] Por qué la vida es física y no química [...]

  5. Galmaral

    No se trata de si la vida es química o física o matemática, sino a la manera de enfocar la biología, es decir, de como pensar. Hasta ahora se ha hecho desde un punto de vista químico y ahora creen que un punto de vista físico sería más adecuado.
    Es importante notar que un químico, un físico, etc. piensan diferente un ejemplo llevado al caso de las matemáticas y físicas es el caso de la relatividad general, Einstein dio con la solución por ser físico a pesar de que David Hilbert (que era mucho mejor matemático) no pudo llegar al no tener en cuenta ciertos planteamientos físicos.

  6. Si, la evolución es un algoritmo, solo hay que ir cambiando/quitando las variables y ver que sale

  7. En el articulo no dan mas detalles del Nuevo planteamiento, pero someramente pienso que no seria una sorpresa que la fisica tambien se meta en las explicaciones. el problema [y todos lo sabemos] es que sus observaciones sean verificables!

    una pregunta: a que se refiere el articulo cuando dice “minimo local” ?

    un saludo!

    • Te respondo con un ejemplo:

      Supongamos que la altura mínima de Nepal es de 4000 metros. Eso sería un mínimo local, pero parece obvio que ese mínimo es un máximo extrapolado a casi cualquier parte del mundo. Dependiendo de los valores iniciales, las reglas de “fitting” etc, puede que nuestro algoritmo sólo sea capaz de lograr un mínimo local, no un mínimo óptimo.

      Un saludo

  8. “La vida es un fenómeno emergente que tiene lugar en sistemas que están lejos del equilibrio”, como parte implicada en el gremio tengo que decir que no se desecha esta idea, de hecho despues de tantos años de reflexionar sobre lo que implica me sigue pareciendo fascinante.

  9. Gracias por la Explicacion!

    un saludo.

  10. paco

    ¿Tiene esto que ver con el autoensamblado en nanociencia?

  11. Bueno, eso de que la vida sea fìsica y no quìmica como que no me convence, porque no puedo explicar las transformaciones biològicas que en ella se dan como meras transformaciones fìsicas, no se, que no encaja eso.

  12. Rosa Villariño

    Bueno, la vida es un fenómeno físico, vale. ¿Y? Si no quieres ver que la vida es una parte especial de la química del carbono…Claro que, en mi modesta opinión y sin entrar en el fondo, para mí todo lo que veo, huelo, toco, es simplemente química, que se basa en las leyes de la física y está escrito en matemáticas. De todas maneras, no se puede dejar de intentar explicar el fenómeno de la vida por exclusión de ninguna de las ciencias naturales.

  13. xyz765

    Digamos que la superconductividad nose hubiera entendido desde un enfoque quimico?

    Obviamente en ultima instancia todo va a ser fisico, pero a que nivel debemos bajar?

  14. A ver: toda la materia esta formada digamos por átomos o partículas menores, que se interrelacionan obedeciendo leyes físicas.-Dos de H y uno de O forman la molécula de agua, pero para ello también debe haber una reacción química que combina estos elementos periódicos.-Creo entonces le podríamos llamar : la vida es “fisicoquímica”.-saludos.-saber cosmoglobal.-

  15. jurl

    Parece que existe una pequeña confusión. La química es la ciencia de la materia (al menos la que conocemos en nuestro entorno cotidiano, aunque teóricamente también se ocupa si bien con límites más difusos respecto a la física de cosas como la materia en el núcleo de los planetas o del plasma), y los cambios subyacentes a ésta. También eso es la física, pero el estudio detallado y exhaustivo de la composición y estructura de la materia, comportamiento y propiedades de la misma, sobre todo en las reacciones químicas que implican la reorganización de los átomos en los cristales y moléculas o cualesquiera agregado de estos, es campo exclusivo de la química, sin olvidar la energía puesta en juego durante los mismos, incluyendo naturalmente la termodinámica (general y estadística) y los campos electromagnéticos (baste pensar por ejemplo los cálculos de los campos de un cristal iónico), incluso la óptica.

    Se puede decir sin forzar la nota que la química es una rama altamente especializada de la física, como a su manera podríamos decirlo de la medicina respecto a la biología, aunque su origen no es divergente, sino convergente (la química es la continuación depurada y científica de la alquimia medieval, también como a su manera podría decirse algo similar de la astronomía respecto a la astrología).

    La cuestión está en que en cuanto a que los seres vivos están hechos de materia y las transferencias y flujos de energía asociados, deberían ser “competencia” de la química, y es posible que determinadas disciplinas que no se contemplan con la profundidad debida en la química sean imprescindibles para la comprensión de los seres vivos. Y no hablo de la mecánica cuántica -la química simplemente no existe si no se contempla la mecánica cuántica-, sino de otro tipo de sistemas puramente físicos (cuánticos o incluso no cuánticos).

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