Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas

Astrónomo del DAS propone corrección a la ley del "fuego de la vida"

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Andrés Escala, académico y director del Departamento de Astronomía de la FCFM.

Andrés Escala, académico y director del Departamento de Astronomía de la FCFM.

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Estudio en revista científica Theoretical Ecology

El descubrimiento que podría remecer las bases de la biología apareció hoy en la revista científica Theoretical Ecology.

No fue un ecólogo, no fue un químico, no fue un biólogo… fue un astrofísico, experto en simulaciones de choques de agujeros negros y fusiones de galaxias, quien lo logró: “fueron dos años de investigación y uno de lucha para que me lo publicasen, pero valió la pena”, así lo afirma el académico y director del Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, Andrés Escala.

Escala se inspiró en el estudio de los planetas y del universo descrito por Newton para poder crear una ley universal para todos los organismos sobre la faz de la Tierra”, afirma Bruno Grossi, Doctor en Ecología y Biología Evolutiva de la Universidad de Chile, quien tuvo acceso a la investigación.

Una mala formulación matemática

“Una ley es algo que la naturaleza hace sistemáticamente, sin excepciones por lo menos, así lo entienden las matemáticas y la física. Existen otras ciencias comúnmente llamadas ciencias inexactas, donde las leyes tienen una o muchas excepciones”, explica Escala, quien es también Doctor en Astrofísica de la Universidad Yale.

Para entender el trabajo del académico del DAS es necesario remontarse al año 1932, cuando el químico y biólogo suizo Max Kleiber logró algo inédito para la época: la predicción del gasto energético basal de algunas especies. “El metabolismo basal es el gasto energético mínimo que requieren los organismos para mantenerse vivos, y esto se mide en watts”, afirma Grossi.

Para lograr lo anterior, Kleiber experimentó con diferentes especies de animales que introdujo en cámaras donde midió su respiración y donde llegó a una conclusión fundamental: el metabolismo de un animal -su respiración, circulación sanguínea y digestión, entre otros procesos- se podía predecir calculando su peso corporal elevado a la 0,75 potencia, a esto se le conoció como la Ley de Kleiber.

En el año 1961 el científico suizo publicó un libro denominado “El Fuego de la Vida”, metáfora en que le dio el carácter de universal a la Ley de Kleiber, incluyendo en ella a todas las especies de la Tierra. “Ese fue exactamente el problema, ya que los datos posteriores se mostraron sistemáticamente contrarios a la universalidad de dicha ley, que además por sus propiedades matemáticas no puede ser universal”, afirma Escala.

La corrección de Escala

La Ley de Kleiber pertenece a una subárea de la biología conocida como alometría, la que se dedica a relacionar variables fisiológicas con el tamaño de dicho organismo. “Los animales más pequeños consumen más energía por gramo que un animal grande, esto es lo que nos dice la Ley de Kleiber”, explica.

Estas variables deben tener una propiedad clave: la homología dimensional, es decir, la ecuación que las describe debe tener las mismas unidades al lado derecho que al izquierdo. Escala, entonces, propone una corrección a la ley de Kleiber que hace que dicha propiedad sí se cumpla haciéndola capaz de describir una gran cantidad de fenómenos que incluso van más allá de la propia ley, por ejemplo: el cambio del consumo energético de los organismos al ejercitarse.

“Se podría pensar que el intento de predecir la cantidad de energía que consume cualquier organismo durante un periodo de tiempo mientras descansa, podría depender de casi infinitas variables. Y aun cuando en esencia eso es verdad, es sorprendente lo certera de las suposiciones que podemos hacer utilizando sólo el tamaño del animal. Lo interesante es que hasta ahora, dicha relación extremadamente consistente se basa en datos empíricos y requiere de tantas constantes de proporcionalidad como variables y especies en estudio”, explica Grossi, experto en alometría.

Escala tras llegar a su resultado logró demostrar que las excepciones a la Ley de Kleiber eran debido a su mala formulación matemática y no a la complejidad del problema. El trabajo de Escala es esperanzador, ya que su resultado sugiere que muchas otras leyes en biología y ecología podrían ser corregidas eliminando las excepciones y proveyéndoles de exactitud, que hasta el día de hoy carecen.

A partir de este resultado el astrofísico fue capaz de explicar otras relaciones, incluyendo algunas de ecología: una de ellas es la energía total consumida por un ser vivo a lo largo de su vida, para lo cual es necesario que todos los organismos tengan aproximadamente la misma cantidad de latidos a lo largo de su existencia, lo que es sabido en el caso de los mamíferos. No obstante, Escala va más allá e incluye -gracias a su ecuación- a otros animales, como aves y peces. El académico demuestra que la cantidad de latidos cardiacos de un organismo vivo es aproximadamente constante, mas allá de los mamíferos que era hasta donde había evidencia.

Gracias a Escala, “nos enfrentamos a un intento unificador de las leyes metabólicas para todo el espectro de la vida que requiere un significativo menor número de constantes y lo más bello de todo, utilizando elegantemente como analogía la ley de gravitación universal de Newton para desarrollar su hipótesis”, concluye Grossi.

Para Andrés Escala el siguiente paso está en "relacionar la universalidad en el número de latidos al origen de la muerte natural debido al daño irreparable de células vitales, debido al consumo de oxígeno y sus productos como los radicales libres. Seguir esta línea de investigación es el siguiente paso más atrayente. En términos de la metodología, tratar de reformular relaciones de otras áreas que padecen del mismo problema matemático. En estos momentos, estoy estudiando relaciones en problemas de transporte en ciudades (parte de la llamada "ciencia urbana")", concluye.

Comunicaciones DAS - U. de Chile

Miércoles 23 de enero de 2019