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LOS PRINCIPIOS ORGANIZADORES

W. B. YEATS

El lugar de las cosas salvajes

Sin duda, ninguna ley de la química es violada por la acción de las células nerviosas, y ninguna ley de la física, por las pulsaciones de las fibras nerviosas, pero es necesario añadir algo a nuestras ciencias para poder explicar estos sutiles fenómenos.

WILLIAM JEVONS (1873)

Al observador de la ciencia le impresionan mucho lo muy grande y lo muy pequeño. Las últimas especulaciones sobre el espacio interior de las partículas elementales y el espacio exterior del universo de los astrónomos dominan la mayoría de las reflexiones sobre la estructura básica del universo físico. Intuitivamente sentimos que los secretos fundamentales de la constitución del universo deben residir en los extremos de nuestras escalas de imaginación. Pero hay otros extremos además de los de escala y tiempo y temperatura. Hay extremos de complejidad. Cuando empezamos a recorrer este nuevo camino, encontramos novedosas y sorprendentes características del mundo de lo cotidiano que ponen de manifiesto los límites de un reduccionismo que recurre a una Teoría del Todo para explicar de abajo arriba la totalidad del mundo natural.

Figura 7.1 Espectro de los tamaños y masas de las principales estructuras cuya existencia en el universo conocemos (véase la figura 5.1), donde hemos destacado la región en la que se forman las estructuras organizadas complejas. En el interior de esta región, los fenómenos observados son resultado principalmente de las complejas interacciones entre un número muy grande de constituyentes mutuamente interactivos. Son el producto de formas particulares de organización entre esos componentes, y no sólo el comportamiento inusitado de fuerzas de la naturaleza individuales.

En el capítulo 5 (figura 5.1) mostramos un diagrama que sitúa el contenido del universo bajo una iluminadora perspectiva global. En la figura 7.1 lo hemos vuelto a dibujar subrayando la jerarquía de complejidad, además de la de tamaño. En la figura se muestran las estructuras más relevantes del universo conocido. Éstas abarcan desde los núcleos del átomo de hidrógeno, a los átomos más grandes y las moléculas, a las personas, los árboles y las montañas, a los asteroides, los planetas y las estrellas, antes de avanzar a las estructuras astronómicas de mayor tamaño al alcance de nuestra mirada, las galaxias y los cúmulos de galaxias, y después al universo visible entero. Existe una caja «mágica» que puede ser ubicada en este diagrama, la cual contiene la serie de estructuras que exhiben propiedades características de los sistemas organizados y complejos. Esto es, estructuras que no están meramente determinadas por el equilibrio entre dos fuerzas opuestas de la naturaleza. Su naturaleza esencial es una consecuencia, no sólo de su tamaño, sino de la manera en que sus constituyentes internos están organizados. Notarás que los seres humanos se encuentran precisamente dentro de la caja mágica. Esto no es sorprendente. Nuestros cerebros son los objetos más complicados que hemos encontrado hasta la fecha en el universo. No somos nada simples. De hecho, si nuestros cerebros fueran significativamente más simples, seríamos demasiado simples para darnos cuenta de ello.

Las estructuras organizadas habitan el mundo intermedio entre lo muy grande y lo muy pequeño. Aquí nos encontramos a nosotros mismos en el dominio de la complejidad multifacética: pura y simple. La vida es el ejemplar más llamativo de su catálogo de maravillas, pero no todo lo que es complicado está vivo. Desde el clima, el comportamiento de las economías y las encuestas de opinión, hasta los materiales exóticos y los imprevisibles cambios demográficos, todo ello posee complejidades que desafían ser cuantificadas mediante nuestros métodos tradicionales. Sin embargo, la propia diversidad de dicha complejidad organizada apunta a la posibilidad de abstraer la noción misma de complejidad de sus manifestaciones específicas observadas, y de buscar principios generales que gobiernen su emergencia y desarrollo.

Sabemos por experiencia que hay una complejidad y una estructura subyacente a las cosas que deriva del simple hecho de haber muchas de ellas. Puede que el comportamiento de una persona solitaria sea simple; añadid una segunda persona, y obtendréis tipos enteramente nuevos de comportamiento humano complejo; añadid una tercera, y podrán pasar cosas algo insólitas; añadid una docena más, y casi podrá suceder cualquier cosa. Así ocurre con los átomos y los electrones. El todo resulta ser mucho mayor que la suma de sus partes. Una de las razones de ello es que cuando el número de componentes se hace muy grande es posible que se formen subsistemas. Así, en el mundo de la economía no tratamos con un sistema único en el que cada elemento es libre de interaccionar de todas las formas posibles con los otros. Por el contrario, hay una serie de grandes subeconomías que interaccionan unas con otras en formas particulares.

El lema del mundo de la complejidad es: cuanto más, mejor; cuanto mayor el número de componentes, mayor el número de formas en que éstos pueden alterar la configuración interna del sistema dejando ciertas características medias invariables. Como ejemplo sencillo consideremos el número de palabras españolas que uno puede construir con las letras individuales de un juego como el scrabble. Con una sola letra podemos encontrar como mucho una palabra en el diccionario. Con dos letras se pueden encontrar un par de palabras. Pero si el número de letras sobrepasa las tres, cuatro o más, el número de palabras posibles crece espectacularmente. Y así sucede con los átomos y las partículas de la materia. Los extraordinarios fenómenos de la física del estado sólido, como la superconductividad y la semiconducción, las propiedades de los nuevos materiales, son todos ellos resultado de este mundo complejo de los grandes números. De hecho, en los últimos años ha surgido en el seno de la comunidad científica un interesante debate acerca del significado relativo de dichos fenómenos en comparación con los de la ciencia «fundamental» tradicional. Si uno estudia los temas expuestos en los libros de ciencia populares, se hace de inmediato evidente para el lector que imperan los relatos acerca de agujeros negros, cosmología y partículas elementales. Estos extremos opuestos en el espectro de magnitudes se perciben como los candidatos más fundamentales, los más naturales, para la denominada investigación «del cielo azul». Para muchos, el mundo intermedio de la física del «estado sórdido» no es tan fundamental, ni tan interesante. Hasta los físicos profesionales lo encuentran poco natural. Sin embargo, estamos en inmensa deuda con quienes han desarrollado un sentido por el estudio de sus complejos fenómenos naturales; pues los frutos de su investigación nos han dado los materiales y las tecnologías que sostienen las comodidades de la vida moderna. Huelga decir que esto nunca se ha cuestionado, pero a los físicos que trabajan en esta área les preocupa tener que abandonar la idea de que su estudio es, a su manera, tan fundamental como el del cosmólogo o el del físico de partículas. Esta cuestión se ha planteado en varias comunidades occidentales al tener que tomarse decisiones sobre la financiación de vastos proyectos experimentales para hacer avanzar las fronteras de la astronomía y de la física de partículas elementales. Los físicos del estado sólido, los metalúrgicos, los químicos y los científicos materiales defienden que las cuestiones que ellos tratan merecen ser financiadas al mismo nivel por las instituciones gubernamentales. Los físicos de partículas vindican que su tema es más «fundamental». ¿Quién tiene razón?

A pesar de la naturaleza específica de este debate, en el fondo del mismo hallamos un viejo problema disfrazado con un ropaje moderno. Se trata de la cuestión del «reduccionismo», la cual ha sido tradicionalmente de interés sobre todo para los científicos de la vida. El reduccionista absoluto ve la ciencia como una clara jerarquía. Empezando con la zoología, asumimos que la «entendemos» cuando la reducimos a algo más básico. En este caso, ese algo es la biología. La biología se funda asimismo por completo sobre la química; la química puede mostrarse que reposa sobre la física; y la física nos lleva de nuevo a las partículas más elementales de la materia. Cuando las encontremos —ya se trate de partículas puntuales o de cuerdas—, habremos completado la cadena lineal. Así pues, en cada estadio, el reduccionista vehemente arguye que hay un «porqué» que siempre apunta en la misma dirección: hacia dentro, a la escala más pequeña. Los mecanismos de la caja mágica siempre se encontrarán en el interior. El físico de partículas Steven Weinberg, ganador del Nobel, expone esta concepción como parte de su discurso en favor de la financiación de un futuro acelerador de partículas frente a la crítica de muchos físicos de la materia condensada:

Todavía, gracias a la idea intuitiva de que unas generalizaciones científicas explican otras diferentes, contamos con un sentido de la dirección en ciencia. Hay flechas de explicación científica que se deslizan a través del espacio de todas las generalizaciones científicas. Después de haber descubierto muchas de estas flechas, podemos ahora contemplar el modelo que ha surgido, observando algo notable: quizá el mayor descubrimiento científico de todos los tiempos. ¡Estas flechas parecen converger a una misma fuente! Comenzad en cualquier punto de la ciencia y, como un niño pesado, no dejéis de preguntar «¿por qué?». Os veréis conducidos en algún momento al dominio de lo muy pequeño… Yo he subrayado que las flechas de explicación parecen converger a una misma fuente, y en nuestro trabajo sobre la física de partículas elementales pensamos que nos estamos aproximando a esa fuente. Hay un vislumbre en la física de partículas elementales actual de que estamos no sólo en el nivel más profundo que podemos alcanzar ahora mismo, sino en un nivel que es, de hecho, muy profundo en términos absolutos, quizá próximo a la fuente fundamental.

Aquí vemos cómo el alegato a favor de la fundamentalidad apunta hacia el descubrimiento de una Teoría del Todo. Se cree que hay una Teoría del Todo y que estamos cerca de hallarla, pues Weinberg concluye:

Hay razones para creer que en la física de partículas elementales estamos aprendiendo algo sobre la estructura lógica del universo a un nivel muy profundo. La razón por la que digo esto es que conforme hemos ido pasando a energías cada vez más altas y conforme hemos ido estudiando estructuras que son cada vez más pequeñas, hemos encontrado que las leyes, los principios físicos que describen lo que aprendemos, se tornan cada vez más sencillas… las reglas que hemos descubierto son cada vez más coherentes y universales. Estamos empezando a sospechar que esto no es casual, que no se trata de un mero accidente de los problemas particulares que hemos elegido para estudiar en este momento de la historia de la física, sino que hay una simplicidad, una belleza, que estamos encontrando en las reglas que gobiernan la materia, que reflejan algo que es parte integrante de la estructura lógica del universo a un nivel muy profundo.

Hay claramente algo de cierto en lo que el reduccionista vehemente tiene que decir. No hay razón para creer que la materia de la que se ocupa la biología esté compuesta por algo distinto a los átomos y moléculas estudiadas por los químicos; ni razón alguna para pensar que esos átomos y moléculas estén formados por algo diferente a las partículas elementales de los físicos, más de lo que dudaríamos que la Pietà de Miguel Ángel está compuesta por otra materia prima que el mármol y la piedra. Pero semejante reduccionismo es trivial. Su manifestación tuvo sentido cuando se especuló infundadamente sobre la existencia de una sustancia misteriosa («flogisto») presente en el fuego o de un élan vital en las cosas «con vida». Cuando se juntan cosas simples, se crean agregados que muestran una diversidad de comportamiento más amplia que la suma de sus partes. De esta manera aparecen fenómenos cualitativamente nuevos a medida que aumenta el nivel de complejidad o crece el número de ingredientes. Semejante situación no fue prevista por los primeros vitalistas. Como C. H. Waddington observó:

El vitalismo equivalía a la afirmación de que las cosas vivas no se comportan como si fueran meros mecanismos construidos a partir de simples componentes materiales; pero esto presupone que uno sabe qué son exactamente los componentes materiales simples y en qué clase de mecanismos pueden ser integrados.

Puede que a cierto nivel un ordenador de mesa sólo sea una colección de 10²⁷ protones, neutrones y electrones; pero es evidente que la forma en que esas partículas subatómicas se combinan, la forma en que están organizadas, es lo que diferencia a un ordenador de un montón de 10²⁷ partículas subatómicas independientes. Así, a este nivel, al nivel de los comportamientos posibles que el sistema puede manifestar, el ordenador es más que la suma de sus partes, y lo que hace que esto ocurra es la forma en que los átomos se entrelazan entre sí para formar tipos particulares de materiales y la forma en que estos materiales están integrados en ordenadores y circuitos. Las propiedades de un ordenador son el resultado de haberse alcanzado un cierto nivel y calidad de complejidad. Cuanto mayores y más complejos sean el circuito integrado y la lógica interna, tanto más sofisticadas serán las capacidades del aparato.

Estos ejemplos muestran que si el reduccionismo significa que todas las explicaciones de la complejidad deben buscarse en un nivel inferior y, en último término, en el mundo de los constituyentes más elementales de la materia, entonces es falso. En lugar de ello, podríamos esperar encontrar tipos nuevos de organización compleja en cada nivel conforme pasamos del reino de los quarks a los nucleones, a los átomos, a las moléculas y a los agregados de materia. Cada uno de estos nuevos comportamientos será esencialmente la manifestación de haberse alcanzado un nivel particular de organización bajo condiciones ambientales particulares. Una de las cosas más sorprendentes, que distinguen a dichos fenómenos complejos de los fenómenos más simples en los que se interesa el físico de partículas, es que se cree que estos últimos han estado enteramente presentes en algún estadio de la historia del universo. Si recorremos el universo hacia atrás durante un tiempo suficiente, deberíamos encontrar condiciones naturales lo bastante extremas para producir todas las partículas más elementales de la naturaleza en un estado libre. Éstas no precisan nada especial del entorno salvo temperaturas altas. Pero los mecanismos de la complejidad son radicalmente diferentes. Éstos suelen ser muy sensibles a muchos de los detalles del entorno y no surgen «naturalmente». Esto es, a menudo tenemos que construir las condiciones especiales bajo las que el fenómeno aparecerá. No es difícil imaginar que algunos de los complejos fenómenos que hemos logrado producir en el laboratorio, o en la fábrica, nunca antes se hayan manifestado en el universo. Éste es un pensamiento tranquilizador: una propiedad de la materia, como la superconductividad a alta temperatura, puede que nunca antes se haya dado de manera natural en toda la historia del universo. Estaba latente en las leyes de la naturaleza, pero sólo puede ponerse de manifiesto cuando se dan condiciones artificiales muy particulares, y sólo cuando la materia está organizada de una forma peculiar y «no natural».

La vida, tal y como la conocemos y en parte entendemos, es un clásico ejemplo de lo que puede suceder cuando se alcanza un nivel de complejidad suficiente. La conciencia parece ser una manifestación de un nivel aún más elaborado de organización. En consecuencia, estos dos fenómenos se encuentran muy finamente sintonizados con las condiciones ambientales dentro de las que se encuentran. Esto no es de extrañar si ellos son los productos de un proceso de selección natural en el que el entorno juega un papel crucial en la determinación de la naturaleza de esos ventajosos atributos que serán seleccionados por las generaciones venideras. Sin embargo, resulta sorprendente hallar que la forma de vida que conocemos, y que somos, está muy finamente equilibrada en relación al entorno astronómico, e incluso a las formas de las leyes y las constantes de la física.

Los biólogos no han logrado ponerse de acuerdo respecto a una definición general de lo que es la vida. Nuestra experiencia acerca de sus formas posibles es muy limitada (algunos de los ejemplos conocidos se muestran en la figura 7.2). De todas formas, mientras que no existe un acuerdo sobre qué propiedades son necesarias para que algo pueda ser llamado «vivo», hay un consenso razonable sobre las características que serían suficientes para que algo sea calificado de «vivo». Cualquier tentativa de estipular las condiciones necesarias tiende a degenerar en una especificación que es demasiado reducida, una especificación que apenas es algo más que una descripción de formas conocidas de vida. Es mucho más útil proponer como condición suficiente para que algo sea calificado de vivo el que pueda reproducirse a sí mismo en algún entorno y deba contener algún nivel de organización que se preserve por selección natural. Por reproducción no entendemos que se obtengan copias exactas en cada generación, sino simplemente que una copia exacta tendrá una probabilidad mayor de supervivencia que copias semejantes en un mismo entorno. En cualquier biosfera habrá algunos organismos, aunque no todos, que cumplirán técnicamente esta definición. Por ejemplo, mientras que un único ser humano no alcanza a satisfacerla (no se puede reproducir solo), está sin embargo compuesto de muchas células que cumplen la definición. Un macho y una hembra juntos satisfacen asimismo la condición suficiente.