¿Puede la naturaleza producir mecanismos con complejidad irreductible? Parte 1

Por Cristian Aguirre

Para el naturalismo evolutivo la respuesta a esta interrogante sería afirmativa ya que tiene la confianza de que la naturaleza dispone de leyes y mecanismos capaces de producirla. La propuesta de Charles Darwin se articuló en base a esta premisa. Pero ¿Esto es verdad?

Para responder a este interrogante es necesario definir con claridad los conceptos implicados. El primer concepto importante que debe ser establecido es definir que tipo de complejidad esta implícita en la complejidad irreductible. Si alguna virtud tiene la forma como he conceptualizado la complejidad irreductible popularizada por Behe llamándola “Complejidad Mínima Funcional” en mi borrador de 1996, es que este segundo termino incluye una pista importante para establecer el tipo de complejidad implícita al señalar que esta es “funcional”.

Hay una connotación muy fundamental que la distingue de una complejidad natural, o mas bien, desarrollada por la naturaleza. De hecho la misma puede producir complejidad, pero no es de la misma naturaleza que la complejidad funcional.

Veamos un ejemplo:

Tenemos un mapa topográfico de un territorio irregular con montañas, valles, lagos y costa. Si deseo predecir por donde se pueden producir cursos fluviales por efecto del desbordamiento de lagos o la excesiva pluviosidad, el mapa nos servirá para predecir matemáticamente, en función de la localización de las fuentes fluviales y la orografía del terreno, por qué trayectorias el agua se desbordará y difundirá hasta la costa. Incluso puedo calcular en qué puntos de dicha costa llegaran al mar dichos cursos de agua. Sin embargo, ¿Me servirán el mapa y mis conocimientos y métodos matemáticos para evaluar el curso y trayectoria de un sistema de canales artificiales? Definitivamente no.

Los canales artificiales forman parte de una estructura con complejidad funcional, es decir, que cumple una función, y no de un sistema complejo natural. Sus trayectorias obedecen a criterios de optimización de coste, longitud, u otros criterios y están en función de ciertos objetivos. Por lo tanto, los métodos y las matemáticas necesarias para abordarlo son del todo diferentes. No obedecen a la lógica del terreno, sino que superarán los desniveles con acueductos y los obstáculos orográficos con túneles si es preciso.

En la naturaleza se presentan muchos casos de aparición de orden y organización. Los cristales de hielo de los copos de nieve se organizan en sorprendentes formas irrepetibles unas de otras producto de atractores que los llevan, durante el proceso de congelación, a reproducir una disposición aleatoria en una simetría caleidoscópica hexagonal dado que la estructura cristalina que forma el agua al congelarse es precisamente hexagonal. En la física de plasmas, la física del láser y en la química existen otros ejemplos tales como los relojes químicos y reacciones “mágicas” como la famosa reacción Belousov-Zhabotinsky (BZ) en la que aparecen figuras espirales y colores definidos. Sin embargo, estos ejemplos de complejidad no tienen naturaleza funcional, es decir, no cumplen una función útil a otro agente. Para entender mejor esto resulta necesario considerar qué es una estructura y en concreto qué es una estructura funcional

En la naturaleza existe un extraordinario número de sistemas. Estos sistemas están compuestos de diversos elementos que interactúan entre sí con total libertad, aunque, en algunos casos pueden ser canalizados a organizarse de acuerdo a la presencia de ciertos atractores y, cuando adquieren una determinada organización, conforman entonces una estructura.

Un sistema libre puede ser, por ejemplo, un conjunto de piedras desparramadas por el suelo, aquí no importa su número ni su disposición, ni el tamaño de las mismas. Pero desde el momento que surge alguna restricción que afecte el número, la configuración, o las magnitudes de los elementos se tratará de una estructura. Se puede decir incluso, que dichas restricciones estructuran el sistema.

Supongamos que tenemos una botella cerrada en la cual hay una mezcla de agua y aceite bastante revuelta, de tal modo que podamos considerar las gotas de agua y las de aceite, dispuestas de manera aleatoria. No importará que proporción de aceite con respecto al agua exista, como tampoco sus cantidades relativas, pues su volumen es irrelevante. Podría en principio considerarse que al estar ésta mezcla en una botella cerrada, se trata de un sistema aislado. Pero lamentablemente, las paredes de la botella no impiden ser atravesadas por el campo gravitatorio, por lo tanto, es un sistema cerrado porque si bien no hay intercambio de materia si lo hay de energía. Con el correr del tiempo el caos reinante de gotas de aceite y de agua revueltas progresará hacia un orden estructural. Las gotas de agua más pesadas por su mayor densidad bajarán, mientras que las de aceite menos densas y pesadas subirán. Al final, perpendicularmente al campo gravitatorio, estarán dispuestas 2 capas de dos líquidos distintos, la más cercana al campo será de agua y la más lejana de aceite. ¿Quien impuso el orden a este sistema en principio libre?; ¿Fue acaso una auto organización espontánea de las gotas de aceite y agua?; No, fue la gravedad que, como atractor externo, impuso la norma colocando los líquidos separadamente de acuerdo con su densidad. El tipo de orden impuesto es estable, lo que significa que cualquier agitación que rompa dicho orden, tenderá una vez libre de la perturbación, hacia un orden impuesto por la gravedad.

Otro ejemplo bastante claro lo constituye el sistema solar, este podría tener más o menos planetas, planetas más grandes que Júpiter o todos inferiores al tamaño de Mercurio. No obstante, seguirá siendo un sistema solar, aunque distinto al que conocemos, con otras masas planetarias, otras órbitas, etc. Regidas, eso sí, por leyes gravitatorias que prohibirán cualquier libertad absoluta. No podríamos hallar, por ejemplo, a Júpiter a la misma distancia que Venus con la misma descripción orbital, como tampoco el año terrestre duraría lo mismo si la masa del Sol fuera la mitad. Aquí también hay un orden estable, ya que, como se ha visto, los elementos de este sistema tienen una libertad autorestringida, de tal manera que un elemento condiciona el estado de otro, en este caso por ejemplo, la presencia de Neptuno afecta el comportamiento orbital de Urano y a su vez Plutón ínfimamente el de Neptuno.

En una definición termodinámica de orden, los desequilibrios termodinámicos y, por tanto, las concentraciones espaciales de energía, definen el orden particular de un sistema y que, como la segunda ley, ordena que dichos desequilibrios se disipen, el orden se transformará en desorden, y como consecuencia existirá ausencia de concentraciones. En este nuevo estado los elementos de un sistema aislado se encuentran en disposición homogénea, no hay zonas especializadas en un tipo particular de elementos, sino que están mezclados sin concierto alguno. Representa el grado máximo de aleatoriedad, el reino del caos.

Pero el orden en un sistema no consiste sólo de concentraciones diferentes de energía en el espacio, hay otros tipos de concentraciones que no son de tipo energético. Por ejemplo, en una piedra se pueden encontrar trazas de distintos minerales no disueltos sino más bien concentrados en distintos lugares. En un libro la tinta no está concentrada uniformemente por todo el papel, por el contrario está concentrada en determinados puntos con formas que definen caracteres. Un vaso de vidrio presenta una forma especial en la cual el vidrio está concentrado en una lámina que forma una cavidad. En todos estos ejemplos no hay diferencias de temperatura, en cambio hay diferencias en cuanto a la concentración de sustancias, y no solo eso, pues dichas concentraciones tienen forma.

Ahora el orden consiste en la forma que presentan las distintas concentraciones de sustancias en el sistema. No obstante, no hay que olvidar que dichas concentraciones están allí gracias a un proceso en el que, dirigido por algún atractor, se invirtió energía. Por tanto, dichas concentraciones son el rastro dejado por la energía invertida durante su formación. Del mismo modo, y en consecuencia, se invertirá energía en el proceso de deformación.

En conclusión, una estructura es consecuencia de las restricciones propias de las interrelaciones de sus elementos componentes. El orden estructural puede ser impuesto desde fuera, como es el caso de la botella de agua y aceite, o desde dentro, como el sistema solar. De una u otra manera, el motor de la aparición de orden y, por consecuencia, de estructuración, procederá de escenarios en los cuales están presentes desequilibrios termodinámicos.

Visto esto, podemos reconocer que una estructura es un caso particular de sistema, y que por ello, su análisis partirá del estudio de los elementos de éste último.

Los sistemas pueden distinguirse en tres tipos diferenciados por la naturaleza de la interrelación de sus elementos. Para ilustrarlo consideremos los siguientes conjuntos de números:

Conjunto A(5,4,7,8,2,6) B(2,5,8,11,14,17) C(6,4,5,8,2,3)
Tipo Sistema libre Sistema autorestringido Sistema restringido
Norma (estructuración) No existe n(i)=n(i-1)+3 Es funcional (NºTelf.)
Grado de libertad Libertad Absoluta Libertad autorestringida No hay libertad
¿Es estructura? No Si Si

En el primer caso tenemos un conjunto aleatorio de números, pueden tener cualquier valor en cada posición, ninguno influye sobre el valor de los demás ni es influido a su vez por el valor de otros. El conjunto puede también tener cualquier número de elementos distribuidos en indistintas maneras pues los elementos no se influyen mutuamente para adoptar ninguna configuración resultante. Existe por tanto plena libertad en los tres aspectos y como no existe ninguna regla restrictiva lo llamaremos SISTEMA LIBRE y dado que no existe norma que lo estructure no es una estructura.

En el segundo caso, se trata de un conjunto de 6 números, pero pueden ser 3 o 1000, no hay restricción en cuanto al número de elementos. No obstante observamos que las magnitudes de dichos números no tienen una libertad absoluta que permita cualquier valor entre los mismos, pues según la norma de esta serie, un número dado tendrá un valor que dependerá del valor del número precedente, y a su vez, el mismo afectara el valor del número posterior. Según la regla, dicho valor será igual al último más 3. A este efecto entre los elementos de un sistema se denomina autorestricción. Por lo tanto, llamaremos a este tipo SISTEMA AUTORESTRINGIDO y como está estructurado por una norma matemática que hace el papel de atractor será entonces una estructura.

En el tercer caso, no puede haber cualquier número de elementos, ni cualquier disposición, ni cualquier magnitud en cada número. No existe libertad en ninguno de los tres aspectos en modo estricto (número de elementos, magnitudes y orden), aunque en el ejemplo, ya no existe absolutamente ninguna libertad ya que cualquier cambio en número, distribución y valores significaría un número telefónico diferente. En general hay muchos casos en los cuales este tipo de sistemas presentan algún rango de libertad, aunque mínimo, en cuanto a los tres aspectos. Un sistema de este tipo se puede llamar, por tanto, SISTEMA RESTRINGIDO y es, en este caso, una estructura funcional ya que posee una norma también funcional de estructuración que ha sido especificada para cumplir una función, es decir, un propósito usufructuable por uno o mas agentes.

Cuando vimos los tres tipos de sistemas pudimos notar que de ellos los dos últimos, a diferencia del primero, son casos de estructuras. Ahora bien, ¿Cómo distinguimos con mayor precisión entre ellos cual es una estructura funcional?

Sabemos que ambos casos están estructurados, pero no del mismo modo. En el caso de los sistemas auto-restringidos la estructuración procede de una norma matemática que no es otra cosa que un atractor o grupo de atractores. Este es pues el tipo de sistema sobre el cual actúan principalmente los casos de auto-organización de la materia en condiciones alejadas del equilibrio termodinámico.

Los sistemas restringidos, en cambio, se estructuran por normas arbitrarias que no obedecen al efecto de ningún proceso físico o químico natural ni a sus condiciones iniciales. Nosotros y muchos animales somos capaces de crear estructuras funcionales para múltiples y arbitrarios propósitos. Dicha arbitrariedad, no reproducible por ningún proceso natural, es precisamente la que caracterizará a las estructuras funcionales. Como dicha arbitrariedad estará relacionada a un objetivo propuesto por un usuario, entonces, podemos definir que, si una estructura cumple un objetivo para un usuario en particular, está última será una estructura funcional.

Se han realizado muchos trabajos científicos sobre casos de auto organización en sistemas naturales que son sumamente interesantes y útiles para el avance de la ciencia. En los mismos no existe arbitrariedad, sino el concurso de atractores que dirigen un sistema alejado del equilibrio termodinámico para llevarlos a estadios de organización y orden. Contienen puntos de crisis, cambios de fase y efectos sinergéticos que en conjunto condicionan el orden resultante. Sin embargo, hasta ahora todos estos casos naufragan irremisiblemente en presentar símiles verosímiles de sistemas tan complejos como un sistema vivo. ¿Por qué?

Ilya Prigogine, ganador del Premio Nobel por sus trabajos de la termodinámica del no equilibrio y un autentica autoridad en la investigación de los sistemas autoorganizativos, evaluó esta situación en una conferencia pronunciada en el fórum filosófico de la UNESCO en 1995 al decir:

“Pero todavía queda mucho por hacer, tanto en matemáticas no lineales como en investigación experimental, antes de que podamos describir la evolución de sistemas complejos fuera de ciertas situaciones sencillas. Los retos aquí son considerables. En particular, es necesario superar el actual desfase en nuestra comprensión entre las estructuras físico-químicas complejas y los organismos vivos por simples que estos sean” (Énfasis en negrita añadido).

Si para Prigogine, ya fallecido, el reto de superar este desfase es considerable, pero aún albergaba una esperanza de superarlo, para los biólogos teóricos David L Abel y Jack T Trevors e su artículo “Tres subconjuntos de secuencias complejas y su relevancia para la información biopolimerica” la imposibilidad está zanjada. En su profundo análisis del tema llegan a la siguiente conclusión sobre las posibilidades de que la algorítmica biológica sea fruto de procesos dinámicos de autoorganización natural:

“Los fenómenos de autoorganización se observan diariamente de acuerdo con la teoría del caos. Pero en ningún caso conocido pueden autoorganizarse fenómenos como los huracanes, los montones de arena, la cristalización, o ser capaces de producir fractales de organización algorítmica. Una autoorganización algorítmica nunca ha sido observada a pesar de numerosas publicaciones que han hecho mal uso del término. La organización siempre surge de la elección contingente, no de la necesidad o de la oportunidad de contingencia.

La reducción de la incertidumbre (mal llamada “entropía mutua”) no puede medir la información prescriptiva (información que específicamente informa o da instrucciones). Cualquier secuencia que específicamente nos informa o establece cómo alcanzar el éxito por sí contiene controles de elección. Las limitaciones de la física dinámica no son la elección de los contingentes. Las secuencias prescriptivas se llaman “instrucciones” y “programas”. Ellos no son meramente secuencias complejas, son algoritmos de secuencias complejas. Son cibernética. Las secuencias aleatorias pueden tener máxima complejidad, pero las mismas no hacen nada útil. La instrucción algorítmica es invariablemente la clave para cualquier tipo de organización sofisticada, como se observa en cualquier célula. No existe un método para cuantificar la “información prescriptiva” (las instrucciones cibernéticas).

La presencia de funciones en el ácido nucleico no se pueden explicar mediante tesis del tipo: “orden surgiendo del caos” o “orden al borde del caos”. Los cambios físicos de fase no pueden escribir algoritmos. Las matrices biopoliméricas con alta retención de información se encuentran entre las entidades más complejas conocidas por la ciencia. No actúan y no pueden surgir de los fenómenos autoorganizativos de baja información. En lugar de orden desde el caos, el código genético se ha optimizado para ofrecer algoritmos altamente informativos, aperiódicos y con complejidad específicada. Dicha complejidad especificada generalmente se encuentra más cerca del extremo no compresible y no ordenado del espectro de la complejidad que a su extremo altamente ordenado (Fig. 4). Los patrones suele ser el resultado de la reutilización de los módulos de programación o palabras. Pero esto es sólo secundario a la elección contingente que utiliza una mejor eficiencia. El orden en sí mismo no es la clave para el uso prescriptivo de la información”.  (Énfasis en negrita añadido)

¿Cuál es el problema aquí? ¿No será que al pretender conseguir un símil del más simple ser biológico estamos cometiendo un error metodológico al tratar de abordar el análisis de una estructura funcional con los elementos de análisis propios de un sistema natural no funcional? Es decir, ¿No estamos abordando la trayectoria de un canal con los métodos y matemáticas que necesitaríamos para abordar la trayectoria de un río natural?

Pues siendo así estaríamos condenados al fracaso. En base a esto ni Prigogine, ni otros deberían albergar ninguna esperanza de superar el “actual desfase” entre las estructuras físico-químicas y los organismos vivos por simples que estos sean. Y esto porque la vida pertenecería a la categoría de estructura funcional.

Lo expuesto hasta aquí, así como las observaciones citadas ponen en relieve cual es la factibilidad de que la complejidad irreductible pueda ser producida por la naturaleza, pero aun no hemos hecho un análisis de dicho tipo de complejidad para efecto de deducir a priori por qué la naturaleza no puede producirla.

Ello lo veremos en la segunda parte del presente post titulado: El puente teleológico.

Referencias:

1.Peter Coveney y Roger Highfield. La Flecha del Tiempo. La organización del desorden. Editorial Plaza & Janes. 1990

2.Ilya Propogine. ¿Qué es lo que no sabemos?.
Traducción rosa María Cascón http://serbal.pntic.mec.es/~cmunoz11/prigogine.pdf

3.David L Abel y Jack T Trevors “Three subsets of sequence complexity and their relevance to biopolymeric information”.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1208958/

4. Berkely Physics Course. – Volumen 5. Física Estadística. Editorial Reverte S.A. 1996

5. Cristian Aguirre del Pino. “Elementos de Estructuras Funcionales”. OIACDI. 2010

Deje una respuesta

Leer entrada anterior
Por qué creo en el Diseño Inteligente

Por Cristian Aguirre Resulta interesante conocer cual es la perspectiva desde la cual una posición está sustentada. Que prejuicios o...

Cerrar