24 de junio de 2007

Experimento de Miller. Emergencia sistémica

Experimento Miller-Urey (1953)Por estas fechas hace un mes falleció en su California natal el profesor Stanley Miller, un científico que no logró el Premio Nobel, como tantos otros científicos brillantes que no lo consiguieron, aunque con tan sólo 23 años consiguió reproducir en su laboratorio el modo en que las moléculas esenciales para la vida pudieron surgir en la Tierra primitiva. Consciente de la importancia de este trabajo, su director de tesis y premio Nobel de Química el profesor Harold Urey, le animó en un acto de singular generosidad a que firmara en solitario sus resultados y los enviara a la prestigiosa revista Science: «Yo ya tengo mi premio Nobel», dijo al estudiante, de modo que este artículo sobre el origen de los seres vivos apareció, en contra de la costumbre, con el recién licenciado como único firmante.

Como ocurriera con la tesis del genial John Nash, el artículo de Miller era igualmente escueto, constaba de sólo ocho párrafos, un dibujo y un diagrama, pero estaba redactado con la sencillez y concisión que a menudo acompaña a los grandes descubrimientos. En él se mostraba el diseño de un aparato, formado por tubos y recipientes de vidrio, repleto con los mismos elementos que se cree que formaban la antigua atmósfera reductora de nuestro planeta: metano, amoniaco, agua e hidrógeno. Tras aplicar una potente descarga eléctrica a la mezcla, a la que pusieron el nombre de «sopa primordial», Miller y Urey constataron que aparecían varios de los aminoácidos que constituyen los ladrillos a partir de los cuales surgió la vida en la Tierra.

Como solemos decir los sistémicos recordando a Aristóteles “El todo es mayor que la suma de las partes”. Esta antigua idea muchas veces olvidada por el paradigma reduccionista nos recuerda que en muchos sistemas se generan propiedades nuevas a partir de las relaciones entre las partes. El experimento de Miller nos muestra de una manera brillante en un sistema sencillo y cerrado cómo a partir de unos elementos inorgánicos se pueden crear nuevas propiedades al crear nuevas relaciones entre las partes. El experimento de Miller es también una poderosa metáfora para introducir el concepto sistémico de las «propiedades emergentes» que acuñara a principios del siglo XX el epistemólogo y filósofo británico Charlie Dunbar Broad (C.D. Broad). Estas «propiedades emergentes» son propiedades que surgen [emergen] a un cierto nivel de «complejidad organizada» pero que no se dan en niveles inferiores de complejidad [o se dan otras, pero distintas]. O más escuetamente, las «propiedades emergentes» son el producto de las relaciones entre las partes de un sistema.

Desde la perspectiva sistémica las «propiedades emergentes» son propiedades del todo que ninguna de las partes posee, «emergen» de las interacciones y relaciones entre las partes. Y, lo más importante: estas propiedades son destruidas cuando el sistema es diseccionado [analizado], ya sea físicamente o teóricamente, en elementos aislados. Siguiendo al físico Frijof Capra “Si bien podemos discernir partes individuales en todo sistema, estas partes no están aisladas y la naturaleza del conjunto es siempre distinta de la mera suma de las partes”. Volvemos a Aristóteles.

Esta maravilla de las «propiedades emergentes» la podemos contemplar todos los días, en las cosas más simples, como al beber un vaso de agua [un compuesto químico formado por dos partes de hidrógeno y una de oxígeno, pero que nadie intente encontrar las propiedades del agua analizando sus componentes, pues las «propiedades emergentes» no se suelen encontrar en las partes sino en las relaciones entre las partes], tomar una cucharada de azúcar [el sabor del azúcar no está presente en los átomos individuales de carbón, hidrógeno y oxígeno que lo constituyen] hasta en las más complejas [el comportamiento de un homiguero, el tráfico de vehículos en una gran ciudad o la economía global].

Tomemos el caso de un hormiguero. Si observamos el comportamiento de una sola hormiga veremos que está basada en conductas simples, del tipo «piensa localmente y actúa localmente» sin embargo su acción colectiva produce un comportamiento global digno de la mejor eficacia y eficiencia logísticas.

Estudiar las «propiedades emergentes» de sistemas complejos como los humanos proporciona una perspectiva distinta y muy enriquecedora a la que proporciona el simple análisis reduccionista, porque éstas propiedades no se encuentran si el sistema se «divide» en sus componentes y se «analiza» cada uno de ellos por separado. Por ejemplo, el funcionamiento de nuestro cuerpo no es sólo la suma de los subsistemas que lo componen, pues en el conjunto aparecen nuevas propiedades que no existían en los subsistemas por separado. Ocurre lo mismo con la sexualidad humana cuando hacemos una aproximación puramente «mecanicista» del funcionamiento de los órganos sexuales dejando de lado otros aspectos «emergentes» como la empatía, la ternura, el gozo compartido y el amor humano. Otro tanto se podría decir del estudio de las empresas, creadoras de riqueza [propiedad emergente] cuando hacemos una aproximación puramente «economicista» como si se tratara únicamente de la suma de tres factores [trabajo, capital y recursos materiales] dejando de lado otros aspectos «emergentes» como la autorganización, el conocimiento, el propósito o la visión compartida.

La belleza de la Novena Sinfonía de Beethoven, de un arco iris en una tarde lluviosa de otoño, del espíritu de un equipo que remonta un partido que tenía perdido o la solidaridad humana ante las grandes catástrofes son ejemplos de esa «emergencia sistémica» que no podremos reducir en sus componentes esenciales por mucho que nos esforcemos porque la clave del asunto no está en los componentes sino en las relaciones entre los componentes. Esto significa también que no podemos predecir las «propiedades emergentes» de un sistema analizando sus partes. Si descomponemos un sistema, no encontraremos sus propiedades esenciales en ninguna de las «piezas» resultantes porque estas propiedades sólo surgen cuando el sistema «completo» actúa.

Esta idea, lejos de parecer extraña o disparatada, está en línea con las propuestas de físicos de la talla de los premios Nobel de Física Murray Gell-Mann (fundador del Instituto de Santa Fe) que en su interesante obra "El Quark y el Jaguar" afirma “Una de las características más importantes de los sistemas complejos no lineales es que, en general, no se pueden analizar satisfactoriamente determinando previamente un conjunto de propiedades o aspectos que se estudien aparte y después combinando estas percepciones parciales con la intención de crear una imagen del todo” o como Philip W. Anderson “La complejidad es la ciencia de lo «emergente»” o también el premio Nobel de Química Ilya Prigogine en su muy recomendable obra "Order out of Chaos" que abordaré en otro momento con su atractiva idea de un “«orden emergente» en los sistemas alejados del equilibrio, en la frontera del caos”, una idea que también podemos encontrar en las conocidas redes de Kauffman, una aplicación genética de las de redes booleanas en honor al biólogo teórico Stuart Kauffman y su concepto de un orden emergente, auto-organizado que denomina «order for free» que también trataré más adelante.

Esta distinción también afecta al lenguaje. Así, en un nivel de análisis acústico [reduccionista] de los instrumentos musicales de una orquesta no tiene sentido hablar de la armonía [propiedad emergente] alcanzada en una sinfonía. Esto significa que las «propiedades emergentes» en un «nivel», no solamente “no existen” en el «nivel anterior», sino que además no tienen significado en el lenguaje adecuado para el «nivel anterior» (y anteriores hasta llegar a las partículas atómicas).

Es decir, dado que las «propiedades sistémicas» surgen del conjunto del sistema, y no de sus partes, si lo descomponemos [analizamos] perderemos sus propiedades. Si descomponemos los instrumentos musicales que reproducen la Novena Sinfonía no encontraremos nada que se le parezca, del mismo modo que no podemos encontrar el arco iris en la lluvia, como tampoco encontraremos la esencia del espíritu de equipo o de la solidaridad humana haciendo un completo análisis médico, anatómico o bioquímico de las personas involucradas.

Esto no significa que denigre del análisis, un método muy útil para resolver muchos problemas y para conocer las partes o subsistemas que componen un sistema mayor, sino que no es un método adecuado para comprender las «propiedades sistémicas» porque habitualmente en el proceso de reducción analítica se destruyen las propiedades del sistema. Como dice Peter Senge “Dividir un elefante por la mitad no genera dos elefantes pequeños” y de esto trata precisamente el Pensamiento Sistémico, de procurar métodos y herramientas para comprender los sistemas y sus «propiedades emergentes», de pensar los sistemas en términos de organización, conexiones y relaciones más que de análisis, partes y componentes.


Para saber más: Experimento de Miller-Urey

Página de Stanley Miller

Stanley Miller en Wikipedia

From Primordial Soup to the Prebiotic beach (original en inglés) y De la Sopa Primordial a la playa Prebiótica (traducido por Miguel Artime) (parte II) (parte III)

Nueva visita al experimento de Miller (Jeffrey L. Bada y Antonio Lazcano)

Filosofía de la Emergencia en Wikipedia

Murray Gell-Mann en Wikipedia

Philip W. Anderson en Wikipedia

More Is Different (artículo de Philip W. Anderson. Science, agosto 1972)

Ilya Prigogine en Wikipedia

Stuart Kauffman en Wikipedia

1 comentario:

mpiryko dijo...

El todo es mayor que la suma de las partes es un mito que debe de caer ¡ya! Parte de la hipótesis que la suma, la adición o simple yuxtaposición es lo mismo. Pero la suma es una operación compleja, que dota a los sumandos de una relación que no es ni sencilla ni simple, es toda una operación quirúrgica que asimilamos con una naturalidad pasmosa.
Como ejemplo, un sencillo espejo. Una persona interactúa con su imagen, en las tienda de moda o en el cuarto de baño. Un mundo volumen-la persona, física- en un mundo plano-la imagen-, con inversión de la simetría x(-1), iluminación, captación de estímulos y de cambios recursivos ... fin de la operación. ¡Ni si quiera había otro enfrente! Entonces,
persona + imagen x(-1)=persona ergo
¿imagenx(-1) = imagen = 0? Obviamente no.
Ana Botella, lo tenía claro con las peras y las manzanas.
¡Salud!
La de la izquierda es sin alcohol.
Una operación simple es un proceso que dota de complejidad inusitada, aunque los convenios y el lenguaje y el aprendizaje, lo to,a,os como natural.