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4º - ¿QUE ES GAIA?
“No debes [...] ser demasiado preciso o determinista cuando se trata
de pájaros, árboles y flores.”
Walt Whitman
(Specimen Days)
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.
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]:
“La biosfera se entiende como una parte de la cubierta geográfica de
la Tierra, dentro de los límites de las condiciones
físico-geográficas que aseguran el trabajo normal de los enzimas”.
Los miembros más recientes de esta oposición científica son, entre
otros:
-
Alfred Lotka, de la Universidad John Hopkins, y Eugene Odum,
el único ecólogo que ha abordado los ecosistemas desde un punto de
vista fisiológico
-
dos americanos de origen europeo, el limnólogo G.
Evelyn Hutchinson y el paleontólogo Heinz A. Lowenstam
-
un
oceanógrafo británico, A. Redfield
-
un geoquímico sueco, L.G.
Sillén
Todos destacan la importancia de la vida en la evolución del
medio ambiente. Sin embargo, muchos geólogos han ignorado la
presencia de organismos vivos, como participantes activos, en sus
teorías de la evolución de la Tierra.
La contrapartida de esta discriminación geológica es la incapacidad
de muchos biólogos para darse cuenta de que la evolución de muchas
especies está estrechamente asociada a la evolución de su medio
ambiente.
Por ejemplo, en 1982 apareció un libro,
Evolution Now: A
Century after Darwin [Evolución ahora: un siglo después de Darwin],
editado por John Maynard Smith, que consistió en un conjunto de
ensayos de biólogos ilustres acerca de los aspectos más
controvertidos de la biología evolutiva.
En este conjunto, la única
(y enigmática) referencia al medio ambiente está en un ensayo de
Stephen Jay Gould:
«Los organismos no son bolas de billar golpeados
de manera determinista por el taco de la selección natural y rodando
por la mesa de la vida hasta las posiciones óptimas. Ellos también
influyen en su propio destino a través de formas complejas y
amplias.»
Debemos reintroducir este concepto en la biología
evolutiva.
Aparte de Lynn Margulis, el único otro biólogo que conozco que haya
tenido en cuenta el medio ambiente cuando considera el fenómeno de
la vida es J.Z. Young. En 1971, este ilustre fisiólogo escribió, de
forma independiente a otros estudios, un capítulo sobre homeostasis
en su libro, An Introduction to the Study of Man [Una introducción
al estudio del hombre]
Según sus propias palabras,
«la entidad que
se mantiene intacta, y de la que todos formamos parte, no es la vida
de uno de nosotros, sino en última instancia el conjunto de la vida
en el planeta».
El punto de vista de J.Z. Young sirve de enlace
entre la teoría de Gaia y el consenso científico. A través de la
teoría de Gaia entiendo la Tierra y la vida en ella como un sistema,
un sistema que tiene la capacidad de regular la temperatura y la
composición de la superficie de la Tierra, y de mantenerla idónea
para los organismos vivos.
La autorregulacíón del sistema es un
proceso activo impulsado por la energía libre proporcionada por el
Sol. La primera reacción observada después de la presentación de la
teoría de Gaia a principios de los años setenta fue de ignorancia en
el sentido más literal. La mayor parte de la hipótesis de Gaia fue
ignorada por los científicos profesionales. Y sólo a finales de los
setenta empezó a ser criticada.
La crítica certera es como un baño de agua helada. La repentina
desazón de la inmersión en lo que parece un medio hostil remueve
inmediatamente la sangre y aguza los sentidos. Mi primera reacción
al leer las críticas de W. Ford Doolittle a la hipótesis de Gaia en
CoEvolution Quarterly de 1979 fue de estupor e incredulidad.
El
artículo estaba espléndidamente estructurado y muy bien escrito, lo
que no disminuyó su frigidez. Las aguas heladas pueden ser hermosas,
pero esto no las hace más cálidas. Sin embargo, después de una
inmersión en aguas heladas viene la relajación cuando se toma el sol
en la playa. Después de un rato me di cuenta de que las críticas de
Ford Doolittle debían ser tomadas no tanto como un ataque a Gaia
sino a la manera inadecuada de su presentación.
Gaia había sido vista por primera vez desde el espacio y se
utilizaron argumentos termodinámicos. Para mí era evidente que la
Tierra estaba viva en el sentido de que era un sistema
autoorganizado y autorregulado.
Para Ford Doolittle, desde sus
conocimientos de la biología molecular, también era obvio que la
evolución mediante la selección natural nunca hubiera podido dar
lugar a un «altruismo» a escala global. Su idea estaba basada en los
sólidos y efectivos textos de Richard Dawkins en su libro The
Extended Phenotype [El fenotipo extendido] (1982).
A partir de su
mundo de microscopios, ¿cómo era posible que los intereses
«egoístas» de las células se manifestaran a escalas planetarias?
Para estos biólogos competentes y trabajadores plantear la
regulación de la atmósfera por parte de la vida microbiana parecía
tan absurdo como esperar que la legislación de algún gobierno humano
pudiera afectar a la órbita de Júpiter. Estoy en deuda con ellos por
haber mostrado de forma clara que dábamos demasiadas cosas por
supuestas y que Gaia no tenía una base teórica firme.
No sólo los biólogos moleculares pusieron reparos a Gaia. Otros dos
críticos ilustres fueron el climatólogo Stephen Schneider, de
Colorado, y el geoquímico H.D. Holland, de Harvard. Estos, de
acuerdo con la mayoría de sus colegas. preferían explicar los
acontecimientos en la evolución de las rocas, el océano, el aire y
el clima sólo mediante fuerzas físicas y químicas.
En su libro The
Chemical Evolution of the Atmosphere and the Oceans [La evolución
química de la atmósfera y de los océanos], Holland escribió:
«Encuentro la hipótesis interesante y bonita, pero en el fondo
insatisfactoria. El registro sedimentario parece estar mucho más de
acuerdo con el hecho de que los organismos que eran más capaces de
competir han dominado, y que los procesos y el medio ambiente
próximos a la superficie de la Tierra se han adaptado a los cambios
forjados por la evolución biológica.
Muchos de estos cambios han
tenido que ser fatales o casi fatales para gran parte de los seres
vivos existentes en un momento dado. Vivimos en una Tierra que es el
mejor de los mundos sólo para aquellos que se han adaptado a ella».
Los reparos de Stephen Schneider - expuestos en su libro escrito
junto con Randi Londer, The Coevolution of Climate and Life [La
coevolución del clima y la vida] - se refieren a los planteamientos
de los primeros trabajos acerca de Gaia, donde se exponía que la
homeostasis es la única forma de regulación climática.
Estoy en
deuda con estos autores porque demostraron que dábamos por sentadas
demasiadas cosas y que a Gaia le faltaba una base teórica firme. Mi
gratitud es todavía mayor hacia Stephen Schneider, que se aseguró de
que el tema de Gaia fuese debatido de forma adecuada por la
comunidad internacional convocando una Chapman Conference de la
Unión Americana de Geofísica en marzo de 1988.
Para muchos científicos, Gaia era un concepto teleológico que
requería ser previsto y planificado por el biota. ¿Cómo es posible
que las bacterias, los árboles y los animales tuvieran una reunión
para decidir cuáles eran las condiciones óptimas? ¿Cómo podían
mantener los organismos el oxígeno a un nivel del 21 por ciento y la
temperatura media a 20 °C? Al no observar ningún mecanismo de
control planetario denegaron su existencia como fenómeno y
reclamaron la hipótesis de Gaia como teleológica. Esto era la
condena final. En el mundo académico las explicaciones teleológicas
son un pecado contra el espíritu santo de la racionalidad
científica; niegan la objetividad de la naturaleza.
Pero con estas críticas rigurosas a Gaia los científicos parecen no
haberse dado cuenta del alcance de sus propios errores. El uso
inocente de otro concepto resbaladizo, el de «adaptación», es otro
camino hacia la condenación. Realmente la Tierra es el mejor de
todos los mundos para los que se han adaptado a ella. Pero la
maravilla de nuestro planeta adquiere un significado diferente a la
luz de los datos que los mismos geoquímicos han recogido. La
evidencia muestra que la corteza de la Tierra, los océanos y el aire
o son el producto directo de las cosas vivas o han sido modificados
de forma masiva por su existencia.
Tengamos en cuenta que el oxígeno
y el nitrógeno del aire provienen directamente de las plantas y
microorganismos y que la creta y las calizas son las conchas de
cosas vivas que una vez flotaron en el mar. La vida no se ha
adaptado a un mundo inerte determinado por la mano muerta de la
física y la química. Vivimos en un mundo que ha sido edificado por
nuestros antecesores, antiguos y modernos, y que es mantenido
cuidadosamente por todos los seres vivos que existen en la
actualidad. Los organismos se adaptan a un mundo en que el estado
material viene determinado por las actividades de sus vecinos; ello
significa que la transformación del medio ambiente es parte del
juego.
Pensar de otra manera implica creer que la evolución era un
juego con reglas parecidas a las del cricket o el béisbol juegos en
que las reglas prohíben el cambio ambiental. En el mundo real, si la
actividad de un organismo cambia su medio ambiente material a un
estado más favorable y, como consecuencia de ello, deja más
progenie, entonces tanto la especie como el cambio aumentarán hasta
que se llegue a un nuevo estado estacionario.
A escala local, la
adaptación es un mecanismo mediante el que los organismos pueden
superar ambientes desfavorables, pero a escala planetaria el
acoplamiento entre la vida y su ambiente es tan estrecho que el
concepto tautológico de «adaptación» se deriva de la misma
existencia. La evolución de las rocas y del aire y la evolución del
biota no pueden estar separados.
Que la mayoría de científicos dedicados al estudio de la Tierra
admita hoy que los gases reactivos de la atmósfera son productos
biológicos viene a ser un tributo al éxito de la biogeoquímica. Sin
embargo, la mayoría no estaría de acuerdo con el planteamiento de
que el biota controla de alguna manera la composición de la
atmósfera o alguna de sus variables importantes, como la temperatura
global o la concentración de oxígeno.
Existen dos reparos
principales a Gaia; el primero es que se trata de un concepto
teleológico y que para la regulación del clima y de la composición
química a escala planetaria hace falta una especie de capacidad de
predicción, de clarividencia. El segundo reparo, expresado de forma
muy clara por Stephen Schneider, se refiere a que la regulación
biológica sólo es parcial, y que el mundo real es el resultado de
una «coevolución» de lo vivo y lo inorgánico. Este segundo reparo es
más complicado, y en gran medida el propósito de este libro es un
intento de rebatirlo. El primero, el reparo teleológico, creo que
está equivocado y ahora voy a intentar demostrar por qué.
Sabía que sería de poca ayuda compilar más datos acerca de la
capacidad ya reconocida de la Tierra para regular su clima y
composición. La nueva evidencia por sí misma no convencería a la
mayor parte de científicos de que la Tierra está regulada por la
vida.
Los científicos generalmente quieren conocer cómo funciona, quieren
un mecanismo. Lo que hacía falta era un modelo gaiano. En ciencias
híbridas como la biogeoquímica o la biogeofísica, los modelos del
cambio ambiental no permiten que el biota tenga un papel regulador.
Los especialistas de estas ciencias asumen que los rasgos operativos
del sistema están fijados por las propiedades físicas y químicas.
Por ejemplo, la nieve se funde o se forma a 0 °C.
El reflejo de la luz solar por la capa de nieve proporciona un
efecto poderoso de realimentación durante el enfriamiento, y un
sistema de regulación del clima podría estar basado en la fusión o
formación de nieve. Pero no es posible que el punto de fusión de la
nieve, que es una característica del hielo como sustancia, pueda
trasladarse a una temperatura más idónea de, digamos, 20 °C. Por el
contrario, los rasgos operacionales de un organismo siempre se
encuentran fijados a niveles favorables.
¿De qué manera los modelos gaianos convencionales difieren de los
biogeoquímicos convencionales? El planteamiento de una estrecha
colaboración entre la vida y el ambiente en que se produce ¿cambia
la naturaleza de todo el sistema? ¿Es la homeostasis una predicción
razonable de la teoría de Gaia?
La dificultad de contestar a estas
preguntas proviene de la mera complejidad del biota y del medio
ambiente, porque ambos se encuentran interconectados de múltiples
maneras. Difícilmente encontraremos un sólo aspecto de su
interacción que pueda ser descrito de manera razonable por un
ecuación matemática. Se necesitaba una simplificación drástica.
Luché con el problema de reducir la complejidad de la vida y el
medio ambiente a un esquema simple que pudiera iluminar sin
distorsionar. El mundo de las margaritas era la respuesta.
Describí
este mundo por primera vez en 1982, en una conferencia sobre biomineralización en Amsterdam, y publiqué un trabajo, «The Parable
of Daisyworld» [La parábola del mundo de las margaritas] en Tellus,
en 1983, junto con mi colega Andrew Watson. Estoy en deuda con
Andrew por la manera clara y gráfica de expresarlo en este trabajo
mediante términos matemáticos formales.
Dibujemos un planeta de aproximadamente el mismo tamaño que la
Tierra, girando sobre su eje y orbitando, a una distancia semejante
a la de la Tierra, alrededor de una estrella de la misma masa y
luminosidad que el Sol. Este planeta se diferencia de la Tierra en
que tiene más área continental y menos océano, pero está bien
provisto de agua y las plantas crecerán en cualquier parte de la
superficie continental donde el clima sea adecuado.
Este es el
planeta del mundo de las margaritas de diferente tono de color:
algunas oscuras, algunas claras y algunas de colores neutros. La
estrella que calienta e ilumina el mundo de las margaritas comparte
con nuestro Sol la propiedad de aumentar su emisión de energía a
medida que envejece. Cuando empezó la vida en la Tierra hace unos
3.800 millones de años, el Sol era alrededor de un 30 por ciento
menos luminoso que ahora. En unos cuantos miles de millones de años
más, será tan terriblemente caliente que toda la vida que conocemos
ahora morirá o deberá encontrar otro planeta que le sirva de hogar.
El aumento del brillo del Sol según envejece es una propiedad
general no cuestionada de todas las estrellas. La combustión de
hidrógeno (su combustible nuclear) da lugar a la acumulación de
helio. El helio, en forma de ceniza gaseosa, es más opaco a la
energía radiante que el hidrógeno, lo que dificulta la radiación de
calor desde el horno nuclear en el centro de la estrella.
Entonces la temperatura central aumenta y ello conlleva un aumento
de la velocidad de combustión del hidrógeno hasta que se establece
un nuevo balance entre el calor producido en el centro y el calor
perdido en la superficie solar. Contrariamente a los fuegos
normales, los fuegos nucleares de tamaño estelar queman más
vigorosamente cuanto más se acumula la ceniza y algunas veces
incluso explotan.
El mundo de las margaritas está simplificado, reducido, por decirlo
así, del siguiente modo. El ambiente se circunscribe a una sola
variable, temperatura, y el biota a una sola especie, margaritas. Si
es demasiado frío, por debajo de 5 °C, las margaritas no crecerán;
su temperatura óptima se sitúa alrededor de 20 °C. Si la temperatura
sobrepasa los 40 °C será demasiado caliente para las margaritas, y
se marchitarán y morirán.
La temperatura media del planeta resulta
del sencillo balance entre el calor recibido de la estrella y el
calor perdido en las frías profundidades del espacio en forma de
radiación infrarroja de onda larga. En la Tierra este balance de
calor se complica por el efecto de las nubes y los gases como el
dióxido de carbono. La luz solar puede ser reflejada hacia el
espacio por las nubes antes de que pueda alcanzar y calentar la
superficie.
Por otra parte, la cantidad de calor perdida por la
superficie templada puede ser minimizada porque las nubes y las
moléculas de dióxido de carbono lo reflejan de nuevo hacia ella
misma. Asumimos que el mundo de las margaritas tiene una cantidad
constante de dióxido de carbono, la suficiente para que las
margaritas crezcan, pero no excesiva como para que interfiera en el
clima. De manera semejante no hay nubes durante el día. Para no
estropear la sencillez del modelo siempre llueve de noche.
Por tanto, la temperatura media del mundo de las margaritas viene
determinada por el grado medio de oscurecimiento del color del
planeta, o, tal como lo llaman los astrónomos, por el albedo. Si el
planeta tiene una superficie oscura o albedo bajo, absorbe más calor
de la luz solar y la superficie se calienta. Si el color es claro,
como en la nieve recién caída, entonces el 70 o el 80 por ciento de
la luz solar puede ser reflejada de nuevo hacia el espacio. Una
superficie clara es fría cuando se la compara con una superficie
oscura equivalente sometida a una cantidad equiparable de
irradiación solar. Los albedos pueden tener valores entre 0
(totalmente negro) y 1 (totalmente blanco).
Consideramos que el
suelo desnudo del mundo de las margaritas presenta habitualmente un
albedo de 0,4 de manera que absorbe el 40 por ciento de la luz solar
que recibe. Las margaritas comprenden un intervalo de colores desde
el oscuro (con un albedo de 0,2) al claro (con un albedo de 0,7).
Imaginemos un momento en el pasado distante del mundo de las
margaritas. La estrella que lo calienta era menos luminosa, de
manera que sólo en la región ecuatorial la temperatura del suelo
desnudo, 5 °C, era suficiente para el crecimiento. Aquí germinarían
y florecerían lentamente las semillas de las margaritas.
Supongamos que en la primera cosecha se encontraban especies
multicoloreadas, oscuras y claras, en proporciones semejantes. Las
margaritas oscuras se verían favorecidas incluso antes de que la
estación de crecimiento hubiera acabado. Su mayor absorción de la
luz solar en los sitios donde crecían las hubiera calentado por
encima de los 5 °C. Las margaritas con colores claros se hubieran
encontrado en desventaja. Sus flores blancas hubieran palidecido y
muerto porque al reflejar la luz solar se hubieran enfriado por
debajo de la temperatura crítica de 5 °C.
En la estación siguiente hubiéramos apreciado un predominio de
margaritas oscuras, ya que sus semillas serían más abundantes.
Pronto su presencia calentaría no sólo a las mismas plantas sino
que, en la medida que crecieran y se dispersaran por la superficie
desnuda, calentarían el suelo y el aire, primero localmente y luego
regionalmente. Con este incremento de temperatura, la velocidad de
crecimiento, el período de la estación templada, y la difusión de
las margaritas oscuras, se produciría una realimentación positiva
que daría lugar a una colonización de la mayor parte del planeta por
margaritas oscuras. Eventualmente, la extensión de las margaritas
oscuras se encontraría limitada por un incremento global de
temperatura a niveles por encima del óptimo para el crecimiento.
Ahora, cualquier proliferación adicional de estas margaritas daría
lugar a una caída en la producción de semillas. Además, cuando la
temperatura global fuese alta, las margaritas claras crecerían y se
extenderían en competencia con las oscuras. El crecimiento y
extensión de las margaritas blancas estaría entonces favorecido por
su capacidad natural para mantener el clima frío.
Cuando la estrella que brilla en el mundo de las margaritas envejece
y se hace más caliente, la proporción de margaritas oscuras y claras
cambia hasta que finalmente el flujo de calor es tan grande que
incluso la cosecha de margaritas más blancas no puede mantener el
planeta por debajo del límite superior de 40° para el crecimiento.
En este momento el poder de las llores ya no es suficiente. El
planeta vuelve a ser yermo de nuevo y tan caliente que ya no hay
manera de que puedan florecer nuevas margaritas.
Es fácil construir un modelo numérico del mundo de las margaritas
que sea suficientemente sencillo como para trabajar con él en un
ordenador personal. Las poblaciones de margaritas son evaluadas
mediante ecuaciones diferenciales tomadas de la ecología teórica
(Carter y Prince, 1981). La temperatura media del planeta se calcula
directamente a partir del balance de calor que recibe desde la
estrella y el calor que pierde por radiación a las frías
profundidades del espacio.
La figura 2.1 muestra, de acuerdo con los
conocimientos convencionales de la física y la biología, además de
la geofisiología, la evolución de la temperatura y el crecimiento de
las margaritas durante el progresivo incremento del flujo de calor
procedente de su estrella.
2.1.
Modelos de evolución del mundo de las margaritas de acuerdo con
los conocimientos convencionales (A) y con la geofisiología (B).
Los cuadros superiores ilustran las poblaciones de margaritas en
unidades arbitrarias y los inferiores muestran las temperaturas en
grados Celsius. De izquierda a derecha, a lo largo del eje
horizontal, la luminosidad de la estrella crece desde un 60 a un 140
por ciento respecto a la luminosidad de nuestro Sol. (A) ilustra
cómo los físicos y los biólogos en completo aislamiento calculan la
evolución de nuestro planeta desde su perspectiva.
De acuerdo con
estos conocimientos tradicionales, las margaritas sólo pueden
responder adaptándose a los cambios de temperatura. Cuando el
planeta esté demasiado caliente para un desarrollo idóneo, morirán.
Pero en el universo gaiano (B), el ecosistema puede responder
mediante el crecimiento competitivo de margaritas oscuras y claras,
y regular la temperatura en un amplio margen de luminosidad. El
trazo discontinuo en el cuadro inferior de B muestra cómo aumentaría
la temperatura en ausencia de vida en el mundo de las margaritas.
Cuando probé por primera vez el modelo del mundo de las margaritas,
quedé sorprendido y encantado de la fuerte regulación de temperatura
planetaria que surgía del simple crecimiento competitivo de plantas
de colores claros y oscuros. No inventé estos modelos porque pensase
que las margaritas, o cualquier otro tipo de plantas coloreadas en
tonos claros u oscuros pudieran regular la temperatura de la Tierra
cambiando el balance entre el calor recibido por el Sol y el perdido
en el espacio. Los diseñé para contestar a las críticas de Ford
Doolittle y Richard Dawkins acerca de que Gaia era teleológica.
En
el mundo de las margaritas se muestra que a propiedad del medio
ambiente global, la temperatura, es regulada de manera efectiva en
un intervalo amplio de luminosidad por un biota planetario
imaginario, sin necesidad de suponer ninguna capacidad de predicción
o planificación. Ello representa una refutación definitiva de la
acusación de que 1a hipótesis de Gaia es teleológica, y dicha
refutación es, hasta el momento presente, incontrovertible.
Entonces, ¿que es Gaia? Si el mundo real en el que vivimos se
autorregula de manera semejante al mundo de las margaritas, y el
clima y el ambiente de que disfrutamos y explotamos libremente es la
consecuencia de un sistema automático, aunque no intencionado, de
statu quo, entonces Gaia es la manifestación mayor de vida.
La
estrecha interrelación entre la vida y su medio ambiente, Gaia,
incluye:
-
Organismos vivos que crecen vigorosamente, explotando cualquier
oportunidad ambiental posible.
-
Organismos que están sujetos a las reglas darwinianas de la
selección natural: las especies de organismos que dejan más
descendientes supervivientes.
-
Organismos que afectan a su ambiente físico y químico. Así los
animales modifican la atmósfera mientras respiran tomando oxígeno y
exhalando dióxido de carbono: Plantas y algas realizan el proceso
inverso. Hay muchos otros procesos mediante los cuales los
organismos modifican incesantemente el ambiente físico y químico.
-
La existencia de limitaciones o ataduras que establecen los
límites de la vida. Puede hacer demasiado calor o demasiado frío;
entre los dos extremos existe una temperatura adecuadamente
templada, el estado óptimo. Puede haber demasiada acidez o demasiada
alcalinidad; es preferible la neutralidad. Casi todos los productos
químicos tienen un margen de concentración tolerable o necesario
para la vida. Para muchos elementos, tales como el iodo, selenio y
hierro, demasiado es un veneno, demasiado poco produce inanición. El
agua pura no contaminada permitirá el desarrollo de pocas formas de
vida, al igual que las salmueras saturadas del Mar Muerto.
Pocos científicos pondrían objeciones a alguna de estas cuatro
condiciones, contempladas tanto individualmente como en grupo.
Sin embargo, cuando se toman en conjunto como un grupo de
características estrechamente interrelacionadas, parecen
proporcionar una receta de un sistema gaiano. El conjunto consiste
en una fructífera descripción de modelos de sistemas autorregulados
como el mundo de las margaritas. La cuarta condición, que establece
los límites físicos y químicos de la vida, es la que encuentro más
interesante, inesperada y llena de significado. Basta pensar en la
analogía social de la familia o la comunidad que existe con
limitaciones firmes, pero razonables, frente a la que tiene límites
de comportamiento mal definidos.
Estabilidad y fronteras bien definidas parecen estar asociadas. Los
médicos están de acuerdo con que la vida es un sistema abierto.
Sin embargo, como una de aquellas muñecas rusas que contiene una
serie de muñecas más y más pequeñas, la vida existe dentro de una
serie de límites. El límite exterior es el borde de la atmósfera
terrestre con el espacio. Dentro de la frontera planetaria las
entidades disminuyen, pero crecen incluso más intensamente cuando la
progresión va desde Gaia a los ecosistemas, a las plantas y a los
animales, a las células y al ADN.
Entonces la frontera planetaria
circunscribe un organismo vivo, Gaia, un sistema constituido por
todos los organismos vivos y el medio ambiente. No hay en ningún
sitio de la Tierra una distinción clara entre materia viva y no
viva. Sólo hay una jerarquía de intensidad desde el medio ambiente
«material» de las rocas y de la atmósfera a las células vivas.
Sin
embargo, a grandes profundidades debajo de la superficie, los
efectos de la presencia de vida se desvanecen. Es posible que el
centro de nuestro planeta no haya sido modificado como consecuencia
de la vida, pero no sería juicioso darlo por sentado.
Investigando la pregunta «¿Qué es la vida?» hemos hecho algún
progreso. Mirando la vida a través del telescopio gaiano la vemos
como un fenómeno a escala planetaria durante un lapso de tiempo
cosmológico: Gaia, como la manifestación mayor de vida, difiere de
otros organismos de la Tierra como tú y yo diferimos de nuestra
población de células vivas.
En algún tiempo de la historia de la
Tierra, antes de que existiera la vida, la Tierra sólida, la
atmósfera y los océanos todavía estaban evolucionando únicamente con
las leyes de la física y la química. Estaban corriendo pendiente
abajo hacia el estado estacionario e inerte de un planeta casi en
equilibrio. Por un tiempo breve, en su vuelo precipitado entre los
intervalos de los estados químicos y físicos, entró en un estado
favorable para la vida. En un momento determinado, las células vivas
recientemente aparecidas crecieron y su presencia afectó al medio
ambiente de la Tierra hasta el punto Se detener la inmersión
precipitada hacia el equilibrio.
En este instante, las cosas vivas,
las rocas, el aire y los océanos emergieron para formar una entidad
nueva, Gaia. Del mismo modo que cuando el espermatozoide se funde
con el óvulo se concibe una nueva vida.
La investigación para definir lo que es la vida se puede comparar
con el ensamblado de un rompecabezas, un rompecabezas en el que una
escena de un paisaje se corta en miles de pequeñas piezas
interconectadas y las piezas se revuelven. Se necesita una
clasificación para poner las cosas de nuevo juntas. El cielo azul es
fácil de separar de la tierra marrón y los árboles verdes.
Las
personas expertas en la resolución de rompecabezas saben que una
etapa fundamental consiste en encontrar y conectar las piezas que
tienen un lado recto correspondiente a los bordes, los límites de la
escena. El descubrimiento de que los límites exteriores de la
atmósfera son una parte de la vida planetaria ha definido de un modo
parecido los bordes del rompecabezas de nuestro dibujo de la vida en
la Tierra.
Una vez que el borde está totalmente ensamblado, por lo
menos se conoce el tamaño del dibujo y es más fácil la colocación de
los grupos interiores. Gaia no es un dibujo estático. Cambia
permanentemente, así como la vida y la Tierra evolucionan
conjuntamente.
Sin embargo en nuestro breve lapso de vida se
mantiene estable el tiempo necesario para que empecemos a entenderla
y ver lo hermosa que es.
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