Fritjof Capra
Las ideas subyacentes en los diversos modelos de los sistemas autoorganizadores cristalizaron en muy poco tiempo a finales de los sesenta. En Estados Unidos von Foerster reunía su grupo interdisciplinario de investigación y pronunciaba varias conferencias sobre autoorganización. En Bélgica Ilya Prigogine establecía el vínculo crucial entre sistemas en desequilibrio y la no linealidad. En Alemania, Hermann Haken desarrollaba su teoría láser no lineal y Manfred Eigen trabajaba en sus ciclos catalíticos, mientras que en Chile, Humberto Maturana lo hacía sobre la organización en los sistemas vivos.
Al mismo tiempo el químico atmosférico James Lovelock tenía una intuición iluminadora que le conduciría a formular un modelo que es quizá la más sorprendente y hermosa expresión de autoorganización: la idea de que el planeta Tierra, como un todo, es un sistema autoorganizador vivo.
Los orígenes de la atrevida hipótesis de Lovelock se remonta a los primeros tiempos del programa espacial de la NASA. Mientras que la idea e la Tierra viva es muy antigua y se han formulado en varias ocasiones teorías sobre el planeta como sistema vivo, los vuelos espaciales de principios de los años sesenta permitieron por primera vez a los seres humanos contemplar realmente nuestro planeta desde el espacio exterior y percibirlo como un todo integrado. Esta percepción de la Tierra en toda su belleza, un globo azul y blanco flotando en la profunda oscuridad del espacio, emocionó vivamente a los astronautas y, como algunos han declarado posteriormente, fue una profunda experiencia espiritual que modificó para siempre su relación personal con ella. Las magníficas fotografías de la Tierra completa que trajeron consigo proporcionaron el símbolo más poderoso para el movimiento de la ecología global.
Mientras los astronautas contemplaban la Tierra y admiraban su belleza, su medio ambiente era también examinado desde el espacio exterior por los sensores de los instrumentos científicos, al igual que los de la Luna y los planetas más próximos. Durante los años sesenta los programas espaciales de la URSS y Estados Unidos lanzaron más de cincuenta sondas espaciales, la mayoría para explorar la Luna, pero algunas destinadas a viajar más allá, hacia Venus o Marte.
Por aquel tiempo la NASA invitó a James Lovelock a sus laboratorios en Pasadena (Jet Propulsion) en California, para participar en el diseño de instrumentos para la detección de la vida en Marte. El plan de la NASA consistía en mandar un vehículo espacial que buscaría los indicios de vida en el mismo lugar de aterrizaje, realizando una serie de experimentos con el suelo marciano. Mientras trabajaba en cuestiones técnicas de diseño del instrumental. Lovelock se hacía también una pregunta de carácter más general: ¿cómo podemos estar seguros de que el tipo de vida en Marte, caso de existir, se nos revelará con pruebas basadas en el tipo de vida en la Tierra?. Durante los siguientes meses y años, esta pregunta le condujo a pensar profundamente en la naturaleza de la vida y en cómo reconocerla.
Analizando este problema, Lovelock llegó a la conclusión de que el hecho de que todos los organismos vivos tomen materia y energía y expulsen desechos, era la característica de vida más general que podía encontrar. De modo muy similar a Prigogine, pensó que debía ser posible expresar matemáticamente esta característica fundamental en términos de entropía, pero después su razonamiento progresó en otra dirección. Lovelock asumió que la vida en cualquier planeta necesitaría atmósfera y océanos como medios fluidos para las materias primas y los desechos. En consecuencia, especuló, debería ser posible detectar de algún modo la existencia de vida analizando la composición química de la atmósfera de un planea. Así, de existir vida en Marte, su atmósfera debería revelar alguna composición de gases, alguna “firma” característica, que podría ser detectada incluso desde la Tierra.
Estas especulaciones se vieron confirmadas cuando Lovelock y su colega Dian Hitchcock iniciaron un análisis sistemático de la atmosfera marciana mediante observaciones realizadas desde la Tierra, comparándolo con un análisis similar de la atmósfera terrestre. Descubrieron que las composiciones químicas de ambas atmósferas son sorprendentemente distintas. Mientras que hay muy poco oxígeno, mucho dióxido de carbono (CO2) y nada de metano en la atmósfera marciana, la de la Tierra contiene cantidades masivas de oxígeno, caso nada de CO2 y mucho metano.
Lovelock se dio cuenta de que la razón del particular perfil atmosférico de Marte es que, en un planeta sin vida, todas las reacciones químicas posibles entre los gases de la atmósfera habían sido completadas mucho tiempo atrás. Hoy son posibles nuevas reacciones químicas en Marte ya que existe un completo equilibrio químico en su atmósfera.
La situación en la Tierra es exactamente la contraria. La atmósfera terrestre contiene gases, como el oxígeno y el metano, muy capaces de reaccionar entre sí pero también de coexistir en altas proporciones, originando una mezcla de gases lejos del equilibrio químico. Lovelock se dio cuenta de que este estado especial debía de ser consecuencia de la presencia de vid en la Tierra. Las plantas producen oxígeno constantemente, mientras que otros organismos producen otros gases, de modo que los gases atmosféricos son continuamente reaprovisonados mientras pasan por reacciones químicas. En otras palabras, Lovelock reconoció la atmósfera terrestre como un sistema abierto lejos del estado de equilibrio, caracterizado por un flujo constante de materia y energía. Su análisis químico identificaba el sello mismo de la vida.
Esta percepción fue tan trascendental para Lovelock, que recuerda aún el momento preciso en que ocurrió:
La revelación de Gaia vino a mí súbitamente, como un relámpago luminoso. Me encontraba en una pequeña habitación del piso superior de los Laboratorios de propulsión a chorro de Pasadena en California. Era el otoño de 1965… y estaba hablando con mi colega Dian Hitchcock sobre un documento que estábamos preparando… Fue en ese momento en que vislumbré a Gaia. Un pasmoso pensamiento vino a mí. La atmósfera terrestre es una extraordinaria e inestable mezcla de gases y, sin embargo, yo sabía que se mantenía constante en su composición durante largos períodos de tiempo. ¿Podía ser que la vida en la Tierra no sólo estuviese haciendo la atmósfera, sino que además la estuviese regulando, manteniéndola en una composición constante y a un nivel favorable para los organismos?
El proceso de autorregulación es la idea clave de Lovelock. Sabía por los astrofísicos que el calor del Sol se ha incrementado en u 25 % desde el inicio de la vida sobre la Tierra y que, a pesar de dicho aumento, la temperatura en la superficie de la Tierra se ha mantenido constante, aun nivel confortable para la vida, durante cuatro mil millones de años. ¿Y si la Tierra fuese capaz de regular su temperatura, se preguntó, así como otras condiciones planetarias (la composición de su atmósfera, la salinidad de sus océanos, etc.), al igual que los mecanismos vivos son capaces de autorregularse y mantener constante su temperatura corporal y otras variables vitales? Lovelock se dio cuenta de que su hipótesis equivalía a una ruptura radical con la ciencia convencional:
Considerad la teoría Gaia como una alternativa a la creencia convencional que ve la Tierra como un planeta muerto, hecho de rocas inanimadas, océanos y atmósfera, meramente habitado por vida. Consideradlo como un sistema real incluyendo toda su vida y todo su entorno, íntimamente acoplados para formar una entidad autorreguladora.
A los científicos espaciales de la NASA, por cierto, no les agradó lo más mínimo el descubrimiento de Lovelock. Habían preparado un impresionante despliegue de experimentos de detección de vida para su misión Viking a Marte y ahora Lovelock les decía que, en realidad, no hacía falta mandar ningún vehículo espacial a buscar indicios de vida en el planeta rojo. Todo lo que necesitaba era un análisis espectral de la atmósfera marciana, que podía conseguirse fácilmente común telescopio desde la Tierra. No es de extrañar que desoyesen la opinión de Lovelock y prosiguiesen con el programa Viking. Su vehículo espacial aterrizó en Marte varios años después para, como Lovelock había predicho, no encontrar rastro alguno de vida.
En 1969, en un encuentro científico en Princeton,
Por aquel entonces, Lovelock no tenía idea de cómo la Tierra podía regular su temperatura y la composición de su atmósfera, exceptuando que sabía que los procesos autorreguladores debían involucrar organismos de la biosfera. Tampoco sabía que organismos producían qué gases. Al mismo tiempo, no obstante, la microbióloga norteamericana Lynn Margulis estaba estudiando los mismos procesos que Lovelock necesitaba comprender: la producción y eliminación de gases por diversos organismos, incluyendo especialmente la miríada de bacterias del suelo terrestre. Margulis recuerda que se preguntaba sin cesar: ¿Por qué está todo el mundo de acuerdo en que el oxígeno atmosférico… proviene de la vida pero nadie habla de los otros gases atmosféricos provenientes igualmente de la vida? Bien pronto, algunos colegas le recomendaron que hablase con James Lovelock, lo que dio origen a una larga y fructífera colaboración que desembocó en la completa y científica hipótesis Gaia.
Los antecedentes científicos y las respectivas áreas de experiencias de Lovelock y Margulis demostraron formar una combinación ideal. Margulis estaba en condiciones de aclarar a Lovelock muchas cuestiones en relación con los orígenes biológicos de los gases atmosféricos, mientras que Lovelock aportaba conceptos de química, termodinámica y cibernética a la emergente teoría Gaia. Así los dos científicos pudieron desvelar gradualmente una compleja red de bucles de realimentación que, supusieron, era la responsable de la autorregulación del planeta.
La capacidad primordial de estos bucles de realimentación consiste en vincular sistemas vivos con sistemas no vivos. No podemos ya pensar en rocas, animales y plantas separadamente. La teoría Gaia demuestra que existe una íntima relación entre las partes viva del planeta (plantas, microorganismos y animales) y las no vivas (rocas, océanos y atmósfera).
El ciclo del dióxido de carbono es un buen ejemplo para ilustrar este punto. Los volcanes de la Tierra han estado enviando cantidades ingentes de dióxido de carbono a la atmósfera durante millones de años, puesto que este es uno de los principales gases de invernadero, Gaia necesita retirarlo de la atmósfera para que ésta no alcance una temperatura inhóspita para la vida. Los animales y las plantas reciclan cantidades masivas de oxígeno en sus procesos de respiración, fotosíntesis y descomposición. No obstante estos intercambios se mantienen en equilibrio y no afectan al nivel de dióxido de carbono en la atmósfera. Según la teoría Gaia, el exceso de CO2 en la atmósfera es absorbido y reciclado en un extenso bucle de realimentación que incluye la erosión de las rocas como elemento clave.
En el proceso de erosión de las rocas, estas se combinan con el agua de lluvia y con el dióxido de carbono para formar distintos compuestos químicos, llamados carbonatos. El CO2 es pues retirado de la atmósfera y disuelto en soluciones líquidas. Estos son procesos puramente químicos, que no requieren la participación de organismos vivos. No obstante, Lovelock y otros descubrieron que la presencia de bacterias en el suelo incrementa ampliamente el nivel de erosión. En un sentido, estas bacterias del suelo actúan como catalizadores como del proceso de erosión de las rocas, de modo que todo el ciclo del dióxido de carbono puede contemplarse como el equivalente biológico de los ciclos catalíticos estudiados por Manfred Eigen.
Los carbonatos son luego arrastrados a los océanos donde unas minúsculas algas, imperceptibles a simple vista, los absorben para construir sus delicadas cáscaras de carbonato cálcico. Así, el CO2 que estaba en la atmósfera acaba convertido en cáscara de estas diminutas algas, éstas además, absorben directamente dióxido de carbono del aire.
Cuando estas algas mueren, sus cascaras se precipitan al fondo de los océanos, donde forman sedimentos masivos de piedra caliza (otra forma de carbonato cálcico). Debido a su enorme peso, estos sedimentos de caliza se hunden gradualmente en el manto terrestre donde se hunden, llegando incluso a desencadenar los movimientos de las placas tectónicas. En realidad, parte del CO2 contenido en las rocas fundidas será reenviado a la atmósfera por los volcanes para iniciar otra vuelta en el gran ciclo de Gaia.
El ciclo entero que vincula volcanes, erosión de rocas, bacterias del suelo, algas oceánicas, sedimentos de caliza y de nuevo volcanes, actúa como un gigantesco bucle de realimentación que contribuye a la regulación de la temperatura de la Tierra. A medida que el Sol aumenta su temperatura, la acción de las bacterias se ve estimulada, con lo que el proceso de erosión de las rocas se incrementa, lo que a su vez significa una mayor absorción del CO2 de la atmósfera y el consecuente enfriamento del planeta. Según Lovelock y Margulis, similares ciclos de realimentación, que comprenden plantas y rocas, animales y gases atmosféricos, microorganismos y océanos, regulan el clima en la Tierra, la salinidad de sus océanos, regulan el clima de la Tierra, la salinidad de sus océanos y otras importantes constantes planetarias.
La teoría Gaia contempla la vida de modo sistémico, uniendo geología, microbiología, química atmosférica y otras disciplinas, cuyos especialistas no están acostumbrados a comunicarse entre sí. Lovelock y Margulis desafiaron los conceptos establecidos de que éstas son disciplinas separadas, que las fuerzas de la geología marcan las condiciones de vida sobre la Tierra y que animales y plantas son meros pasajeros que hallaron, por pura casualidad, las condiciones adecuadas para su evolución.
Según la teoría Gaia es la vida la que crea las condiciones aptas para su propia existencia. En palabras de Margulis:
Dicho simplemente, la hipótesis Gaia dice que la superficie de la Tierra, que siempre hemos considerado como el entorno de la vida, es en realidad parte de esta. El manto de aire, la troposfera, debe ser considerado como un sistema circulatorio, producido y mantenido por la vida… Cuando los científicos nos dicen que la vida se adapta a un entorno esencialmente pasivo de química, física y rocas, están perpetuando una visión seriamente distorsionada. En realidad, la vida hace, conforma y cambia el entorno al que se adapta. Este entorno a su vez, realimenta a la vida que cambia, actúa y crece en el. Hay interacciones cíclicas constantes.
Al principio, la resistencia dela comunidad científica ante esta nueva visión de la vida fue tan fuerte que a los autores les resultó imposible publicar su hipótesis. Publicaciones académicas establecidas, tales como Science y Nature, la rechazaron. Finalmente el astrónomo Carl Sagan, editor de Icarius, invitó a Lovelock y Margulis a publicarla en su revista. Resulta intrigante que, que de todas las teorías y modelos de autoorganización, sea la teoría Gaia la que, con mucho, haya encontrado una mayor oposición. Resulta tentador considerar si tan irracional reacción por parte de la ciencia establecida pudiera tener su origen en la evolución de Gaia, el poderoso arquetipo mítico.
Efectivamente, la imagen de Gaia como un ser sintiente fue el principal argumento implícito en el rechazo de la teoría Gaia tras su publicación. Los científicos lo expresaban proclamando que la hipótesis no podía ser científica ya que era teleológica, es decir, que implicaba la idea de los procesos naturales conformados por un proprósito. “Ni Margulis ni yo hemos propuesto nunca que la autorregulación planetaria esté dotada de un propósito”, protesta Lovelock. “No obstante, nos encontramos con la persistente, casi dogmática crítica de que nuestra hipótesis es teleológica”.
Esta crítica recuerda el viejo debate entre mecanicistas y vitalistas. Mientras que los mecanicistas mantenían que todo fenómeno biológico podía en última instancia ser explicado en los términos de las leyes de física y química, los vitalistas postulaban la existencia e una entidad no física, un agente causal director de los procesos vitales que desafiaban las explicaciones mecanicistas. La teleología, del griego telos, propósito, afirma que el agente causal postulado por los vitalistas es deterministas, que hay designio y propósito en la naturaleza. En su encarnizada oposición a los argumentos vitalistas y teleológicos, los mecanicistas se debaten aún en la metáfora de Dios como relojero. La actualmente emergente teoría de los sistemas vivos ha trascendido finalmente el debate entre mecanicistas y vitalistas. Como veremos contempla la naturaleza viva como consciente e inteligente, sin necesidad de asumir un designio o propósito general.
Los representantes de la biología mecanicista atacaron la hipótesis Gaia como teleológica porque no podían imaginar cómo la vida sobre la Tierra podía ser capaz de crear y regular las condiciones para su propia existencia si hacerlo de un modo consciente y determinado. “¿Hay reuniones de comités en los que las especies negocian la temperatura del año siguiente?”, preguntaban con malicioso humor.
Lovelock respondió con un ingenuo modelo matemático llamado “El mundo de las margaritas”. Este modelo representa un sistema de Gaia enormemente simplificado, en el que queda totalmente claro que la regulación de la temperatura es una propiedad emergente del sistema que se manifiesta automáticamente, sin ninguna acción determinada, como consecuencia de los bucles de realimentación entre los organismos del planeta y su entorno.
El Mundo de las Margaritas es un modelo informático de un planeta, calentado por un Sol con radiación térmica constantemente creciente y poblado únicamente por dos especies: margaritas negras y margaritas blancas. Se reparten semillas de ambas por el planeta, que tiene humedad y fertilidad uniformes, si bien las margaritas sólo crecerán dentro de una determinada gama de temperaturas.
Lovelock programó su ordenador con las ecuaciones matemáticas correspondientes a estas tres condiciones, escogió un planeta en el punto de congelación como situación inicial y puso el ordenador a trabajar sobre el modelo. “¿Conducirá la evolución del ecosistema del Mundo de las Margaritas a la autorregulación de su clima?”, era la cuestión crucial que se preguntaba.
El resultado fue espectacular. A medida que el planeta modelo se calienta, en un momento determinado el ecuador alcanza la temperatura adecuada para la vida de la planta. Las margaritas negras aparecen primero ya que absorben mejor el calor que las blancas y están por tanto mejor dotadas para la supervivencia y la reproducción. Así, en su primera fase de evolución el planeta muestra el anillo de margaritas negras sobre el ecuador.
A medida que el planeta se calienta, el ecuador se vuelve demasiado cálido para las margaritas negras, que empiezan a colonizar las zonas subtropicales. Al mismo tiempo, las margaritas blancas aparecen sobre el ecuador. Debido a su color, las margaritas blancas reflejan el calor y se enfrían, lo que les permite sobrevivir en zonas demasiado calurosas para sus hermanas negras. Así pues en la segunda fase hay un anillo de margaritas blancas sobre el ecuador, mientras que las manos subtropicales templadas se llenan de margaritas negras y en los polos, donde hace aún demasiado frío, no aparecen todavía margaritas.
El sol sigue aumentando su radiación y las plantas se extinguen en el ecuador, donde hace ahora demasiado calor incluso para las margaritas blancas. Mientras tanto, las margaritas negras han ido siendo reemplazadas por blancas en las zonas templadas y en los polos empiezan a parecer margaritas negras. Así la tercera fase muestra un planeta con el ecuador despoblado, las zonas templadas pobladas por margaritas blancas, las zonas alrededor de los polos por margaritas negras y los casquetes polares sin plantas. En la cuarta fase, vastas regiones alrededor del ecuador y de las zonas subtropicales son ya demasiado calurosas para ambas clases de margaritas, mientras que vemos margaritas blancas en las zonas templadas y negras en los polos. Finalmente todo el planeta es ya demasiado caluroso para las margaritas y la vida se extingue.
Esta es la dinámica básica del mundo de las margaritas. La propiedad crucial del modelo que produce la autorregulación es que las margaritas negras, al absorber calor, no sólo se calientan a si mismas, sino también al planeta. De forma parecida, mientras las margaritas blancas reflejan el calor y se refrescan a sí mismas. Así, el calor es absorbido y reflejado a través de la evolución del modelo, dependiendo de qué especie de margarita esté presente.
Cuando Lovelock trazó las gráficas de los cambios de temperatura del planeta a través de su evolución, se encontró con el sorprendente resultado de que la temperatura planetaria se mantenía constante a lo largo de las cuatro fases. Cuando el sol es relativamente frío, el modelo incrementa su propia temperatura mediante la absorción de calor a cargo de las margaritas negras. A medida que el Sol aumenta u radiación, la temperatura el modelo desciende gradualmente a causa del progresivo dominio de las margaritas blancas que reflejan el calor. Así, el Mundo delas Margaritas, sin ningún plan preconcebido ni previsión alguna, “regula su temperatura durante un largo periodo de tiempo, gracias al baile de las margaritas”.
Los bucles de realimentación que ligan las influencias medioambientales con el crecimiento de las margaritas, que a su vez afecta al entorno, son la prestación esencial del modelo. Cuando este ciclo se rompe, de modo que no hay influencia de las margaritas sobre el entorno, su población fluctúa arbitrariamente y todo el sistema se vuelve caótico. Tan pronto como los bucles se cierran mediante el restablecimiento del vínculo entre las margaritas y el entorno, el modelo se estabiliza y se reanuda la autorregulación.
Desde entonces, Lovelock ha diseñado versiones mucho más sofisticadas del Mundo de las Margaritas en la que, en lugar de las dos únicas especies, hay muchas clases de margaritas con pigmentos variables. Hay modelos en que las margaritas evolucionan y cambian de color, modelos con conejos que se comen las margaritas y zorros que se comen los conejos y zorros que se comen los conejos etc. El resultado final de estos modelos altamente complejos es que se atenúan las pequeñas fluctuaciones térmicas que aparecían en el modelo original y que la autorregulación se hace más y más estable a medida que aumenta la complejidad del sistema.
Lovelock introdujo además en sus modelos catástrofes que destruyen periódicamente un 30 % de las margaritas y descubrió que la autorregulación del modelo se muestra notablemente resistente ante severas perturbaciones.
Todos estos modelos han generado vivas discusiones entre biólogos, geofísicos y geoquímicos y, desde su primera publicación, la hipótesis Gaia ha ido ganando respeto en la comunidad científica. De hecho, hay ahora varios equipos de investigación en distintas partes del mundo trabajando en formulaciones detalladas de la teoría Gaia.
