Hiperciclos Catalíticos

axonometrica 0087 HIPERCICLOS CATALITICOS

Hiperciclos Catalíticos

En 1967, diez años antes de que lo hiciera Ilya Prigogine, Manfred Eigen gana el Premio Nobel de Química por sus investigaciones sobre las reacciones químicas rápidas, causadas por destrucción del equilibrio químico provocado por un rápido impulso energético.

A principios de los años 70 como director del Instituto Max Planck organiza una gran investigación para desarrollar una teoría sobre el origen bioquímico de la vida. En concreto el grupo de científicos liderado por Eigen examinaron el estado transitorio entre el caos molecular de una sopa prebiótica[1] y los sistemas macromoleculares simples. La hipótesis de Eigen se configura a partir de la idea de que en un hiperciclo, el sistema de almacenamiento de información para la vida, posiblemente ARN, produce un enzima, que cataliza la formación de otro sistema de información secuencial hasta que el producto del último ayuda a la formación del primer sistema de información.

Un hiperciclo puede servir para más de una función y entonces se denomina hiperciclo de grado enésimo. Un ejemplo de Eigen de un hiperciclo de grado dos[2] es aquel que vincula la síntesis de ácidos nucleicos y proteínas complejas, donde los ácidos actúan como portadores de información y las proteínas como catalizadoras. Para que un hiperciclo mantenga un sentido específico de rotación, debe haber no-equilibrio e intercambio de energía con el entorno. El ciclo de proceso interno se renueva a sí mismo continuamente y a partir de eso reproduce sus participantes. Como un todo, el ciclo actúa como un catalizador transformando productos iniciales en productos finales, o comida en basura. Los productos finales pueden, obviamente, ser reciclados como pasa en los ecosistemas y en la biosfera donde el intercambio neto con el espacio externo se refiere sólo a la importación de fotones ricos en energía y a la exportación de fotones deficientes de energía.

La definición de la idea de hiperciclo en palabras del propio Eigen se resume en tres puntos:

1.- Los hiperciclos son un principio de la autoorganización natural, permitiendo una integración y evolución coherente de un conjunto de entidades autorreplicantes acopladas de una manera funcional.

2.- Los hiperciclos son una nueva clase de redes de reacciones no-lineales con propiedades únicas.

3.- Los hiperciclos son capaces de originarse en la distribución mutante mediante la estabilización de los genes mutantes divergentes. Los hiperciclos, entonces, evolucionan en complejidad por un proceso análogo a la duplicación y especialización de genes”[3].

Para entender el marco de las investigaciones de Eigen y más tarde de Peter Schüster hay que entender el momento en que se investiga el origen de la vida, e imaginar un ambiente donde las rocas, antes de solidificarse, eran sistemas biológicos vivos basados en el hierro, el silicio y el carbono.

Estas formaciones rocosas primigenias se originaron, se desarrollaron y finalmente colonizaron los mares del planeta desde los primeros tiempos de la aparición de la vida.

Los estudios químicos de Eigen se centran en el momento en que por la acción de algún tipo de catalizador, el mar caótico de elementos químicos empieza a desarrollar un sistema de agregación que se replica automáticamente, de allí la idea de hiperciclo, y da lugar a compuestos más complejos, que en el extremo formalizan los primeros vestigios de vida primitiva simple. Más básicamente y escuetamente expuesto, la idea es que el origen de la vida es el producto de una reacción química.

De estas primeras investigaciones Manfred Eigen y Peter Schüster –este último entró de la mano de Eigen en el Instituto Max Planck y más tarde fue fundador y director del Instituto de Biotecnología Molecular en Jena, Alemania– desarrollan la teoría de las cuasiespecies que definen tratando matemáticamente los hiperciclos.

Estas cuasiespecies, a través de la selección natural entraron a formar parte de la evolución, tal como la entendemos en términos darwinianos. Una cuasiespecie se define[4] como una distribución dada de especies macromoleculares con secuencias de estas macromoléculas muy interrelacionadas. Esta distribución está dominada por una o varias copias degeneradas de una macromolécula inicial. Las condiciones externas refuerzan la selección de la distribución mejor adaptada.

Lo más importante del comportamiento darwiniano es el criterio de estabilidad interna de las cuasiespecies. Si este criterio es violado, la información almacenada en la secuencia nucleónica de la copia original de la macromolécula se desintegrará irreversiblemente, liderando un error catastrófico, una mutación. Como consecuencia, la selección y la evolución de las moléculas de ARN está limitada a la cantidad de información que puede ser almacenada en una unidad replicada.

El análisis de los datos experimentales relacionados con la replicación del ARN a diferentes niveles de organización revela que una cantidad suficiente de información para la construcción de un mecanismo de traducción, de los códigos de ARN, se puede obtener solamente por la integración de varias unidades replicantes diferentes o por varios ciclos reproductivos, mediante conexiones funcionales. De esta manera una integración funcional estable hace crecer el sistema a un nuevo nivel organizativo y por tanto alarga la capacidad de almacenar considerablemente del que es capaz este sistema. El hiperciclo, la idea de replicación, aparece realmente como una forma de organización.

Una de las consecuencias más importantes de los estudios de Eigen y Schüster es que la concepción darwiniana de evolución a través de la selección natural queda profundamente revisada y estructurada sobre una sólida base física aplicada sobre las macromoléculas autorreplicantes. La investigación llevada por ambos químicos introduce dos conceptos poderosos: por un lado la idea de secuencia espacial y por otro el concepto de cuasiespecie.

Ambos conceptos estructuran mediante ensayos y formulaciones matemáticas lo que podría llamarse como la lógica de la mutación, una transformación a nivel molecular que está en el origen de la vida y que actualmente se estudia en las mutaciones genéticas de virus, células tumorales, cromosómicas, etc.

De una forma u otra el relato en la formación de la vida a partir de los hiperciclos catalíticos se parece enormemente, en su esencia, al relato de la creación arquitectónica. La sopa prebiótica vendría a ser el mejunje de imágenes, experiencias y referencias que va atesorando un arquitecto a lo largo de su vida. El catalizador de todo eso para convertirse en un proyecto, es sin duda la expresión de un futurible en forma de encargo, concurso o investigación, y a partir de ahí, una vez la mecha de las ideas ha prendido, se produce una especie de movimiento cíclico sobre obsesiones y observaciones. Esta lógica cíclica va evolucionando en el tiempo mediante un simple sistema de repetición y agregación, formando una estructura conceptual, que previa infinidad de mutaciones, acabará siendo una idea de arquitectura.

Esta vorágine de movimientos cíclicos acelerados alrededor de una chispa en forma de frase, dibujo o fotografía de arquitectura, seguramente a los arquitectos, nos resulta muy cercano como modelo de comportamiento del proceso creativo. Es decir, el mito de la inspiración y el boceto feliz, debe ser enterrado de una vez para siempre.

Al menos en términos contemporáneos, el proceso creativo de la arquitectura se asemeja más a una lógica constructiva a múltiples voces, que a la iluminación divina provocada por el aliento de las musas.

Basta ya de imágenes falsas y pretensiones equívocas.

Mutar, conseguir hacer mutar una porción infinitesimalmente pequeña de la realidad, y convertirla, mediante un proceso acelerado y cíclico de datos y experiencias, en otra naturaleza, es en esencia, a lo que nos dedicamos los arquitectos.


[1] La sopa prebiótica o la sopa primitiva, es una idea que surgió a partir de las hipótesis de Oparin y Haldane. Esta frase ilustra la época en la que no existía oxígeno libre en la Tierra y en la que se habían formado compuestos como los aminoácidos, los azúcares, las bases nitrogenadas, etc. En este lejano periodo, estos compuestos químicos se disolvieron en el agua y de la interacción de sus diferentes moléculas aparecieron las primeras células.

Esta definición la da el científico mejicano Antonio Lazcano Araujo, director del ISSOL, Sociedad Internacional para el Estudio del Origen de la Vida, en la revista de divulgación científica de la UAB (Universitat Autonoma de Barcelona) UAB Divulga. La entrevista fue publicada en Abril del 2007.

Más información en: http://www.uab.es/servlet/Satellite?cid=1096481466295&pagename=UABDivulga%2FPage%2FTemplatePageHomeUABDivulga

[2] EIGEN, Manfred, “Molecular self-organization and the early stages of evolution”, Quarterly Reviews of Biophysics, núm. 4, 1971, p. 149.

[3] EIGEN, Manfred, The hypercicle: A principle of natural self-organization, Springer-Verlag, Berlín, 1979, p. V.

[4]Una definición de cuasiespecie más amplia se puede obtener del artículo publicado por EIGEN, Manfred, y SCHÜSTER, Peter, “A principle of natural self-organization”, Naturwissenschaften, Volume 64, núm.  11, noviembre, 1977, pp. 541-565.

Comments
3 Responses to “Hiperciclos Catalíticos”
  1. Me ha costado llegar a entender el objetivo del texto hasta que he llegado a la construcción de la relación con la arquitectura. Ha merecido la pena.
    Ahora bien, ¿qué pasaría si tuviéramos la capacidad de controlar el devenir de esos procesos?¿Qué pasaría si pudiéramos anticipar y evaluar de una forma sincrónica cada una de nuestras decisiones y acciones? Lo que manejamos los arquitectos en los procesos creativos no es materia sino decisiones, información, datos articulados… Desde esa aparentemente sutil distinción estoy convencido de que se abre un enorme potencial de trabajo que rompe la necesidad de desarrollar los proyectos en ciclos de acción y reacción para configurar una suerte de “escenarios” que contendrían la virtualidad de todos los proyectos posibles para una determinada “sopa”.

    • Gracias Miguel. Creo firmemente en que las teorías científicas que forman parte del cuerpo de conocimiento de las Ciencias de la Complejidad son un terreno muy fértil para orientar la arquitectura a los territorios de la indeterminación y las lógicas disipativas. En ello sigo investigando en estrecha relación con la re-conceptualización de la naturaleza como elemento central. En contra del llamativo título de Bruno Latour, “yo si que he sido moderno” y ahora toca ser hipermoderno…. :))

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  1. […] [3] Parte del comportamiento de estos ciclos se describen perfectamente en la Teoría de las Catástrofes de René Thom que expuse en https://axonometrica.wordpress.com/2014/02/17/teoria-de-las-catastrofes/ y en el concepto de Hiperciclo Catalítico de Manfred Eigen que describí en https://axonometrica.wordpress.com/2013/12/09/hiperciclos-cataliticos/ […]



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