¿Qué es la Bioclimatología Sistémica?

¿QUÉ ES LA BIOCLIMATOLOGÍA SISTÉMICA?

Walter Ritter Ortíz y Tahimi E. Perez Espino

Centro de Ciencias de la Atmósfera. UNAM,

Circuito Exterior. CU. 04510 México DF. México

INTRODUCCIÓN

El clima y la vida

La Bioclimatología con su naturaleza interdisciplinaria, estudia las relaciones entre el clima y la vida y en la que es frecuente observar la interacción de disciplinas tan diversas como son: la meteorología, hidrología, fisiología, ecología, biología, medicina, geografía, agronomía, ingeniería, etc.

La Bioclimatología sistémica estudia los sistemas naturales buscando leyes y factores que gobiernan y regulan su estructura y desarrollo, donde interesa poder describir las adaptaciones estructurales al ambiente físico y biológico al cual se expone el sistema y elucidar cómo su propia organización contribuye a su funcionamiento y por ende al flujo optimo de energía a través de los ecosistemas.

La ciencia de la complejidad es la herramienta de uso rutinaria de la Bioclimatología sistémica y trata de la estructura y el orden, donde buscamos reglas fundamentales que subyacen en los sistemas, ya sea en clima, ecosistemas, economía o la misma sociedad. La complejidad es el circuito de conocimientos que funcionan atrayéndose mutuamente, y cuyo proceso permite concebir la reorganización transdisciplinaria del conocimiento. Es el entrelazamiento y la interacción incesante de la infinidad de fenómenos y sistemas que componen el mundo natural.

La vida surgió tan pronto como las condiciones lo permitieron, lo cual nos enseña que entre la física, la química y la biología existe una continuidad. Obvias dificultades para la interpretación de la vida mediante principios físicos conocidos implican la necesidad de nuevas leyes, ya que para el mismo Einstein, “el estudio de los seres vivos, es la mejor manera de apreciar cuán primitiva es aún la física y otras ciencias relacionadas con ella”, y Schrodinger a su vez sugirió que la comprensión de los sistemas vivos podría implicar “otras leyes más allá de las leyes físicas conocidas”, necesitándose principios completamente diferentes ligados a transiciones de fase lejos del equilibrio termodinámico. Los conceptos físicos de generación de patrones autoorganizados proporcionan una base para comprender los organismos y sus relaciones con el entorno, donde los procesos no-lineales son lo bastante ricos para conducir la autoorganización biológica a distintas escalas.

Autoorganización biológica

Los sistemas naturales son sistemas que se autoorganizan críticamente y combinan el concepto de criticabilidad con conceptos de no equilibrio de la autoorganización. La sinergética ofrece una estrategia y métodos aplicables a cualquier nivel para dilucidar la dinámica no-lineal subyacente. Es decir que la vida en nuestro planeta se caracteriza por su capacidad reproductiva, evolutiva y adaptativa, y se organiza por niveles de complejidad que aumentan con el tamaño del sistema. Absorción, concentración y regulación de los flujos de materia y energía entre los componentes del ecosistema dependen de su organización estructural y son ejemplos de procesos que contribuyen al flujo óptimo de energía en los sistemas productivos. Los niveles de orden superior observados en los ecosistemas implican nuevas leyes que no son deducibles de los niveles inferiores, y que cuentan con el poder de desarrollarse espontáneamente hacia estados de mayor heterogeneidad y complejidad.

CLIMA, VIDA, BIOENERGÉTICA Y GENERACIÓN DE PATRONES DE AUTOORGANIZACIÓN

La vida

La materia viva se originó a partir de la materia inanimada por medio de un proceso evolutivo continuo. La vida nació por mediación de procesos físicos (tectónicos, oceanográficos y atmosféricos) que sustentaron la vida, era tras era, al tiempo que modificaban continuamente la superficie de la Tierra.

La vida se expandió y diversificó uniéndose a los procesos tectónicos y físico-químicos en la transformación de la atmósfera y los océanos hasta convertirse en una fuerza planetaria por derecho propio. Es la vida la que crea las condiciones aptas para su propia existencia. La vida hace, conforma y cambia el entorno al que se adapta, el entorno a su vez, retroalimenta a la vida, que cambia, actúa y crece en él con interacciones cíclicas constantes.

La vida en nuestro planeta se caracteriza por su capacidad reproductiva y evolutiva y se organiza en base a niveles de complejidad. Es a nivel de ecosistema donde se incluyen todos los elementos físicos, químicos y geológicos necesarios para sostener la vida de forma permanente y, por lo tanto es la unidad básica del planeta.

Los componentes bióticos de un ecosistema se estudian en base a su diversidad de especies y a los correspondientes patrones de abundancia en el tiempo y el espacio, donde además sus procesos internos de regulación permiten al sistema funcionar como un todo, en armonía con su medio físico. Los sistemas climáticos y ecológicos pertenecen a los niveles de organización más complejos por lo que es imposible interpretar el comportamiento de sus sistemas sólo en base a estudios sobre el comportamiento de sus partes. Su dinámica es tal que para entender su estructura y funcionamiento, primero deben de analizarse sus interacciones con otros sistemas, luego, se estudia el sistema en sí y ya finalmente, se analiza el comportamiento de sus partes.

El proceso de mantener una población viva requiere de un continuo flujo de energía potencial y el tamaño de la población depende de la tasa a que dicho potencial de energía entra al sistema, ya sea a través de plantas o animales, que servirán posteriormente de alimento a otros consumidores, generando así una cadena trófica o cascada bioenergética, donde las plantas son consideradas como las únicas con capacidad transformadora y productora, siendo las demás poblaciones dependientes de dicha producción de forma directa o indirecta.

En todas las especies de mamíferos y en muchos otros animales, la relación entre el tamaño del cuerpo, la tasa metabólica y la duración máxima de la vida es impresionante, donde la relación entre el tamaño corporal y la tasa metabólica se podría fijar con bastante exactitud, lo que tiene implicaciones enormes en sus funciones, fisiologías, conducta, modo de vida y en la ecología en general. Los animales pequeños viven a una velocidad diferente, debido a su metabolismo frenético diferente a los de mayor tamaño, sin embargo el número de latidos del corazón durante toda su vida es similar, lo que explica el porqué los animales grandes vivan más tiempo.

La vida no es el mantenimiento o restauración del equilibrio, sino el mantenimiento del desequilibrio, es una tendencia inexorable hacia formas superiores de existencia y una imagen de las tendencias de las fuerzas del universo. No es un receptor pasivo de estímulos exteriores, sino un creador activo del medio que le rodea, representando orden, regulación y automantenimiento, a la vez que regulación y cambio continuo aparentando seguir un propósito.

ECONOMÍA EN LA NATURALEZA Y LA LEY DEL TODO

La naturaleza es cambio y estabilidad al mismo tiempo, así cuando el clima o agente externo de perturbación es más estable, el suplemento de recursos para la población será también más estable, existiendo una economía en la naturaleza, obedeciendo a un conjunto relativamente pequeño de leyes fundamentales donde el movimiento y el cambio surgen del universo como un todo.

Unidad fundamental

Esta nueva dinámica demuestra que todo movimiento y cambio surgen de una ley del todo y que los patrones y sucesos de la naturaleza son la expresión de esta unidad fundamental. La naturaleza solo es sencilla en sus causas y su economía consiste en producir un gran número de fenómenos, a menudo muy complicados, mediante un pequeño número de leyes generales. Pero, aún para escalas locales, la distribución de organismos no es aleatoria, demostrándose la existencia de leyes naturales capaces de pronosticar patrones ecológicos.

Por intermedio de complejos procesos biológicos y geofísicos, la tierra, agua y atmósfera están íntimamente ligadas entre sí y un mayor conocimiento de las interacciones entre ecosistemas regionales, puede ser de gran ayuda al tratar de optimizar la contribución de los recursos naturales para un mayor bienestar del ser humano. Los ecosistemas no tienen un estado de equilibrio único que prefieran. En vez de ello, tienen numerosos equilibrios que también evolucionan con el paso del tiempo. Cuando los flujos climáticos externos cambian, la estabilidad física es violada y el sistema entra a un nuevo estado de equilibrio dinámico. Es decir que existe un nivel de perturbación, arriba del cual la estabilidad tanto de la biota como de su ambiente se pierden.

ESTRUCTURAS DISIPATIVAS Y ENTROPÍA ORGANIZACIONAL

Los sistemas fuera del estado de equilibrio termodinámico se manifiestan como sistemas complejos que evolucionan hacia estados crecientes tanto de tamaño como de complejidad, hacia niveles más elevados de organización y dinamismo así como de una más estrecha interacción con el medio físico (clima). Las respuestas de estos sistemas a los cambios desestabilizadores de su medio se manifiestan a través de saltos e impulsos comparativamente bruscos y son de la mayor importancia para entender la dinámica de evolución de los diversos dominios de la naturaleza. Donde el estar más alejados del equilibrio termodinámico más sensibilidad de respuesta se manifiesta al cambio de sus estructuras y más refinados serán también los ciclos y procesos de retroalimentación que los mantiene.

Las estructuras disipativas no sólo se mantienen en un estado estable lejos del equilibrio, sino que pueden incluso evolucionar. Cuando el flujo de materia y energía a través de ellas aumenta, pueden pasar por nuevas inestabilidades y transformarse en nuevas estructuras de complejidad incrementada, donde las inestabilidades y saltos a nuevas formas de organización son el resultado de fluctuaciones internas amplificadas por procesos de retroalimentación positiva, apareciendo como fuentes de un nuevo orden.

La “entropía organizacional” será una medida del costo energético por unidad de desarrollo y puede extenderse para cubrir un amplio rango de ambientes. La tendencia a mantener el equilibrio interno a través de mecanismos reguladores complejos, revela un equilibrio estático, un estado estacionario, conocido como homeostasis, mientras que la morfogénesis se da en los sistemas más permeados al entorno, con flexibilidad en las reglas de su funcionamiento, que le permiten, frente a situaciones de crisis, modificar sus pautas y reacomodarse a la nueva situación. Proceso que posibilita que el sistema madure, alcanzando niveles evolutivos superiores, acumulando experiencias que lo llevará a sortear nuevas dificultades con menor gasto de energía.

LA CIENCIA DE LA COMPLEJIDAD EN EL MUNDO NATURAL

Interacción incesante

La ciencia de la complejidad trata de la estructura y el orden, donde buscamos reglas fundamentales que subyacen en los sistemas, ya sea en clima, ecosistemas, economía o la misma sociedad. La complejidad es el circuito de conocimientos que funcionan atrayéndose mutuamente, y cuyo proceso permite concebir la reorganización transdisciplinaria del conocimiento. Es el entrelazamiento y la interacción incesante de la infinidad de fenómenos y sistemas que componen el mundo natural.

Interesa conocer las pautas de la naturaleza y las tendencias de la evolución tanto en la ecología y climatología como en la historia de la vida de la Tierra, donde los “sistemas complejos adaptativos” son buscadores de pautas, interaccionan con el entorno, aprenden de la experiencia y como resultado se adaptan buscando principios universales y en esta adaptación exhiben sistemas dinámicos con múltiples atractores. Estos sistemas se acercan a un límite crítico y cuando lo cruzan, aparece de pronto un cambio de fase, que nos permiten ver todo a través de estos cristales de cambio de fase.

El principio creativo de la emergencia es un profundo misterio en muchos sentidos, siendo ésta una propiedad de los sistemas complejos. La sencillez es la base de la complejidad y el complicado comportamiento del mundo, no es más que una complejidad superficial que surge de una profunda sencillez, como nos dice H. Holland (1995) en su libro de “El orden oculto”, o de cómo la adaptación crea la complejidad. Lo que se busca es una teoría profunda del orden en biología, ya que no se puede estudiar la naturaleza sin saber que existen formas complicadas de vida y adaptaciones que parecen hacer encajar un organismo en su medio ambiente por medio de la selección natural.

Necesitamos una noción de todo el sistema, cómo una entidad fundamental en biología y luego comprender cómo eso genera partes que conforman su orden intrínseco. Entender cómo en las propiedades emergentes de los sistemas complejos, las reglas locales generan un orden global.

LA HIPOTESIS DE LA CONECTIVIDAD, SISTEMAS DE CONTROL Y PROCESOS EMERGENTES; FUNDAMENTOS DE UNA CIENCIA INTEGRADA

La historia de la Tierra es un relato dramático, una sucesión de mundos desaparecidos que, por medio de la transformación de la atmósfera y una revolución biológica, nos ayuda a comprender nuestro pasado y nos llevan hasta el mundo que conocemos hoy. Las especies aparecen y desaparecen en una sucesión geológica de extinciones que ponen de manifiesto la fragilidad de las poblaciones en un mundo de competencia y cambio ambiental.

La teoría Gaia señala que el clima y la composición química de la Tierra se conservan por largos períodos de tiempo debido a su homeostasis, hasta que fuerzas externas e internas los conducen a nuevos niveles de estacionaridad.

La impresión general que surge de la larga historia planetaria es la de interacciones entre organismos y ambientes (coevolución), reflejando la continua acción reciproca entre las posibilidades genéticas y las oportunidades ecológicas. La regulación del ambiente, es una propiedad emergente del sistema que se manifiesta automáticamente, sin ninguna acción determinada, como consecuencia de los procesos de retroalimentación entre los organismos del planeta y su entorno.

La naturaleza es creadora, pero por definición el creador es también un destructor. Una ciencia que dé sentido a la noción de creatividad y en términos más generales al concepto de innovación, no puede ser más que una ciencia profundamente distinta a la clásica. Nuestro mundo es un mundo de cambios, de intercambios y de innovación. Para entenderlo es necesaria una teoría de los procesos, de los tiempos de vida, de los principios, los fines y la aparición de lo cualitativamente nuevo.

Los ecosistemas pueden ser entendidos como sistemas en el sentido de la Teoría General de Sistemas y son el ejemplo más complejo de un sistema de control. Considerando a la biodiversidad como un asunto de profundo significado para el futuro de la humanidad y la vida, la cual es sinónimo de riqueza y abundancia relativa de especies. Von Bertalanffy, nos habla de la necesidad de una reorientación en el pensamiento científico para poder tratar con sistemas complejos como son: el clima, la ecología, la economía y las ciencias sociales, proponiendo una metodología que nos permite trascender las rígidas fronteras de las ciencias dirigiéndonos a una ciencia de sistemas unificados.

Para la implantación de ésta “metateoría transdisciplinaria” en la ciencia y la educación, se requiere de un dramático cambio en nuestra forma de pensar, colocando los fundamentos para un nuevo paradigma transdisciplinario del pensamiento contemporáneo, presentando a la visión holística de la naturaleza como una organización jerárquica anidada de totalidades organizadas como sistemas naturales con una estructura básica de creciente complejidad.

Con Jantsch (1980) tenemos la primer síntesis comprensiva de un universo autoorganizado y coevolutivo, enraizado en la nueva visión de la dinámica no-lineal, teoría del caos y termodinámica de no-equilibrio (disipativa). Esto nos presenta un nuevo paradigma, más adecuado a los hechos que están saliendo a la luz, con conexiones no convencionales entre las partes que forman el sistema y entre el sistema y su ambiente. La naturaleza parece estar hecha de jerarquías anidadas de sistemas no locales conectados coherentemente, donde toda estructura disipativa tiene la potencialidad de evolucionar, y donde las tres perspectivas de la naturaleza de los sistemas vivos corresponden al estudio de la forma o patrón de organización, de la materia y el proceso. La emergencia tiene como resultado innovar y lo nuevo es a menudo cualitativamente diferente de los fenómenos de los que emergió.

La distinción en términos de estructura y de autoorganización, hace posible la integración de modelos de autoorganización orientados a la estructura y de modelos orientados a la organización, en una teoría coherente de los sistemas vivos.

La red

Una de las instituciones cruciales del planteamiento sistémico ha sido comprender que la red es el patrón de manifestación preferido de la naturaleza, donde la función de cada componente de esa red consiste en transformar o sustituir a los demás, de modo que la red entera se genera a sí misma de manera continua. La nueva manera de comprender la vida es la de que las formas y las funciones biológicas no están determinadas simplemente por un programa genético, sino que además son propiedades emergentes de la totalidad de la red.

En la integración de los aspectos, climáticos, biológicos, económicos y sociales, se trata de compartir una visión metodológica unificada, dada por el análisis y dinámica de sistemas de los sistemas complejos. El enfoque sistémico de los sistemas pensantes, es una metodología de trabajo de las ciencias multidisciplinarias como es la bioclimatología; funciona y conduce tanto a la comprensión como a la predicción, sin limitarse a entidades materiales, sino que es apropiada también a entidades inmateriales y otros elementos imponderables que pueden brindar respuestas precisas y consejos prácticos.

El objetivo consiste no sólo en ofrecer un planteamiento coherente y sistémico de una visión unificada de la vida y el ambiente, sino también de algunas de las cuestiones críticas de la economía, sociales y personales que vivimos en nuestra época y actúan como procesos de retroalimentación de los objetivos iniciales que nos hayamos planteado, donde a través de los diagramas de Forrester se trata de simular redes de interrelación preferida en la naturaleza con lo que los sistemas socioeconómicos, ecológicos y climáticos analizados estarán formados por cientos de procesos de retroalimentación (conocidos como rizos o bucles) positivos y negativos interconectados, siendo posible identificar las razones estructurales que nos permitan decidir como modificar los bucles causales que alteran dichos sistemas, en la que será la estructura del sistema lo que provoca su comportamiento y donde también será posible observar que si el sistema tiene los elementos que causan el problema, también tiene la forma en la que se puede solucionar.

El enfoque sistémico de los sistemas pensantes, es una metodología para integrar todos estos aspectos, que es diferente a las metodologías conocidas de la especialización, aquí se trata de una generalización, en donde se integra el conocimiento de varias disciplinas. Es un nuevo enfoque, un nuevo paradigma, que en lugar de ver las partes, ve el todo.

La integración generalmente recomienda darle un enfoque energético, es decir, ver entradas y salidas de energía y cómo ésta se va transmitiendo a los sistemas ecológicos, cómo afecta al aspecto económico y finalmente cómo impacta al hombre. Se ha llegado a confundir muchas veces el enfoque sistémico, ya que generalmente se trabaja las disciplinas multidisciplinarias colectando estudios de cada una de las áreas, pero integrar no es colectar. Integrar es buscar analogías y ver por dónde va el flujo de interacción de cada una de ellas, para realizar a través del enfoque sistémico, que son nuevas metodologías cuantitativas de evaluación; aquí se ve el todo, no sólo las partes, ya que en los sistemas no-lineales complejos, el todo es más que la suma de las partes.

CONCLUSIONES

Vivimos en un universo abierto en el que cualquier cosa es posible, donde la vida es un experimento inacabado y donde su ciencia es un conjunto de supuestos que nunca se pueden probar de manera completa.

La naturaleza contiene muy pocas leyes y éstas más bien se refieren o presentan características de impotencia más que de soberanía, siendo las que están relacionadas con la termodinámica las más constructivas y las que presentan posibilidades de servir como base a los estudios de predicción. La naturaleza como sistema sinergético de altísima complejidad debe ser considerada como un todo si es que se le desea conocer en detalle. Entendiendo a la sinergética como la ciencia del comportamiento colectivo ordenado y autoorganizado sometido a leyes universales cuya tarea es descubrir las normas en que se basa la autoorganización de sistemas en los más diversos campos científicos. Es más amplia que la termodinámica y con un campo de aplicación más extenso.

El orden implica siempre la aplicación de un suplemento energético, y eso es precisamente lo que ha estado haciendo la naturaleza durante millones de años: crear estructuras cada vez más organizadas que han acabado por desembocar en el punto máximo del orden. Nosotros los seres humanos, a su vez, seguimos repitiendo esa pauta natural, imponiendo al mundo entero una mayor organización, ordenando la naturaleza a nuestro modo con cada vez más desmesurados gastos de energía.

Lo que no debe hacerse

Los problemas específicos de la humanidad, piden integrarse en una visión BIOCLIMÁTICA más general donde la construcción de la sociedad misma, se debe fundamentar más que en lo que debe hacerse, más bien en lo que no debe hacerse. Donde la biosfera no es un interlocutor pasivo, sino un agente de interacción y cambio y las propiedades del planeta son en buena medida, resultado de la vida misma, destacando su carácter sistémico y su capacidad de retroalimentación y autorregulación.

Así, sus fenómenos de tipo histórico que incluyan un aumento en la complejidad, diversidad y sucesión, se podrán beneficiar de modelaciones y aproximaciones cuantitativas más correctas.

La ciencia constituye una larga historia del arte de aprender a no engañarnos, donde las matemáticas expresan verdades universales que influyen en nuestra manera de pensar, sentir y de tomar decisiones. La matemática no consiste tanto en operar con números como en asumir un modo de pensamiento y plantear cuestiones para percibir el sentido de su verdadera naturaleza, teniendo una gran relevancia para las ideas filosóficas que constituyen el fundamento de la sociedad. Permiten contemplar con asombrosa claridad una extraordinaria gama de cuestiones, subyaciendo en muchas de las invenciones políticas y sociales más apreciadas por la sociedad.

Es un lenguaje que nos autoriza a traducir la complejidad del mundo en pautas manejables, nos da un punto de vista elevado, que permite descubrir detalles que de otra manera pasarían inadvertidos, donde la verdad puede contradecir la intuición y donde el sentido común es el menos común de los sentidos. Nos dan una expansión de nuestra conciencia, y nos dejan ver más y llegar a algunas verdades que no es posible alcanzar por la vía de la pura lógica. En los números radican tipos muy diferentes de verdades y basándonos en lo que dicen, debemos tomar decisiones vitales. Impresiona ver su capacidad a la hora de filtrar los datos y determinar lo que es cierto en una variedad de situaciones. Las matemáticas reflejan en muchos aspectos la manera en la que opera nuestro cerebro, moldeando nuestras percepciones cotidianas, ya que después de todo la naturaleza humana dio lugar a las matemáticas complejas y condujeron a la creación de tecnologías tan variadas como la informática o la ingeniería genética.

Estas mismas estrategias de la naturaleza humana se pueden convertir en obstáculos limitando nuestra capacidad, para comprender fenómenos cruciales, en contextos diferentes, como es nuestra supervivencia como especie, incluyendo los riesgos de la contaminación, del crecimiento poblacional y del decrecimiento de los recursos naturales. Donde cambios mínimos en las tasas de supervivencia pueden conducir a la extinción de especies y donde el crecimiento nunca es sostenible, tanto por el aumento poblacional como por el agotamiento de los recursos, donde no es posible prevenirse contra lo que uno no advierte, donde siempre existe el peligro de que la estimación del riesgo sea errónea o cuando un defecto insignificante pondrá en marcha una reacción en cadena de acontecimientos que culminará en un desastre.

Vislumbramos el mundo real, llamémoslo información, mensajes, señales, relaciones, etc., a través de las pautas o señales que percibimos en nuestra mente, la cual presenta obstáculos por su naturaleza particular de actuar, donde comprender algo exige llegar a captar los modos en que el conocimiento llega a nuestra mente, donde las observaciones que para una persona aportan datos, para otra constituyen sólo ruido.

La dificultad de obtener información cierta de el mundo real o la búsqueda de la verdad en los números, donde la cantidad no solo determina con frecuencia la cualidad, sino que la cantidad o la escala puede afectar a la noción misma de lo que es verdad, de lo que es posible y desde luego de lo que existe o puede existir. La diferencia entre señales de información y ruido a menudo depende enteramente del contexto en que se den, si se desea llegar a la verdad de algo, lo primero que hay que hacer es ponderarlo.

Si bien la medida es la piedra angular del conocimiento y nos permite establecer comparaciones y cuantificar relaciones, el formular interrogantes sobre la naturaleza resulta siempre un tanto difícil porque las respuestas que se obtengan dependerán de las preguntas que se planteen y donde sistemas de referencia diferente pueden proporcionar respuestas muy dispares.

Bibliografía

Bertalanffy Von, L. V. (1968) General System Theory, Brazilier, Nueva York.

University of Maryland, USA.

Forrester, J. W. (1970) Industrial Dynamics. Cambridge, Mass., US: The MIT Press.

Holland, J. H. (1995) Hidden Order: How adaptation breeds complexity, Addison-Wesley Publishing Co., Reading, MA.

Jantsch E. (1980) The self-organizing Universe. New York Pergamon.

Schrodinger Erwin (1945). What is Life?. The physical aspecto of the living cell. Cambridge University Press. Cambridge.