¿Qué es la vida?

¿Qué es la vida? El aspecto físico de la célula viva es un libro de divulgación científica de 1944 escrito por el físico Erwin Schrödinger . El libro se basó en un ciclo de conferencias públicas impartidas por Schrödinger en febrero de 1943, bajo los auspicios del Instituto de Estudios Avanzados de Dublín , donde era director de Física Teórica, en el Trinity College de Dublín . Las conferencias atrajeron a una audiencia de aproximadamente 400 personas, a quienes se les advirtió que "el tema era complejo y que las conferencias no podían considerarse populares, aunque la deducción matemática, el arma más temida del físico, difícilmente se utilizaría". ^{[ 1 ]} La conferencia de Schrödinger se centró en una pregunta importante: "¿Cómo pueden la física y la química explicar los eventos en el espacio y el tiempo que tienen lugar dentro de los límites espaciales de un organismo vivo?" ^{[ 1 ]}

En el libro, Schrödinger introdujo la idea de un "sólido aperiódico" que contenía información genética en su configuración de enlaces químicos covalentes . En la década de 1940, esta idea estimuló el entusiasmo por descubrir la base química de la herencia genética . Aunque la existencia de alguna forma de información hereditaria se había hipotetizado desde 1869, su papel en la reproducción y su forma helicoidal aún se desconocían en el momento de la conferencia de Schrödinger. En 1953, James D. Watson y Francis Crick propusieron conjuntamente la estructura de doble hélice del ácido desoxirribonucleico (ADN) basándose, entre otras ideas teóricas, en experimentos de difracción de rayos X realizados por Rosalind Franklin . Ambos reconocieron que el libro de Schrödinger presentó una descripción teórica temprana de cómo funcionaría el almacenamiento de la información genética, y cada uno reconoció independientemente que el libro fue una fuente de inspiración para sus investigaciones iniciales. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

El libro, publicado en 1944, se basa en las conferencias impartidas bajo los auspicios del Instituto de Estudios Avanzados de Dublín en el Trinity College de Dublín en febrero de 1943, a las que asistieron Éamon de Valera y su gabinete . ^{[ 4 ]} En ese momento, aunque se sabía que el ADN era un componente de los núcleos celulares, aún no se había identificado con certeza como la base molecular de la herencia, y el concepto de una "molécula de la herencia" era estrictamente teórico, con varios candidatos. Una de las ramas más exitosas de la física en ese momento era la física estadística . El propio Schrödinger es uno de los padres fundadores de la mecánica cuántica , una teoría que postula un enfoque estadístico para comprender el mundo natural a escala subatómica.

La serie de tres conferencias públicas «¿Qué es la vida?» fue impartida por Schrödinger en el Trinity College de Dublín en febrero de 1943 bajo los auspicios del Instituto de Estudios Avanzados de Dublín (DIAS). En 1940, el Taoiseach (primer ministro) irlandés Éamon de Valera había invitado a Schrödinger a convertirse en el primer director de la Escuela de Física Teórica del DIAS. Schrödinger, físico austriaco que había compartido el Premio Nobel de Física en 1933 por su desarrollo de la mecánica ondulatoria, había abandonado la Alemania nazi y, tras estancias en Oxford, Graz y Gante, se estableció en Dublín, donde permaneció dieciséis años, el periodo más largo de su vida. Uno de los requisitos estatutarios del DIAS era organizar un ciclo anual de conferencias para el público general. Schrödinger ideó el ciclo de 1943 y lo impartió en el Trinity College de Dublín (TCD). ^{[ 5 ]}

Schrödinger impartió las tres conferencias en viernes consecutivos (5, 12 y 19) de febrero de 1943 en el Trinity College de Dublín (TCD) bajo el título colectivo de "¿Qué es la vida?". Las conferencias se celebraron en el Aula Magna de Física del edificio Fitzgerald del TCD. Según el propio Schrödinger, tal como consta en su libro "¿Qué es la vida?", la audiencia fue de aproximadamente 400 personas en cada conferencia. Dado que el Aula Magna de Física solo tenía capacidad para unas 150 personas, se cree que cada conferencia se repitió los lunes siguientes. Las conferencias tuvieron gran repercusión en The Irish Times e incluso aparecieron en la revista Time de Estados Unidos. De hecho, el 6 de febrero de 1943, The Irish Times publicó una fotografía de Schrödinger junto al Dr. Ernest Alton , rector del Trinity College, y el Taoiseach (primer ministro) Eamon de Valera, frente al edificio de Física del Trinity College antes de la conferencia.

El objetivo declarado de Schrödinger era abordar la pregunta: "¿Cómo pueden la física y la química explicar los eventos que ocurren en el espacio y el tiempo dentro de los límites espaciales de un organismo vivo?". Se reconoció de antemano que el tema era complejo y no apto para una conferencia de divulgación científica convencional. En sus conferencias, y posteriormente en el libro de 1944 basado en ellas, Schrödinger exploró cómo los conceptos físicos podrían subyacer a la estabilidad de las estructuras hereditarias, la mutación y la organización de las células vivas. Introdujo el concepto de "cristal aperiódico" para describir el material hereditario propuesto. También argumentó que los sistemas vivos son consistentes con las leyes de la termodinámica y compensan la reducción de entropía asociada a su crecimiento alimentándose de la "entropía negativa" de su entorno. Si bien el mecanismo molecular de la herencia en forma de ADN aún no se había descubierto en aquel entonces, en 1935, Nikolay Timofeev-Ressovsky , Karl Zimmer y Max Delbrück presentaron la primera evidencia experimental de una base molecular de los genes en el Instituto Kaiser Wilhelm de Química en Berlín. Schrödinger conocía a Delbrück de su época en Berlín y estaba profundamente intrigado por su trabajo. Sus especulaciones en Dublín atrajeron la atención sobre el trabajo experimental y contribuyeron a estimular nuevas investigaciones. ^{[ 6 ]}

El libro que surgió de sus conferencias ha sido ampliamente reconocido por haber influido en los jóvenes biólogos moleculares James D. Watson y Francis Crick, quienes reconocieron que su trabajo fue fundamental para su descubrimiento de la doble hélice del ADN en 1953. El Instituto de Estudios Avanzados de Dublín conserva una carta de 1953 de Crick a Schrödinger en la que señala que Watson y Crick habían sido influenciados por ¿Qué es la vida?.

Las conferencias pueden considerarse como “el acontecimiento más importante y emocionante que tuvo lugar en Trinity durante los seis oscuros años de la guerra”. ^{[ 7 ]} La revista Time informó que “Solo en la precaria paz de Irlanda podría Europa ofrecer hoy semejante espectáculo. El mes pasado, en el Trinity College de Dublín, se impidió la entrada a un público numeroso a una conferencia científica abarrotada. Ministros, diplomáticos, académicos y miembros de la alta sociedad aplaudieron efusivamente a un profesor de física de baja estatura, nacido en Viena. Erwin Schrödinger disertaba sobre el tema '¿Qué es la vida?'”. ^{[ 8 ]}

El Trinity College conmemora las conferencias de diversas maneras: la conferencia anual "¿Qué es la vida?" (inaugurada en 1995), que suele impartirse en el aula de Física, rinde homenaje a la serie de 1943; en 2018 se organizó la conferencia del 75.º aniversario "Schrödinger a los 75: El futuro de la biología". La biblioteca del Trinity College también organizó una exposición que celebraba los años de Schrödinger en Dublín y el impacto de sus conferencias.

El pensamiento de Max Delbrück sobre la base física de la vida fue una influencia importante en Schrödinger. ^{[ 9 ]} Sin embargo, mucho antes de la publicación de ¿Qué es la vida?, el genetista estadounidense Hermann J. Muller , quien más tarde ganaría un Premio Nobel en 1946, había expuesto en su artículo de 1922 "Variación debida al cambio en el gen individual" ^{[ 10 ]} todas las propiedades básicas de la "molécula de la herencia" (aún no se sabía que fuera ADN) que Schrödinger volvió a derivar en 1944 "a partir de primeros principios" en ¿ Qué es la vida? (incluida la "aperiodicidad" de la molécula), propiedades que Muller especificó y refinó adicionalmente en su artículo de 1929 "El gen como base de la vida" ^{[ 11 ]} y durante la década de 1930. ^{[ 12 ]} El propio Muller escribió en una carta de 1960 a un periodista sobre ¿Qué es la vida? Muller afirmó que cualquier acierto del libro sobre la "molécula hereditaria" ya se había publicado antes de 1944 y que las especulaciones de Schrödinger eran simplemente erróneas. Además, Muller mencionó a dos genetistas de renombre, entre ellos Delbrück, quienes conocían todas las publicaciones relevantes anteriores a 1944 y habían estado en contacto con Schrödinger antes de ese año. El ADN como molécula de la herencia cobró protagonismo solo después de los experimentos de transformación bacteriana de Oswald Avery , publicados en 1944; antes de esos experimentos, las proteínas se consideraban las candidatas más probables. El experimento de Hershey-Chase, realizado en 1952, confirmó que el ADN era la molécula en cuestión .

En el Capítulo I, Schrödinger explica que la mayoría de las leyes físicas a gran escala se deben al caos a pequeña escala. A este principio lo denomina «orden a partir del desorden». Como ejemplo, menciona la difusión , que puede modelarse como un proceso altamente ordenado, pero que, sin embargo, es causada por el movimiento aleatorio de átomos o moléculas. A medida que disminuye el número de átomos, el comportamiento de un sistema se vuelve cada vez más aleatorio. Afirma que la vida depende en gran medida del orden y que un físico ingenuo podría suponer que el código maestro de un organismo vivo debe consistir en un gran número de átomos.

En los capítulos II y III, resume lo que se sabía entonces sobre el mecanismo hereditario. Lo más importante es que profundiza en el papel que desempeñan las mutaciones en la evolución biológica . Concluye que el portador de la información hereditaria debe ser pequeño y permanente en el tiempo, lo que contradice la expectativa del físico ingenuo. Esta contradicción no puede resolverse mediante la física clásica .

En el capítulo IV, Schrödinger presenta las moléculas , que son estables incluso si constan de solo unos pocos átomos, como la solución. Si bien se sabía desde hacía tiempo que las moléculas existían, su estabilidad no podía explicarse mediante la física clásica debido a la naturaleza discreta de la mecánica cuántica. Además, las mutaciones están directamente relacionadas con los saltos cuánticos .

En el capítulo V, continúa explicando que los sólidos verdaderos , que también son permanentes, están compuestos de cristales altamente ordenados . La estabilidad de las moléculas y los cristales se debe a los mismos principios, y una molécula podría considerarse "el germen de un sólido". Por otro lado, un sólido amorfo , sin estructura cristalina, debe considerarse como un líquido de muy alta viscosidad . Schrödinger escribe que el material hereditario probablemente sea una molécula, que, a diferencia de un cristal, no se repite. A esto lo llama "cristal aperiódico". Su naturaleza aperiódica le permite codificar un número casi infinito de posibilidades con un número reducido de átomos. Finalmente, compara esta descripción con los hechos conocidos y la encuentra concordante con ellos.

En el capítulo VI, Schrödinger afirma:

...la materia viva, si bien no escapa a las "leyes de la física" establecidas hasta la fecha, probablemente involucre "otras leyes de la física" hasta ahora desconocidas, las cuales, sin embargo, una vez reveladas, formarán una parte tan integral de la ciencia como las anteriores.

Anticipa que esta afirmación se prestará a malentendidos e intenta aclararla. El principio fundamental del "orden a partir del desorden" es la segunda ley de la termodinámica , según la cual la entropía solo aumenta en un sistema cerrado (como el universo). Schrödinger explica que la materia viva evita la desintegración hacia el equilibrio termodinámico al mantener homeostáticamente una entropía negativa en un sistema abierto .

En el capítulo VII, sostiene que el principio de "orden a partir del orden" no es del todo nuevo en física; de hecho, es incluso más simple y plausible. Sin embargo, la naturaleza sigue el principio de "orden a partir del desorden", con excepciones como el movimiento predecible de los cuerpos celestes y el comportamiento de dispositivos mecánicos como los relojes. Incluso estos se ven influenciados por fuerzas térmicas y de fricción. El grado en que un sistema funciona mecánicamente o aleatoriamente depende de la temperatura. Si se calienta lo suficiente, un reloj se derrite y se convierte en un charco de moléculas que se mueven aleatoriamente. Por el contrario, si la temperatura se acerca al cero absoluto , cualquier sistema se comporta cada vez más mecánicamente. Algunos sistemas, como los relojes, se aproximan a este comportamiento mecánico incluso a temperatura ambiente.

Schrödinger concluye este capítulo y el libro con especulaciones filosóficas sobre el determinismo , el libre albedrío y el misterio de la conciencia humana . Intenta determinar si podemos llegar a la conclusión correcta y no contradictoria a partir de las siguientes dos premisas: (1) Mi cuerpo funciona como un mecanismo puro según las Leyes de la Naturaleza; y (2) Sin embargo, sé, por experiencia directa e irrefutable, que dirijo sus movimientos, cuyos efectos preveo, los cuales pueden ser trascendentales y de suma importancia, en cuyo caso los siento y asumo la plena responsabilidad. La única inferencia posible a partir de estos dos hechos es, creo, que yo —yo en el sentido más amplio de la palabra, es decir, toda mente consciente que haya dicho o sentido «yo»— soy la persona, si la hay, que controla el «movimiento de los átomos» según las Leyes de la Naturaleza. Schrödinger afirma entonces que esta idea no es nueva y que los Upanishads consideraban que esta idea de " ATMAN  = BRAHMAN " "representaba la quintaesencia de las más profundas comprensiones de los acontecimientos del mundo". Schrödinger rechaza la idea de que la fuente de la conciencia deba perecer con el cuerpo porque la encuentra "desagradable". También rechaza la idea de que existan múltiples almas inmortales que puedan existir sin el cuerpo porque cree que la conciencia, sin embargo, depende en gran medida del cuerpo. Schrödinger escribe que, para conciliar las dos premisas, 

"La única alternativa posible es simplemente atenerse a la experiencia inmediata de que la conciencia es un singular del cual se desconoce el plural; que solo hay una cosa y que lo que parece ser una pluralidad es simplemente una serie de diferentes aspectos de esta única cosa…:

Según él, cualquier intuición de que la conciencia es plural es una ilusión. Schrödinger simpatiza con el concepto hindú de Brahman , según el cual la conciencia de cada individuo es solo una manifestación de una conciencia unitaria que impregna el universo , lo cual se corresponde con el concepto hindú de Dios. Schrödinger concluye que «...'yo' soy la persona, si es que la hay, que controla el 'movimiento de los átomos' según las leyes de la naturaleza». Sin embargo, también matiza esta conclusión como «necesariamente subjetiva» en sus «implicaciones filosóficas». En el último párrafo, señala que lo que se entiende por «yo» no es la colección de eventos experimentados, sino «el lienzo sobre el que se recopilan». Si un hipnotizador logra borrar todos los recuerdos anteriores, escribe, no habría pérdida de la existencia personal: «Ni la habrá jamás». ^{[ 13 ]}

En un mundo regido por la segunda ley de la termodinámica , se espera que todos los sistemas aislados se aproximen a un estado de máximo desorden o entropía : un estado irreversible de equilibrio termodinámico , donde la energía libre ya no está disponible para realizar trabajo . Se ha argumentado que, dado que la vida se aproxima y mantiene un estado altamente ordenado, viola la segunda ley mencionada, lo que implica una paradoja. Sin embargo, dado que la biosfera no es un sistema aislado, no existe tal paradoja. El aumento del orden dentro de un organismo se compensa con creces con un aumento del desorden fuera de este organismo debido a la pérdida de calor en el ambiente. Mediante este mecanismo, se cumple la segunda ley y la vida mantiene un estado altamente ordenado, que sostiene al causar un aumento neto del desorden en el Universo. Para aumentar la complejidad en la Tierra —como lo hace la vida— se necesita energía libre, que en este caso es proporcionada por el Sol. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

¿Qué es la vida?, de Schrödinger (basado en sus conferencias de Dublín de 1943), contribuyó a impulsar la biología molecular al plantear la herencia como un problema físico y popularizar la idea de un «cristal aperiódico», anticipando así un código genético. Atrajo a físicos a la biología; Sarkar ^{[ 16 ]} destaca su influencia en fundadores como Watson, Crick, Benzer y Wilkins, aunque algunos afirmaron que se habrían dedicado a este campo de todos modos. Sin embargo, la posteridad criticó la biología anticuada de Schrödinger y sus especulaciones sobre «nuevas leyes» y «entropía negativa». Sarkar argumenta que estas críticas suelen ser injustas para su época, y que el legado perdurable del libro reside más en la inspiración conceptual que en la precisión técnica. La carta posterior de Crick a Schrödinger —que ahora se conserva en DIAS— refleja este doble legado: gratitud por la inspiración y confirmación de que el «cristal aperiódico» resultó acertado.

• Erwin Schrödinger (1944), ¿Qué es la vida? y otros ensayos científicos . Basado en las conferencias impartidas bajo los auspicios del Instituto de Estudios Avanzados de Dublín en el Trinity College de Dublín, en febrero de 1943. Doubleday (1956) e Internet Archive.

• Entropía y vida
• energía libre de Gibbs
• James D. Watson
• Filosofía de la biología
• Aspectos cuánticos de la vida

• Österr. Zentralbibliothek für Physik Scan del título y primera parte del contenido
• (en italiano) Revisión crítica interdisciplinaria de "¿Qué es la vida?" de Schrödinger.
• La influencia de Schrödinger en la biología