Livro CI 2008

Termodinâmica e Complexidade em Sistemas Biológicos
cessou nossa capacidade de realizar trabalho. Assim, podemos encarar a entropia de um
sistema como uma medida de sua capacidade de realizar trabalho.
Munidos desses novos conceitos podemos ver que evolução temporal em física, está
ligada à aproximação do equilíbrio térmico, ou seja, a incapacidade de realizar trabalho e,
portanto, a eliminação de não-uniformidades nas variáveis macroscópicas que caracterizam
o sistema. Porém, biologicamente falando, evolução está associada a aumento de
complexidade, organização e especialização. Nas últimas décadas tem-se recorridos às
teorias de auto-organização para explicar a dinâmica dos sistemas complexos. Essas
teorias mostram que para um dado valor crítico de um parâmetro de ordem, valor esse que
pode ser atingido devido às flutuações aleatórias internas ao sistema, amplificam-se
interações entre partes que disparam um processo auto-organizante. Ou seja, o sistema
será auto-organizante se for capaz de adquirir espontaneamente uma estrutura de natureza
funcional, temporal e/ou espacial, demonstrada pelo surgimento de uma coerência de longo
alcance entre as variáveis do sistema. Um exemplo de estruturas auto-organizantes são
micelas, como a camada bi-lipídica da membrana celular e os lipossomos. Existem, então,
sistemas capazes de operar de forma a não evoluírem da maneira como prevê a
termodinâmica clássica, são sistemas regidos pela termodinâmica fora de equilíbrio, um
ramo da ciência bastante desenvolvido por Ilya Prigogine. O fato é que as leis da
termodinâmica garantem que a entropia total do universo está sempre aumentando e,
portanto, utilizando todo o universo como o nosso sistema o mesmo tende a tornar-se
homogêneo. Como então explicar a existência dessas “ilhas de ordem”? Um sistema só
pode diminuir ou manter estável sua entropia às custas de aumentar a entropia do meio
externo. Só conseguimos nos manter vivos graças a degradação dos alimentos que
ingerimos, ou seja, nossa organização em detrimento do aumento de entropia do pé de
alface, do boi, do refrigerante, que agora não passam de um aglomerado de moléculas.
Conclusões:
Apesar de superficial, essa pequena introdução ao mundo dos sistemas complexos
mostrou a enorme aplicabilidade dessa teoria para o estudo dos sistemas biológicos que
são, na sua maioria absoluta, sistemas regidos por dinâmicas não lineares. Durante a
evolução temporal desses sistemas podemos passar por dinâmicas caóticas, sincronização,
“edge of chaos”, ou seja, estudar esses sistemas com as técnicas aplicadas a sistemas
lineares e, muitas vezes admitindo-os no equilíbrio (ou muito próximos deles) pode nos levar
a conclusões nebulosas sobre o seu funcionamento. Cada vez mais estamos observando
que a biologia não pode mais evoluir sem unir forças com outros ramos do conhecimento
como matemática, física e engenharia o que pode, no futuro, culminar em teorias gerais da
biologia.
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