Ya hemos tratado
el tema de la Evolución Cósmica en una
entrada anterior, y te remitimos a ella para un conocimiento básico de las
ideas de Eric Chaisson, padre del concepto. En esencia, Chaisson sostiene que
la evolución darwiniana o biológica es una parte de una esquema evolucionista
mucho más amplio, en el espacio y el tiempo, que no se limita a los seres
vivos. No deberíamos ver de forma diferente la materia de la Tierra, de la de
nuestros propios cuerpos, o de la de las galaxias y estrellas. Chaisson busca
una ley unificadora que explique todos los procesos que crean orden y
complejidad y mantienen toda la estructura del Universo.
Pero queríamos
entrevistar a su autor e intentar exprimirle un poco más para que revelara sus
ideas más celosamente guardadas y creemos que ha resultado una entrevista muy
interesante. Se ve que Chaisson se dedica a la enseñanza y le interesa la
divulgación y la diffusion de las ideas, de forma que puedan estar al alcance
de todos. Nos ha tratado de una forma amable y cercana y creemos que a lo largo
de la entrevista aparecen cosas muy interesantes como sus ideas acerca del
origen de la vida, sus diferencias con Dorion Sagan y Eric Schneider, autores
que han abordado un campo de estudio similar al suyo, especialmente en la gran
importancia concedida a la segunda ley de la Termodinámica para entender la
vida, o sus opiniones acerca de los trabajos de otros autores como Lee Smolin o
Richard Lenski. Te recordamos que si quieres saber más de la evolución cósmica
lo mejor es dirigirte a la
completa web que el propio Eric Chaisson mantiene sobre este tema.
En inglés:
1- Darwin writes in a letter to George Wallich in
1882: “I believe that I have somewhere said (but cannot find the passage) that
the principle of continuity renders it probable that the principle of life will
hereafter be shown to be a part, or consequence of some general law; but this
is only conjecture and not science”. Do you think that this general law could
be the second law of thermodynamics?
I doubt that life per se has any general
laws as in physics. Yet, there may well
be general principles that apply to all complex systems, of which life is one
such case, albeit an important one. Large
amounts of empirical data strongly imply that life is part of a continuum of
complex systems throughout the Universe, and that all these systems—inanimate
or animate, big bang to humankind—obey physical principles that are likely
governed, at least partly, by thermodynamics.
However, all such complex systems are subject to chance and necessity,
so those hypothesized, deeper principles are not deterministic. That’s why many of us claim that
thermodynamics tells us not what will occur, only what can occur. Evolution itself—on all scales and for all
systems, alive or not—seems unceasing, uncaring, and unpredictable. So, for cosmic evolution that I have explored
in my research, I have championed the role of energy flow as a central
organizing principle for galaxies, stars, planets, life, and society—meaning
that if the origin and evolution of life are guided by some principle, then it
does so as an integral part of a larger principle that applies to the growth of
complexity among all structured and functioning systems that fundamentally obey
the 2nd law of thermodynamics.
2- According to thermodynamics life should be very
common in the Universe but , for the time being, is not. John Gribbin says in
his book Alone in the Universe: Why our
planet is unique that The Earth is a very special planet. Do yo agree with
him? Could life be a very rare event?
I have always thought that intelligent
life is probably very rare in the Universe—but that simpler life forms are
likely more prevalent. Thermodynamics
itself does not imply that complex systems need to be common in Nature. Only if the environmental conditions are
right and especially if the energy flows through systems are optimal, will life
likely emerge, flourish, and perhaps advance enough to become intelligent. The origin of life on Earth does seem to have
been a relatively easy event, coming forth soon after rocks had cooled enough
for life as we know it to form; by contrast, intelligent life seems to have
been a harder step forward, taking several billion years before single cells
began clumping into the rudiments of a central nervous system. So, while I do not necessarily regard Earth
as a rare planet (more will be discovered among the exoplanets), I do hold that
the rise of intelligence on any planet is probably a rare event—and thus, it is
not surprising that we have not made contact with extraterrestrial intelligence
after about 50 years of searching.
3- What do you think of the cosmological natural
selection hypothesis of Lee Smolin?
Many exciting ideas stem from the concept
of multiple universes; string theory, 11 dimensions, supersymmetry, eternally
expanding multiverses, etc.
Unfortunately, there is no—as in zero—evidence for any of these
things. As a student of physics decades
ago, I was trained to embrace the need for ideas to be tested—or at least be
testable in principle. Still today, I
very much regard experimental or observational tests to be of paramount
importance, which is why I describe myself as an empirical materialist. So, while cosmological natural selection is a
novel, erudite idea—that black holes deep within spawn new universes that
create and remold themselves continually—I cannot judge its validity more than
anyone else. Astronomical reality
eventually does intervene to distinguish science from science fiction. In the meantime, with 10500
universes proposed, how can we tell? My
head is spinning!
4- If organized systems of any kind try to optimize
the flux of energy passing through them, do you think that living organisms
compete for energy and that the survival of the fittest means survival of the
most effective at using the available energy? Surely you are familiar with the Richard Lenski´s long-term experiment. The
investigators monitored the bacteria’s fitness by measuring how fast they
could multiply relative to their ancestors. Over the whole experiment to date,
fitness has improved by an average of 70%, meaning the most recent descendants
undergo 1.7 doublings in the time it took the original microbes to double once
¿Do you think this is an example of better use of the available energy?
These observations are fascinating, as are
so many others of my biology colleagues.
Of course, what is most exciting is that this new work aims to probe
natural selection experimentally. And,
although I am not surprised by Lenski’s findings, I would very much like to
know how much energy is fluxing through these E. coli bacteria, and whether that energy has, even a little,
increased as these microbes have evolved generationally. Unfortunately, evolutionary biologists don’t
often measure energy in their subjects, if ever; it seems like an alien concept
to most of them. I do suspect from my
quantitative studies of complex systems that organisms able to utilize optimal
rates of energy density will survive, and those that don’t won’t. However, there is not likely anything
goal-directed about such selection; organisms do not likely strive to optimize
their energy intake; as they become more complex, if moderately increased
energy is available they grab it and benefit from it, otherwise they
perish. I do wonder about the real-world
relevance of these laboratory experiments given that the microbes, which energetically
differ markedly in their active, normal, and dormant states, are well nourished
under non-natural, in vitro conditions. E. coli
are known to replicate every 22 minutes at peak activity in ideal lab cultures,
and if fed continuously would produce in a single day a progeny of ~1028
g, which is roughly the mass of the entire planet Earth! That obviously doesn’t happen in the wild, in vivo, not even close. Accurate measurements of microbes’ normal
energy flux are needed, and any observed changes in those rates with evolution (expected
to be minute in absolute terms and diminishing with each generation) will be
both very difficult and very welcome.
5- Into the Cool by Dorion Sagan and Eric Schneider
has some similarities with your book Cosmic Evolution (you said it first, in
2001), specially in the importance of thermodynamics. Which is the difference
between your program and theirs? Do you agree with them that life has a
purpose, and that this purpose is to reduce gradients of energy?
These authors (Gaian theoretician and professional
journalist) argue that living systems purposefully act to degrade existing
gradients in exergy at the maximal rate possible, popularizing their work on
their personal blog with the teleomatic goal of “nature abhors a
gradient.” I regard that as basically another
way of stating (minus their design innuendo) the 2nd law of
thermodynamics, whereby life forms tend to equalize properties and contribute
to rising entropy in their surrounding environments—but I take issue with their
theoretical claims of “purpose,” “exergy,” “maximal,” and “teleology,” although
we surely both view Nature through the lens of non-equilibrium
thermodynamics. When I privately challenged
one of the authors that their thesis is not entirely science based, he became
angry, and when I asked why (as implied by the question above) he wrote an
entire book embracing energy flows and life-form thermodynamics yet failed to
cite any of my prior published research that has also stressed these same
subjects, he became very angry. Such is
the subjective side of science, I guess.
My empirically based hypothesis, which goes well beyond life forms and
does not assert any purpose or design whatsoever, holds that all complex
systems capable of utilizing optimum amounts of energy tend to survive, and
those that cannot are non-randomly eliminated.
Life forms, instead of having a “purpose” to reduce gradients actually
flourish when optimal energy flows permit them to maintain robust gradients
within their organized selves at the expense of disorganized environments. Life without gradients and energy would be
dead; with them, life, much like all complex systems, is a temporary island of
order within an increasingly disordered Universe. More can be found here: https://www.cfa.harvard.edu/~ejchaisson/cosmic_evolution/docs/splash.html
6- How do you see the chicken and egg question of
metabolism and replication in the origin of life? Which one comes first?
For any complex system, alive or not, I envision
energy flow preceding the growth of complexity.
So for life, which is just one type of complex system, albeit that which
contains a greater degree of complexity and often replicates, I suggest that
metabolism likely preceded replication in the origin of life. Energy is the cause; complexity, including
replication, the result. Even today, all
life forms, without exception, display metabolic properties, although not all
life forms replicate (while some non-life forms do). That is why the idiosyncratic definition of
life as we know it that I have developed and refined during my career does not
even use the word “replication,” yet does stress metabolism, to wit: Life is an open, coherent spacetime
structure kept far from thermodynamic equilibrium by a flow of energy through
it—a carbon-based system, operating in a water-based medium, with higher forms
metabolizing oxygen. Some of my
biology friends are inclined to criticize such a long-winded definition, but I
like to remind them that at least I have one, unlike many of them who seem to
be content to define life with the quip “I know it when I see it”—which, alas,
is the U.S. Supreme Court’s definition of pornography.
7 - Which is the most astonishing thing (fact, idea,
study, person, book…) that you have ever found, the one that changed your mind
about life and the Universe?
The book that most impressed me as
undergraduate student was Lincoln Barnett’s The
Universe and Dr. Einstein, which opened my eyes to the much larger domain
of the Universe beyond physics laboratories on Earth. The person who perhaps influenced me most in
my early career was Carl Sagan (my faculty predecessor at the Harvard
Observatory where I now teach), who urged me to teach and research broadly,
although he also warned me that much of the scientific community would not well
tolerate such “specializing in generalizing.”
The most astonishing advance that I’ve had the pleasure to make thus far
is to begin quantifying the huge, interdisciplinary scenario of cosmic
evolution—attempting to treat all complex systems, including galaxies, stars,
planets, life, and society, in the same, uniform, consistent manner, as though
there is beneath all the messiness of the Universe a simple, underlying
Platonic action that naturally creates, organizes, and maintains the form and
function of complex systems everywhere.
8- What are you working on now? What mystery would
you like to unravel?
Now at the peak of my career, I have all
the necessary funding and administrative infrastructure needed to pursue the
study of cosmic evolution on a regular basis.
Previously, I’ve never had that luxury of time; teaching duties,
directing centers, and main-stream interstellar research have been fruitful and
productive, but they always deterred me from addressing what I really want to
do—concentrated research into the quantitative aspects of cosmic evolution writ
large. Frankly, I want to know, from a
scientific viewpoint, who I am and where I really came from. I aim to explore and appreciate everything in
Nature that I see out my window—and if I can do so in quantitative terms backed
by empirical tests, then I contend that will be a worthy contribution to human knowledge.
En castellano:
1-Darwin escribe en una carta a George Wallich in
1882: “Creo que he dicho en algún sitio (pero no puedo encontrar el pasaje) que
el principio de continuidad hace possible que algún día se demuestre que el
principio de vida es parte, o consecuencia, de alguna ley general; pero esto es
solo conjetura y no ciencia”. ¿Cree que esta ley general podría ser la segunda
ley de la Termodinámica?
Yo dudo de que la
vida per se tenga leyes generales como en Física. Pero podría haber principios
generales aplicables a todos los sistemas complejos, de los cuales la vida es
solo un caso, aunque uno muy importante.Gran cantidad de datos implican que la
vida forma parte de un continuo de sistemas complejos a lo largo del Universo,
y que todos estos sistemas –animados e inanimados, del Big Bang al ser humano-
obedecen principios físicos que son gobernados, al menos en parte, por la
Termodinámica. Sin embargo, todos esos sistemas complejos están expuestos al
azar y a la necesidad, por lo que esos principios profundos hipotéticos no son
deterministas. Es por esto que muchos de nosotros afirmamos que la
Termodinámica no nos dice lo que ocurrirá, sino solo lo que puede ocurrir. La
Evolución misma –a todas las escalas y para todos los sitemas, vivos o no-
parece interminable, despreocupada e impredecible. Por lo tanto, para la
evolución cósmica, que yo he explorado en mi investigación, he defendido el
papel del flujo de energía como un principio central organizador para las
galaxias, estrellas, planetas, vida y sociedad, significando que si el origen y
evolución de la vida está guiado por algún principio, entonces lo está como
parte de un principio más grande que se aplica al crecimiento de la complejidad
entre todos los sistemas funcionales y estructurados que fundamentalmente
obedecen la segunda ley de la Termodinámica.
2- Según la Termodinámica, la vida debería ser muy
frecuente en el Universo, pero, por lo que sabemos hasta ahora, no lo es. John
Gribbin dice en su libro Alone in the
Universe: Why our planet is unique que la Tierra es un planeta muy especial.
¿Está usted de acuerdo con él? ¿Podría ser la vida un suceso raro?
Yo he pensado siempre que la vida
inteligente es probablemente muy rara en el Universo, pero que formas de vida
más simples son probablemente más prevalentes. La Termodinámica por sí no
implica que los sistemas complejos necesitan ser muy comunes en la Naturaleza.
Solo si las condiciones ambientales son las adecuadas, y especialmente si el
flujo de energía a través de los sistemas es óptimo, aparecerá y florecerá
probablemente la vida, y quizás avanzará lo bastante para convertirse en
inteligente. El origen de la vida en la Tierra parece haber sido un suceso
relativamente fácil, apareciendo al de poco de enfriarse lo suficiente las
rocas para que la vida como la conocemos se formara; por contra, la vida
inteligente parece haber sido un paso adelante más difícil, que llevó miles de
millones de años antes de que células sencillas empezaran a agruparse en los
rudimentos de un sistema nervioso. Por lo tanto, aunque no contemplo la Tierra
como un planeta raro (se descubrirán más cosas en los exoplanetas) , sí creo
que la emergencia de vida inteligente en cualquier planeta sí es probablemente
un evento raro, y ,por ello, no es sorprendente que no hayamos contactado con
inteligencias extraterrestres después de 50 años de búsqueda.
3- ¿Qué piensa de la hipótesis de la selección
natural cosmológica de Lee Smolin?
Muchas excitantes ideas surgen del
concepto de universos multiples; teoría de cuerdas, 11 dimensiones,
supersimetrías, universos que se expanden eternamente, etc. Desgraciadamente,
no hay evidencia de ninguna de todas
estas cosas. Como estudiante de Física hace décadas, fui entrenado en la
necesidad de comprobar las ideas, o por lo menos, de que fueran comprobables en
principio. Hoy en día, considero de fundamental importancia las pruebas
experimentales y observacionales, y es por eso que me describo a mí mismo como
un materialista empírico. Por eso, aunque la selección natural cosmológica es
una idea nueva y erudita – que dentro de los agujeros negros se incuban nuevos
universos que se crean y se remodelan a sí mismos continuamente- no puedo
juzgar su validez más que otra persona cualquiera. La realidad astronómica
intervendrá en algún momento para distinguir la ciencia de la ciencia-ficción.
Mientras tanto, con 10500 universos propuestos, ¿cómo podemos
saberlo? ¡Mi cabeza da vueltas!
4- Si los sistemas organizados de cualquier tipo
tartan de optimizar el flujo de energía que pasa a través de ellos, ¿cree que
los organismos vivos compiten por la energía y que la supervivencia del más
adaptado significa la supervivencia del más eficaz en usar la energía
disponible? Seguramente conoce el largo experimento de Richard Lenski, ( Richard
Lenski´s long-term experiment. ). Los investigadores monitorizaron la
capacidad adaptativa de las bacterias midiendo lo rápido que se podían
multiplicar en comparación con sus ancestros. A lo largo de todo el experimento
hasta la fecha, la capacidad adaptativa ha mejorado en un 70%, es decir, que
las bacterias más recientes doblan la población 1,7 veces en el tiempo en que
sus ancestros la doblaban una vez. ¿Cree que esto es un ejemplo de un mejor uso
de la energía disponible?
Estas
observaciones son fascinantes, así como muchas otras de mis colegas biólogos.
Por supuesto, lo que es más excitante es que este nuevo trabajo tiene como
objeto probar la selección natural experimentalmente. Y, aunque no me
sorprenden los resultados de Lenski, me gustaría saber cuánta energía fluye a
través de estas bacterias E. Coli, y si esa energía ha aumentado, aunque sea un
poco, a medida que los microbios han evolucionado generacionalmente.
Desgraciadamente, los biólogos evolucionistas no ofrecen medidas de energía en sus
experimentos, casi nunca; parece un concepto extraño para la mayoría de ellos.
Sospecho por mis estudios cuantitativos de sistemas complejos, que los
organismos capaces de utilizar tasas óptimas de densidad de energía
sobrevivirán, y los que no sean capaces, no. Sin embargo, no existe
probablemente nada orientado a un fin en esta selección; los organismos no
luchan por optimizar la entrada de energía; a medida que se hacen más
complejos, si una energía moderadamente mayor está disponible la tomarán y se
beneficiarán de ella, de otra manera perecerán. Me pregunto acerca de la
relevancia para el mundo real de estos experimentos dado que los microbios, que
energéticamente difieren marcadamente en sus estados activo, normal y
durmiente, están bien alimentados bajo las condiciones no naturales, in vitro. Sabemos que E. Coli se replica cada
22 minutos en actividad punta en condiciones ideales de laboratorio, y que si
se le alimentara continuamente produciría en un solo día una descendencia de ~1028
g, que es aproximadamente la masa ¡del planeta Tierra entero! Esto obviamente
no pasa en la naturaleza, in vivo, ni de lejos. Se necesitan medidas exactas
del flujo de energía normal de los microbios, y de los cambios observados en él
con la evolución ( esperándose que sean mínimos en terminos absolutos y
decrecientes con cada generación) y ambas cosas seran muy difíciles y muy bien
recibidas.
5- Into the Cool de Dorion Sagan and Eric Schneider tiene
muchas semejanzas con su libro Cosmic Evolution (aunque su obra es anterior, de
2001), especialmente en la importancia de la Termodinámica. ¿Cuál es la
diferencia entre su programa y el de ellos? ¿Está de acuerdo con ellos en que
la vida tiene un propósito, y que ese propósito es reducir gradientes de
energía?
Estos autores (un
teórico de Gaia y un periodista profesional) argumentan que los sistemas vivos
actúan deliberadamente para reducir gradientes existentes de exergía a la mayor
tasa possible, popularizando su trabajo en su blog personal con el objetivo
teleomático de “la naturaleza aborrece los gradientes”. Considero esto como
básicamente otra manera de afirmar (menos su diseñado innuendo) la segunda ley
de la Termodinámica, donde las formas de vida tienden a igualar propiedades y
contribuyen a la creciente entropía en su entornos, pero tengo problemas con su
afirmación teórica de “propósito” “exergía” “maxima” y “teleología”, aunque
seguramente vemos todos la Narualeza a través de las lentes de la Termodinámica
del no- equilibrio. Cuando a nivel privado objeté a uno de los autores que su
tesis no está basada completamente en la ciencia, se enfadó, y cuando le
pregunté por qué ( según lo implicado por la pregunta más arriba) escribió un
libro entero abrazando los flujos de energía y la termodinámica de las formas
de vida, aunque evitó citar ninguna de mis publicaciones de investigación
previas que han enfatizado los mismos tópicos, se enfadó mucho. Supongo que
este es el lado subjetivo de la ciencia. Mi hipótesis empiricamente sustentada,
que va más allá de las formas de vida y no afirma ningún propósito o diseño de
ningún tipo, mantiene que todos los sistemas complejos capaces de utilizar
cantidades óptimas de energía tienden a sobrevivir, y los que no, son
eliminados de forma no aleatoria. Las formas de vida, en lugar de tener un
“propósito” de reducer gradientes, en realidad florecen cuando flujos óptimos
de energía les permiten mantener robustos gradientes dentro de sus yos
organizados a expensas de los entornos desorganizados. La vida sin gradientes y
energía estaría muerta; con ellos, la vida, como todos los sistemas complejos,
es una isla temporal de orden dentro de un cada vez más desordenado Universo.
Puede encontrarse más sobre esto aquí:
6- ¿Cómo ve usted el problema del huevo y la gallina
del metabolismo y la replicación en el tema del origen de la vida? ¿Qué es lo
primero?
Para cualquier
sistema complejo, vivo o no, yo veo el flujo de energía precediendo el
crecimiento de la complejidad. Por lo tanto, para la vida, que no es más que
otro sistema complejo, aunque sea uno que contiene un grado alto de complejidad
y a menudo se replica, yo sugiero que el metabolismo probablemente precedió a
la replicación en el origen de la vida. La energía es la causa; la complejidad,
incluída la replicación, es el resultado. Incluso hoy, todas las formas de
vida, sin excepción, muestran propiedades metabólicas, aunque no todas las formas
de vida se replican (mientras que algunas formas no vivas sí lo hacen). Es por
esto que la ideosincrática definición de la vida tal como la conocemos que
yo he desarrollado y refinado a lo largo
de mi carrera no utiliza la palabra “replicación”, sino que enfatiza el
metabolismo: La vida es una estructura
espaciotemporal coherente y abierta mantenida lejos del equillibrio
termodinámico por un flujo de energía a través de ella –un sistema basado en el
carbono, que opera en un medio basado en agua, con las formas más elevadas
metabolizando oxígeno. Algunos de mis amigos biólogos critican una definición tan larga, pero yo
les recuerdo que yo por lo menos tengo una definición, al contrario que muchos
de ellos que parecen contentarse con definir la vida con la broma: “la
reconozco cuando la veo” que es la definición de la Corte Suprema de USA de la
pornografía.
7 - ¿Cuál es la cosa más sorprendente (hecho, idea,
estudio, persona, libro…) que se ha encontrado nunca, algo que haya cambiado su
forma de pensar acerca de la vida y el Universo?
El libro que más me impresionó como
estudiante de carrera fue el de Lincoln Barnett, The Universe and Dr. Einstein, que me abrió los ojos a un campo más
grande que el de los laboratorios de Física de la Tierra. La persona que
probablemente ha tenido más influencia en mi carrera ha sido Carl Sagan (mi predecesor
en la Universidad, en el Observatorio de Harvard donde ahora enseño) que me
animó a investigar y a enseñar, aunque también me advirtió de que la comunidad
científica no toleraría ese “especializarse en generalizar”. El más
sorprendente avance que he tenido el placer de hacer es empezar a cuantificar
el enorme e interdisciplinar escenario de la evolución cósmica –intentando tratar
todos los sistemas complejos, incluyendo galaxias, estrellas, planetas, vida y
sociedad, de la misma uniforme y consistente manera, como si existiera debajo
de toda esta confusion del Universo, una subyacente acción simple y platónica
que naturalmente crea, organiza y mantiene la forma y la función de los sistemas
complejos en todas partes.
8- ¿En qué está trabajando ahora? ¿Qué misterio le
gustaría desvelar?
Ahora en la cima
de mi carrera, tengo los fondos necesarios y la infraestructura adminstrativa
para perseguir el estudio de la evolución cósmica de forma regular.
Previamente, no he dispuesto de ese lujo de tiempo; obligaciones de enseñanza,
dirección de centros, e investigación interestelar tradicional han sido
fructíferas y productivas, pero me han impedido dedicarme a lo que
verdaderamente quería hacer: investigación centrada en los aspectos
cuantitativos de la evolución cósmica en general. Francamente, quiero saber,
desde un punto de vista científico, quién soy y de dónde vengo. Quiero explorar
y valorar todo lo que hay en la Naturaleza fuera de mi ventana, y si puedo,
hacer eso de forma cuantitativa, respaldado por pruebas empíricas, lo que creo
que sería una valiosa contribución al conocimiento humano.
@pitiklinov
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