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La ecología ¿es compatible con la termodinámica?

MÁS INFORMACIÓN Temas: Teoría ecológica

Ecotropía (Barcelona). La literatura de trabajos de ecología está llena de artículos que presentan observaciones en ecosistemas en los cuales las relaciones entre las variables se analizan estadísticamente. Muchas veces estos trabajos se limitan a comunicar estas relaciones pero no pretenden relacionarlas con una teoría general. Hay una corriente de pensamiento entre los expertos según la cual la ecología ha progresado demasiado lentamente porque cada relación entre un organismo o un grupo de organismos y el entorno es una situación única y no replicable. Esta puede ser la razón por la que es difícil establecer comportamientos generales y formular teorías generales a partir de primeros principios que los englobe.

En un artículo publicado en la revista Ecological complexity (Sven E. Jörgensen y Brian Fath, «Application of thermodynamic principles in ecology», Ecological Complexity 2004, 1: 267-280) se hace una revisión sobre cómo los principios de la termodinámica pueden contribuir a aportar un esquema teórico potente para el análisis de los procesos que se dan en ecología. El artículo presenta los fundamentos de la teoría de la complejidad ecológica a partir de ocho principios observacionales agrupados en tres categorías: tres principios se aplican al contexto ambiental, tres al contexto que tiene en cuenta las partes de los ecosistemas y un tercer apartado, en el cual se presentan dos principios, se refiere a los procesos de los ecosistemas.

Los siete primeros principios que se presentan aplican los principios termodinámicos básicos a los ecosistemas. Estos principios de refieren a la conservación de la energía y al crecimiento de la entropía. La organización jerárquica y el hecho de que los ecosistemas son sistemas abiertos son los principios fundamentales de los sistemas ecológicos. Durante las dos últimas décadas del siglo XX ha habido un intento de comprender plenamente los sistemas vivos como sistemas complejos, abiertos, jerárquicos y granulares desde la perspectiva de la termodinámica. De los ocho principios que se presentan en el trabajo de Jörgensen y Fath, el más polémico y al que los autores dedican más espacio es al último, el octavo.

El séptimo principio mantiene que todos los procesos que se dan en un ecosistema son irreversibles, para algunos una obviedad, pero que da pie a la formulación del octavo y último principio. La irreversibilidad de las transformaciones se sustenta en la base de que todos los ecosistemas necesitan energía para mantener los procesos que sustentan la vida y eliminan energía enviándola hacia el entorno en forma de calor. Los procesos biológicos, de este modo, usan energía «de calidad», es decir, de entropía baja, para mantenerse fuera del equilibrio termodinámico, y mantienen un estado de entropía baja con respecto al entorno ambiental. Los ecosistemas crecen, aumentan su biomasa, incrementan su estructura, aumentan los ciclos y las relaciones entre las diferentes partes del mismo, y la información almacenada dentro del sistema crece. En cualquiera de las tres formas de estructuración y de crecimiento, el sistema se aleja del equilibrio termodinámico. El octavo principio mantiene que, de entre todas las formas que hay para mantenerse fuera del equilibrio, los ecosistemas adoptan aquellas que suponen un aumento de la exergía, la energía libre termodinámica almacenada en el sistema, y del flujo de energía por unidad de tiempo, la potencia. Este principio tiene un corolario según el cual, un ecosistema que recibe radiación solar se situará en un estado estacionario tal que el almacenamiento de exergía sea máximo y el estado alcanzado sea el más alejado del equilibrio.

Una cuestión que se plantea y que se debate en el artículo es si los ocho principios son suficientes para explicar las observaciones ecológicas, de forma directa o indirecta o mediante reglas que deriven de ellos. En cualquier caso es un artículo muy interesante, recomendable para aquellas personas interesadas en la teoría básica de los ecosistemas y en la termodinámica de los sistemas alejados del equilibrio, para la cual los sistemas vivos son una buena plataforma de reflexión y experimentación.