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Sistemas vivos

Una presentación sobre el flujo de información en sistemas vivos

Los sistemas vivos son formas de vida (o, más coloquialmente, seres vivos ) considerados como un sistema . Se dice que son sistemas abiertos, autoorganizados e interactúan con su entorno. Estos sistemas se mantienen mediante flujos de información , energía y materia . Se han propuesto múltiples teorías de los sistemas vivos. Dichas teorías intentan trazar principios generales sobre cómo funcionan todos los sistemas vivos.

Contexto

En las últimas décadas, algunos científicos han propuesto que es necesaria una teoría general de los sistemas vivos para explicar la naturaleza de la vida. [1] Esta teoría general surgiría de las ciencias ecológicas y biológicas e intentaría trazar principios generales sobre el funcionamiento de todos los sistemas vivos. En lugar de examinar los fenómenos intentando descomponerlos en componentes, una teoría general de los sistemas vivos explora los fenómenos en términos de patrones dinámicos de las relaciones de los organismos con su entorno. [2]

Teorías

Los sistemas abiertos de Miller

La teoría de los sistemas vivos de James Grier Miller es una teoría general sobre la existencia de todos los sistemas vivos, su estructura , interacción , comportamiento y desarrollo , destinada a formalizar el concepto de vida. Según el libro Living Systems de Miller de 1978 , un sistema de este tipo debe contener cada uno de los veinte "subsistemas críticos" definidos por sus funciones. Miller considera a los sistemas vivos como un tipo de sistema . Por debajo del nivel de sistemas vivos, define espacio y tiempo , materia y energía , información y entropía , niveles de organización y factores físicos y conceptuales, y por encima de los sistemas vivos, sistemas ecológicos, planetarios y solares, galaxias, etc. [3] [4] [5] La tesis central de Miller es que los múltiples niveles de los sistemas vivos (células, órganos, organismos, grupos, organizaciones, sociedades, sistemas supranacionales) son sistemas abiertos compuestos de subsistemas críticos y mutuamente dependientes que procesan entradas, salidas y salidas de energía e información. [6] [7] [8] Seppänen (1998) dice que Miller aplicó la teoría general de sistemas a una amplia escala para describir todos los aspectos de los sistemas vivos. [9] Bailey afirma que la teoría de Miller es quizás la teoría de sistemas sociales "más integradora", [10] distinguiendo claramente entre el procesamiento de materia-energía y el procesamiento de información, mostrando cómo los sistemas sociales están vinculados a los sistemas biológicos. La LST analiza las irregularidades o "patologías organizacionales" del funcionamiento de los sistemas (por ejemplo, estrés y tensión del sistema, irregularidades en la retroalimentación, sobrecarga de información-entrada). Explica el papel de la entropía en la investigación social mientras equipara la negentropía con la información y el orden. Enfatiza tanto la estructura como el proceso, así como sus interrelaciones. [11]

La hipótesis de Gaia de Lovelock

La idea de que la Tierra está viva se encuentra en la filosofía y la religión, pero la primera discusión científica al respecto fue del geólogo escocés James Hutton . En 1785, afirmó que la Tierra era un superorganismo y que su estudio adecuado debía ser la fisiología . [12] : 10  La hipótesis de Gaia, propuesta en la década de 1960 por James Lovelock , sugiere que la vida en la Tierra funciona como un solo organismo que define y mantiene las condiciones ambientales necesarias para su supervivencia. [13] [14]

Propiedad de los ecosistemas de Morowitz

Una visión sistémica de la vida considera los flujos ambientales y biológicos en conjunto como una “reciprocidad de influencias” [15], y se podría decir que una relación recíproca con el medio ambiente es tan importante para comprender la vida como lo es para comprender los ecosistemas. Como explica Harold J. Morowitz (1992), la vida es una propiedad de un sistema ecológico más que de un organismo o especie individual [16] . Sostiene que una definición ecosistémica de la vida es preferible a una estrictamente bioquímica o física. Robert Ulanowicz (2009) destaca el mutualismo como la clave para comprender el comportamiento sistémico y generador de orden de la vida y los ecosistemas [17] .

La biología de sistemas complejos de Rosen

Robert Rosen dedicó gran parte de su carrera, desde 1958 [18] en adelante, a desarrollar una teoría integral de la vida como un sistema complejo autoorganizado, "cerrado a la causalidad eficiente". Definió un componente del sistema como "una unidad de organización; una parte con una función, es decir, una relación definida entre la parte y el todo". Identificó la "no fraccionabilidad de los componentes en un organismo" como la diferencia fundamental entre los sistemas vivos y las "máquinas biológicas". Resumió sus puntos de vista en su libro Life Itself [La vida misma] . [19]

La biología de sistemas complejos es un campo de la ciencia que estudia la aparición de la complejidad en los organismos funcionales desde el punto de vista de la teoría de sistemas dinámicos . [20] Esta última también se suele llamar biología de sistemas y tiene como objetivo comprender los aspectos más fundamentales de la vida. Un enfoque estrechamente relacionado, la biología relacional, se ocupa principalmente de comprender los procesos de la vida en términos de las relaciones más importantes y las categorías de dichas relaciones entre los componentes funcionales esenciales de los organismos; para los organismos multicelulares, esto se ha definido como "biología categórica", o una representación modelo de los organismos como una teoría de categorías de relaciones biológicas, así como una topología algebraica de la organización funcional de los organismos vivos en términos de sus redes dinámicas y complejas de procesos metabólicos, genéticos y epigenéticos y vías de señalización . [21] [22] Los enfoques relacionados se centran en la interdependencia de las restricciones, donde las restricciones pueden ser moleculares, como las enzimas, o macroscópicas, como la geometría de un hueso o del sistema vascular. [23]

La dinámica darwiniana de Bernstein, Byerly y Hopf

En 1983, Harris Bernstein y sus colegas argumentaron que la evolución del orden en los sistemas vivos y en ciertos sistemas físicos obedece a un principio fundamental común denominado dinámica darwiniana. Este principio se formuló considerando primero cómo se genera el orden macroscópico en un sistema no biológico simple alejado del equilibrio termodinámico, y luego extendiendo su consideración a moléculas cortas de ARN replicante . Se concluyó que el proceso subyacente de generación de orden era básicamente similar para ambos tipos de sistemas. [24] [25]

La teoría de operadores de Gerard Jager

La teoría de operadores de Gerard Jagers propone que la vida es un término general para la presencia de los cierres típicos encontrados en los organismos; los cierres típicos son una membrana y un conjunto autocatalítico en la célula [26] y que un organismo es cualquier sistema con una organización que cumple con un tipo de operador que es al menos tan complejo como la célula. [27] [28] [29] [30] La vida puede ser modelada como una red de retroalimentaciones negativas inferiores de mecanismos reguladores subordinados a una retroalimentación positiva superior formada por el potencial de expansión y reproducción. [31]

El sistema multiagente de Kauffman

Stuart Kauffman define un sistema vivo como un agente autónomo o un sistema multiagente capaz de reproducirse a sí mismo y de completar al menos un ciclo de trabajo termodinámico . [32] Esta definición se amplía con la evolución de nuevas funciones a lo largo del tiempo. [33]

Los cuatro pilares de Budisa, Kubyshkin y Schmidt

Definición de vida celular según Budisa , Kubyshkin y Schmidt

Budisa , Kubyshkin y Schmidt definieron la vida celular como una unidad organizativa que reposa sobre cuatro pilares/piedras angulares: (i) energía , (ii) metabolismo , (iii) información y (iv) forma . Este sistema es capaz de regular y controlar el metabolismo y el suministro de energía y contiene al menos un subsistema que funciona como portador de información ( información genética ). Las células como unidades autosuficientes son partes de diferentes poblaciones que están involucradas en el proceso abierto unidireccional e irreversible conocido como evolución . [34]

Véase también

Referencias

  1. ^ Clealand, Carol E.; Chyba, Christopher F. (8 de octubre de 2007). "¿Tiene 'vida' una definición?". En Woodruff, T. Sullivan; Baross, John (eds.). Planets and Life: The Emerging Science of Astrobiology . Cambridge University Press. En ausencia de una teoría de este tipo, nos encontramos en una posición análoga a la de un investigador del siglo XVI que intentaba definir el "agua" en ausencia de una teoría molecular. [...] Sin acceso a seres vivos que tengan un origen histórico diferente, es difícil y quizás en última instancia imposible formular una teoría adecuadamente general de la naturaleza de los sistemas vivos.
  2. ^ Brown, Molly Young (2002). «Patrones, flujos e interrelación». Archivado desde el original el 8 de enero de 2009. Consultado el 27 de junio de 2009 .
  3. ^ Miller, James Grier (1978). Sistemas vivos . Nueva York: McGraw-Hill. ISBN 978-0070420151.
  4. ^ Seppänen, Jouko (1998). "Ideología de sistemas en las ciencias humanas y sociales". En Altmann, G.; Koch, WA (eds.). Sistemas: nuevos paradigmas para las ciencias humanas . Berlín: Walter de Gruyter. pp. 180–302.
  5. ^ Járos, György (2000). "Teoría de sistemas vivos de James Grier Miller y la teleónica". Investigación de sistemas y ciencia del comportamiento . 17 (3). Wiley: 289–300. doi :10.1002/(sici)1099-1743(200005/06)17:3<289::aid-sres333>3.0.co;2-z. ISSN  1092-7026.
  6. ^ (Miller, 1978, pág. 1025)
  7. ^ Parent, Elaine (1996). "La teoría de los sistemas vivos de James Grier Miller". The Primer Project . Consultado el 20 de septiembre de 2023 .
  8. ^ "La Tierra como sistema". Proyecto de iniciación ISSS . Consultado el 20 de septiembre de 2023 .
  9. ^ Seppänen 1998, págs. 197-198.
  10. ^ Kenneth D. Bailey 2006, págs. 292-296.
  11. ^ Kenneth D. Bailey, 1994, págs. 209-210.
  12. ^ Lovelock, James (1979). Gaia: una nueva mirada a la vida en la Tierra. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-286030-9.
  13. ^ Lovelock, JE (1965). "Una base física para los experimentos de detección de vida". Nature . 207 (7): 568–570. Bibcode :1965Natur.207..568L. doi :10.1038/207568a0. PMID  5883628. S2CID  33821197.
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Lectura adicional

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