Estructuras Disipativas y Orden por Fluctuaciones

Prigogine sostiene que las estructuras disipativas son formas alejadas del equilibrio. El equilibrio es el estado máximo de entropía. En el equilibrio, la energía útil se ha disipado. Estas estructuras para mantener su forma deben disipar la entropía constantemente para que no crezca dentro de la identidad y la “mate” con equilibrio. La disipación de la entropía requiere de una entrada constante de materiales y energía, por lo cual las estructuras disipativas deben formarse en situaciones alejadas del equilibrio. En la termodinámica clásica, una medida de la eficacia de un proceso es una baja producción de entropía. Las estructuras disipativas son eficaces precisamente por la razón contraria. En su alta generación de entropía y continua apertura a la entrada fluctuante de energía, la estructura disipativa trasciende la termodinámica del sistema cerrado. Esto hace también de la estructura disipativa una paradoja. Puede sobrevivir sólo permaneciendo abierta a un intercambio fluido de materia y energía con el medio ambiente (Briggs y Peat 1996).

Prigogine descubrió que los sistemas que se alejan del equilibrio (aquel punto donde las partículas del sistema están paralizadas o se mueven al azar en desorden total), presentan características que eventualmente los llevan a un estado donde eventualmente surge el orden. Para Prigogine orden y caos es un flujo continuo que permea los sistemas disipativos en contacto con el medio ambiente. Estos importan energía para su desarrollo y crecimiento, mientras exportan deshechos en formas más entrópicas. Este material expuesto al medio ambiente sirve de alimento a otros sistemas que lo usarán nuevamente para convertirlo en ingredientes de desarrollo.

El orden por fluctuaciones es un mecanismo que hace posible el desarrollo de la auto- organización, fenómeno que resulta elemental para la formación de estructuras disipativas. Las fluctuaciones son el mecanismo molecular para verificar la inestabilidad. Pequeñas variaciones en las fluctuaciones del sistema son despreciables y éste permanece en estado

estable, no así cuando las fluctuaciones se amplifican, en este punto el sistema se vuelve inestable, el sistema está en el límite del caos, punto donde se genera la auto-organización que llevará al sistema a otro estado diferente de orden (Prigogine, 1997). Las fluctuaciones ponen a prueba constantemente la estabilidad de un sistema viviente, y en cierto momento una o varias de estas fluctuaciones pueden hacerse tan fuertes que empujarán al sistema, a través de situaciones de inestabilidad, hacia una estructura totalmente nueva, que a su vez será fluctuante y relativamente estable. La estabilidad de los sistemas vivos nunca es absoluta. Persistirán mientras las fluctuaciones no superen un nivel crítico dimensional, pero cada sistema está siempre dispuesto a transformarse, a evolucionar.

Este modelo básico de evolución, ideado por Prigogine y sus colaboradores para describir las estructuras químicas disipativas, se ha aplicado con éxito desde entonces, para detallar la evolución de los sistemas biológicos. En palabras de Prigogine:

“Un sistema biológico, que metaboliza y se reproduce, debe, efectivamente, intercambiar energía y materia con el entorno; por lo tanto, funciona como sistema abierto. Por otra parte, el mantenimiento de la vida y el crecimiento dependen de un sinnúmero de reacciones químicas y de fenómenos de transporte, cuyo control implica la intervención de factores no-lineales (activación, inhibición, auto-catalización directa, etc.). Finalmente, el aporte de energía o de materia se efectúa, generalmente, en condiciones inestables, ya que los productos de reacción son expulsados del sistema vivo o enviados a otros lugares de la célula para que desempeñen otras funciones. En resumen: el funcionamiento de los sistemas biológicos parece cumplir las condiciones necesarias para que aparezcan las estructuras disipativas”. [Prigogine, 1997, pp. 316).

Para Prigogine, las estructuras disipativas desempeñan un papel importante en el mantenimiento de la vida y en la explicación de su origen (Prigogine, 1997).

1.4 Autopoiesis

Dos neurobiólogos, Maturana y Varela, desarrollaron la teoría de la autopoiesis. Acuñaron este término para describir los patrones generales de organización comunes a todos los sistemas vivientes. “Auto” se refiere a la autonomía de un sistema para organizarse a sí mismo; “poiesis” significa producción. La Autopoiesis es una red de producción y procesos, en la cuál la función de cada componente participa en la producción o transformación de otro componente en la red y la constituyen (la red) como una unidad

concreta en el espacio en el cual existe por la especificación del dominio topológico de su delimitación como red. En este sentido, la red entera se produce a sí misma. En un sistema viviente auto-organizativo, el producto de su operación es su propia organización [Varela 1979, pp.13].

La autopoiesis puede surgir en un sistema molecular si las relaciones de producción están enlazadas de tal forma que ellas producen los componentes que especifican la unidad del sistema, el cual existe sólo mientras es producido activamente por tal concatenación de procesos, es decir, la autopoiesis surge en un sistema molecular sólo cuando la relación que acopla estas relaciones es producida y se mantiene constante a través de la producción de los componentes moleculares que constituyen el sistema a través de esta concatenación. [Varela 1979, pp. 26-27].

Dos conceptos centrales, entre otros, en la teoría de la autopoiesis de Varela y Maturana son los de organización y estructura. La organización de un sistema no especifica las propiedades de sus componentes los cuales comprenden (o abarcan) a la máquina como un sistema concreto, ésta sólo especifica las relaciones que debe generar para constituir a la máquina o sistema como una unidad. Aunque un sistema puede estar formado por muchas estructuras diferentes, para que se constituya como una entidad concreta en un espacio dado sus componentes reales deben, por una parte, ser definidos en ese espacio, y, por otra, tener las propiedades que les permiten generar las relaciones que lo definen [Maturana y Varela 1980, pp. 77]. La estructura de una unidad particular compuesta es la serie de componentes que le constituyen y las relaciones entre ellos mismos: reales, estáticas, o dinámicas en un espacio particular [Maturana 1988, pp.6.iv].

1.5 Sinergética

Haken (1977) en Alemania, casi al mismo tiempo que Prigogine, comenzó a desarrollar un programa de investigación el cual pretendía revelar algunas leyes generales de la auto- organización y la evolución, las cuales, a su vez, son comunes en procesos de naturaleza completamente distinta: física, química, biológica, sicológica, y social; al cual llamó

sinergética. La sinergética puede entenderse como la teoría del comportamiento cooperativo, la cual pretende explicar algunos de los mecanismos físicos necesarios para la formación de estructuras complejas (Knyaseva, 1998).

La sinergética puede ser considerada como un estado desarrollado de la cibernética tradicional y el análisis de los sistemas estructurales. Mientras la cibernética investiga el funcionamiento de sistemas complejos utilizando un modelo abstracto de caja negra, la sinergética estudia algunos mecanismos para la formación de estructuras complejas, trata de ver dentro de la caja negra. Mientras la cibernética elabora algoritmos y métodos para el control de los sistemas, la sinergética analiza el proceso de auto-control y auto- organización de los sistemas complejos (Knyaseva, 1998). El estudio de Haken sobre el comportamiento cooperativo (sinergética), se originó a partir de las investigaciones sobre la radiación coherente del láser. El láser es un ejemplo paradigmático de la sinergética.