Plantea aspectos esenciales que deben de cumplir las teorías sobre el origen de la Vida (abiogenesis).

1. Aspectos Termodinámicos sobre elAspectos Termodinámicos sobre el
Origen de la VidaOrigen de la Vida
M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
Versión 2.01

2. Principios de la TermodinámicaPrincipios de la Termodinámica
• La Energía Total del Universo esLa Energía Total del Universo es
constante.constante.
• En un sistema aislado cualquier cambioEn un sistema aislado cualquier cambio
espontáneo va acompañado de unespontáneo va acompañado de un
aumento de entropía (aumento de entropía (SS))
M en C R Govea V.M en C R Govea V.

3. ¿Cuál es la probabilidad de que los átomos¿Cuál es la probabilidad de que los átomos
sueltos de una bacteria vuelvan a unirse en unasueltos de una bacteria vuelvan a unirse en una
célula bacteriana?célula bacteriana?
1 0
0 01 0 0 0 0 0 0 0 0 0−
=P
M A X
V I V O
11
100 000 000 000100 000 000 000
eP k T
iEEM A X
V I V O
−
−= m i n
M en C R Govea V.M en C R Govea V.

4. ¿Refutación de la Abiogénesis?¿Refutación de la Abiogénesis?
Del principio de la imposibilidad práctica de los eventosDel principio de la imposibilidad práctica de los eventos
muy poco probables (P = 10muy poco probables (P = 10-12-12
) hay quien sugiere que la) hay quien sugiere que la
abiogénesis no pudo ocurrir.abiogénesis no pudo ocurrir.
Sin embargo los sistemas vivos no son sistemas aislados,Sin embargo los sistemas vivos no son sistemas aislados,
sino abiertos y no están en equilibrio termodinámico, sinosino abiertos y no están en equilibrio termodinámico, sino
lejos de éllejos de él
M en C R Govea V.M en C R Govea V.

5. ¿La [Na¿La [Na++
] y [K] y [K++
] en nuestro organismo están en] en nuestro organismo están en
Equilibrio?Equilibrio?
[Na[Na++
]]ee[Na[Na++
]]ii <<
[K[K++
]]ee[K[K++
]]ii >>
M en C R Govea V.M en C R Govea V.

6. Equilibrio TermodinámicoEquilibrio Termodinámico
¿¿EquilibrioEquilibrio oo DesequilibrioDesequilibrio??
Al comunicar losAl comunicar los
compatimientos no haycompatimientos no hay
procesos netosprocesos netos
Al comunicar losAl comunicar los
compatimientos hay procesoscompatimientos hay procesos
netosnetos
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7. ¿Equilibrio = Estado Estacionario¿Equilibrio = Estado Estacionario??
equilibrioequilibriodesequilibriodesequilibrio
EEee EEqq
EstadoEstado
estacionario...estacionario...
equilibrioequilibrio
En el equilibrio, al comunicarEn el equilibrio, al comunicar
los compatimientos no haylos compatimientos no hay
procesos netosprocesos netos
la entrada es igual a la salida y hay propiedades internas sin cambiola entrada es igual a la salida y hay propiedades internas sin cambio
mientras se le de energía, pues al parar ese suministro, hay procesos netosmientras se le de energía, pues al parar ese suministro, hay procesos netos
que llevan al sistema hacia el equilibrio.que llevan al sistema hacia el equilibrio.M en C R Govea V.M en C R Govea V.

8. >Desequilibrio > Flujo>gasto de Energía>Desequilibrio > Flujo>gasto de Energía
EEee EEqq
FlujoFlujo
grandegrande
EEee EEqq
FlujoFlujo
medianomediano
desequilibriodesequilibrio
EEee EEqq
FlujoFlujo
pequeñopequeño
DesequilibrioDesequilibrio
Alejamiento del equilibrioAlejamiento del equilibrioM en C R Govea V.M en C R Govea V.

9. EquilibrioEquilibrio →→ más ignorancia de losmás ignorancia de los
microestadosmicroestados
3 6
1
1 2 =P
6
1
3 6
6
7 ==P
6+66+6
1+61+6 2+52+5 3+43+4 5+25+24+34+3 6+16+1
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10. La Entropía y la Información siguen leyesLa Entropía y la Información siguen leyes
paralelasparalelas
∑−= ii ppkS l n
∑−= ii ppI l n
6 9 3.0
1
k IS 6 9 3.0=
EntropíaEntropía
InformaciónInformación
A mayor entropía más informaciónA mayor entropía más información
nos falta para conocer elnos falta para conocer el
microestado en el que semicroestado en el que se
encuentra el sistemaencuentra el sistema
Si despejamos la espresión presenteSi despejamos la espresión presente
en ambas ecuaciones, las igualamosen ambas ecuaciones, las igualamos
y despejamosy despejamos SS obtenemos suobtenemos su
equivalencia con la información:equivalencia con la información:
M en C R Govea V.M en C R Govea V.

11. ¿Cómo lograr que eventos improbables dejen de¿Cómo lograr que eventos improbables dejen de
serlo?serlo?
Hacer que las moléculas de agua de la izquierda se muevan en círculos yHacer que las moléculas de agua de la izquierda se muevan en círculos y
formen hexágonos en la superficie:formen hexágonos en la superficie:
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12. Platina calientePlatina caliente
Fenómeno de BénardFenómeno de Bénard
Fuente de EcFuente de EcFuente de EcFuente de Ec
Sumidero de EcSumidero de EcSumidero de EcSumidero de Ec
Fácil: colóquese elFácil: colóquese el
sistema entre unasistema entre una
fuente y un sumiderofuente y un sumidero
de energía persistente.de energía persistente.
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13. Platina calientePlatina caliente
Sistemas abiertos en estado estacionarioSistemas abiertos en estado estacionario
Fuente de EcFuente de EcFuente de EcFuente de Ec
Sumidero de EcSumidero de EcSumidero de EcSumidero de Ec
Los sistemasLos sistemas
abiertos en estadoabiertos en estado
estacionario seestacionario se
organizan a costaorganizan a costa
de exportarde exportar
entropía a suentropía a su
mediomedio
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14. Disipación de Energía por un Sistema AbiertoDisipación de Energía por un Sistema Abierto
en Estado Estacionarioen Estado Estacionario
Alejamiento del equilibrioAlejamiento del equilibrio
(disipación de(disipación de
entropía)entropía)
Al alejar del equilibrio,Al alejar del equilibrio,
los sistemas en estadolos sistemas en estado
estacionario, aumentanestacionario, aumentan
la disipación dela disipación de
entropía hasta que...entropía hasta que...
M en C R Govea V.M en C R Govea V.

15. ¿La [Na¿La [Na++
] y [K] y [K++
] en nuestro organismo están en] en nuestro organismo están en
Equilibrio?Equilibrio?
La Evolución de estructuras disipativas por unaLa Evolución de estructuras disipativas por una
sucesión de crisissucesión de crisis
El sistema entra en crisis y se transforma en una estructura disipativa queEl sistema entra en crisis y se transforma en una estructura disipativa que
minimiza la disipación de entropíaminimiza la disipación de entropía
M en C R Govea V.M en C R Govea V.

16. Evolución por Crisis sucesivasEvolución por Crisis sucesivas
crisiscrisis
Dist ancia al Equilibrio ξ
Al seguir alejando del equilibrioAl seguir alejando del equilibrio
ocurren crisis que conducen aocurren crisis que conducen a
estructuras disipativas alternativas yestructuras disipativas alternativas y
el sistema deja de ser reversible yel sistema deja de ser reversible y
entra a la historia de su devenirentra a la historia de su devenir
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17. Disipación de Energía por un Sistema AbiertoDisipación de Energía por un Sistema Abierto
en Estado Estacionarioen Estado Estacionario
Reacción de Belousov-ZhabotinskyReacción de Belousov-Zhabotinsky
3H3H++
+ 3BrO+ 3BrO33
––
+5CH+5CH22
(COOH)(COOH)22
→ 3BrCH(COOH)→ 3BrCH(COOH)22
+2HCOOH +4CO+2HCOOH +4CO22
+ 5H+ 5H22
OO
ác. propanodioicoM en C R Govea V.M en C R Govea V.

18. Ejemplos de Estructuras DisipativasEjemplos de Estructuras Disipativas
Celdas de convecciónCeldas de convección Reacción de Belouzov-Reacción de Belouzov-
ZhabotinskiZhabotinski
Con ondas de oxidorreducción que seCon ondas de oxidorreducción que se
desplazan en el espacio y tiempodesplazan en el espacio y tiempo
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19. Ejemplos de Estructuras Disipativas, 2Ejemplos de Estructuras Disipativas, 2
Proteus mirabilisProteus mirabilisCultivo deCultivo de
M en C R Govea V.M en C R Govea V.

20. Teorema de MorowitzTeorema de Morowitz
El flujo de energía desde una fuente a unEl flujo de energía desde una fuente a un
sumidero a través de un sistema en estadosumidero a través de un sistema en estado
estacionario origina, por lo menos, un cicloestacionario origina, por lo menos, un ciclo
material en el sistema.material en el sistema.
M en C R Govea V.M en C R Govea V.

21. Teorema de MorowitzTeorema de Morowitz
El flujo de energía desde una fuente a un sumidero a través de unEl flujo de energía desde una fuente a un sumidero a través de un
sistema en estado estacionario origina, por lo menos, un ciclosistema en estado estacionario origina, por lo menos, un ciclo
material en el sistema y una estructura disipativa. Como la Tierramaterial en el sistema y una estructura disipativa. Como la Tierra
primitiva:primitiva:
M en C R Govea V.M en C R Govea V.

22. Una estructura Disipativa en la TierraUna estructura Disipativa en la Tierra
Russell, MJ; W Nitschke and E Branscomb 2013Russell, MJ; W Nitschke and E Branscomb 2013 The inevitable journey to beingThe inevitable journey to being Phil. Trans. R. Soc. BPhil. Trans. R. Soc. B-368, 20120254-368, 20120254
M en C R Govea V.M en C R Govea V.

23. Condición básicaCondición básica
para cualquier teoríapara cualquier teoría
sobre la abiogenésissobre la abiogenésis
Toda propuesta debe deToda propuesta debe de
proponer un sistema abierto,proponer un sistema abierto,
un suministro sostenido deun suministro sostenido de
energía, de sustanciasenergía, de sustancias
químicas iniciales, lasquímicas iniciales, las
estructuras disipativas y elestructuras disipativas y el
sumidero ubicado en unsumidero ubicado en un
ambiente de la Tierra primitiva.ambiente de la Tierra primitiva.
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24. Evolución a través de CrisisEvolución a través de Crisis
DiapoDiapo
Estructura disipativa – AmbienteEstructura disipativa – Ambiente
TierraTierra
ProbiontesProbiontes
CélulasCélulas
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25. Estabilidad Cinético-dinámica (DKS)Estabilidad Cinético-dinámica (DKS)
Pross, A & R Pascal (2013) the origin of the life, what we know, what we can know and what we will never know Open Biol.-3-Pross, A & R Pascal (2013) the origin of the life, what we know, what we can know and what we will never know Open Biol.-3-
“Todos los sistemas replicantes estables
(persistentes) tenderán a desenvolverse sobre el
tiempo hacia sistemas de mayor DKS”
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26. Paralelismo Evolución-DKSParalelismo Evolución-DKS
La evolución maximiza la idioneidad
Y
Expresada en términos más generales, en un
contexto físico-químico, los sistemas replicantes
maximizan la DKS (estabilidad cinética dinámica)”
Pross, A & R Pascal (2013) the origin of the life, what we know, what we can know and what we will never know Open Biol.-3-Pross, A & R Pascal (2013) the origin of the life, what we know, what we can know and what we will never know Open Biol.-3-
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27. Según el grupo de Martin parafraseando a...Según el grupo de Martin parafraseando a...
“Si nada tiene sentido en biología,
excepto a la luz de la evolución;
nada en la evolución tiene sentido mas
que a luz de la energética”
Lane, N; WF Martin, JA Raven and JF Allen 2013Lane, N; WF Martin, JA Raven and JF Allen 2013 Energy, genes and evolution, introduction to an evolutionary synthesisEnergy, genes and evolution, introduction to an evolutionary synthesis
RSTBRSTB 2012025320120253
M en C R Govea V.M en C R Govea V.