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Febrero 2011

¿QUÉ SON LOS SISTEMAS COMPLEJOS Y SUS PROCESOS DE EMERGENCIA?


Walter Ritter Ortíz y Tahimi E. Perez Espino

Centro de Ciencias de la Atmósfera. UNAM,

Circuito Exterior. CU. 04510 México DF. México

INTRODUCCIÓN

Se dice que hay cosas en este universo que el hombre nunca

estuvo preparado para conocer, sin embargo, la verdad

profunda siempre debe ser universal y no particular.


Los actuales problemas que se plantean en diferentes campos de la ciencia, presentan componentes que se superponen, echan raíces y manifiestan un rápido crecimiento; se dice que una nueva ciencia del conocimiento y de la síntesis basada en ideas de la complejidad, está naciendo. Algunos de los temas de las nuevas ciencias de la complejidad, son presagio de una nueva síntesis de la ciencia que trastocará nuestra forma tradicional de organizar la realidad. La ciencia que está surgiendo del estudio de la complejidad enfocando conductas sociales, económicas y psicológicas, entre otras, por su índole transdisciplinaria borrarán las distinciones entre las ciencias naturales y sociales y se producirá una nueva síntesis de la ciencia.


Según Pagels (1988), las naciones y pueblos que dominen las nuevas ciencias de la complejidad serán las superpotencias económicas, culturales y políticas de nuestro siglo.


Un sistema complejo, a diferencia de uno simple es visto como una entidad cuyo comportamiento global es más que la suma de las operaciones de sus partes. Usualmente se le define como una red de muchos componentes cuyo comportamiento de agregados da lugar a estructuras en varias escalas y patrones de manifestación, cuya dinámica no es posible de inferir de una descripción simplificada del sistema. El campo es altamente multidisciplinario, juntando expertos en varias ramas para su estudio que van desde economía, ciencias sociales, biología, física, meteorología, etc., Las bases teóricas de los sistemas complejos han sido enfocadas principalmente en su organización; considerándolos como el conjunto de relaciones que determinan las clases de interacciones y transformaciones dentro de un sistema y en los arreglos que contribuyen al desarrollo y persistencia de ciertas características dentro de la organización. Son las relaciones entre los componentes, más que los componentes y sus propiedades las que son más significativas, donde al dar un mayor énfasis a la estructura y relaciones en lugar de su composición es lo que hace que muchos de los diferentes tipos de sistemas puedan ser caracterizados con herramientas analíticas similares.

En este contexto, en el análisis de ecosistemas nos permite visualizarlos como una red de componentes conectados e interactuando de maneras que solo pueden ser descritas por relaciones altamente no-lineales. De esta manera el estudio de los ecosistemas es colocado dentro de un contexto mucho más amplio en que los ecosistemas pueden ser sujetos a los mismos métodos de caracterización, modelado y descripción a como es lo usual en otros sistemas complejos y podemos así elucidar similaridades y diferencias entre ecosistemas y otros tipos de sistemas complejos comunes a todos los sistemas complejos incluyendo organizaciones espaciales.

Hasta la fecha ha sido posible identificar características que parecen ser temporales, emergencias, adaptaciones, niveles críticos de conectividad y autopoiesis en sistemas vivos. Así por ejemplo el comportamiento aleatorio y errático de organismos individuales en conjunción con influencias ambientales aleatorias pueden producir persistencia, estructuras autoorganizadas y dinámicas a escalas poblacionales, esto a su vez afecta el comportamiento de los individuos en las poblaciones dando lugar a emergentes procesos de retroalimentación y otras estructuras y funciones autoregenerativas.

La adopción de la idea de que puede haber niveles críticos de conectividad en ecosistemas está también cambiando la forma en que las cadenas alimenticias y los patrones del paisaje son analizados. Un impacto significativo de esto es el reconocimiento de que la inclusión de elementos espaciales en un modelo de ecosistemas puede tener un efecto radical sobre la dinámica pronosticada, a menudo, moviendo un sistema de un estado de equilibrio a otro de caos en algún otro régimen complejo, considerados anteriormente como inválidos o inestables, pero que ahora se cree que son lo más cercano a lo que ocurre en la realidad.

Podemos considerar también lo inadecuado de algunas teorías con respecto a soluciones rápidas de los problemas ambientales y analizar y criticar la posibilidad de uso de analogías derivadas de la física y de otras ciencias para la solución de los problemas ecológicos. Los supuestos e hipótesis deberán ser probados regularmente formulando modelos, corriéndolos y probando los resultados contra el comportamiento cuantitativo y cualitativo de un mundo real. La sabiduría es hija de la experiencia. La jerarquía nos ayuda a organizar, comunicar y aprender sobre las complejidades. La evolución es un aspecto esencial de la autoorganización; la dinámica fundamental de la evolución, no es la adaptabilidad sino la capacidad creadora.

El planeta puede regular el ambiente planetario a través de una gran variedad de procesos formando un sistema complejo que tiene todas las formas típicas de la autoorganización que le permiten mantener las condiciones óptimas para la evolución de la vida. La complejidad se refiere a procesos que se manifiestan como de muchos componentes o muchos pasos por realizar.

Nuestro vocabulario para describir la complejidad muchas veces es deficiente.

LOS SISTEMAS COMPLEJOS Y LAS EMERGENCIAS RESULTANTES DE SU ESTRUCTURA GLOBAL

Los sistemas complejos pueden actuar de formas que no son predecibles mediante el análisis de sus partes por separado, pero funcionan como un todo y tienen propiedades distintas de las partes que lo componen, conocidas como propiedades emergentes, pues emergen del sistema mientras está en acción.

Contempla el todo y las partes así como sus conexiones, estudiando el todo para poder comprender las partes. Su comportamiento depende de la estructura global, donde la disposición de las piezas es fundamental, con las partes conectadas y funcionando todas juntas.

Como las propiedades emergentes surgen del conjunto o totalidad del sistema, veremos que si el sistema lo descomponemos en sus partes también perderemos dichas propiedades emergentes. Vivimos cotidianamente con las propiedades emergentes sin tomarlas en cuenta, sin embargo no dejan de ser (después de analizarlas) sorprendentes e impredecibles. El mismo equilibrio de la naturaleza podemos considerarlo como una propiedad emergente y si perturbamos el medio ambiente algunas especies se extinguirán mientras que otras se convertirán en dominantes, pero después de romper el equilibrio inicial, surgirá otro, con la ventaja de que no es necesario comprender el sistema para beneficiarse de él. Donde los diferentes sistemas pueden estar organizados en torno a las siguientes reglas generales:

tamaño, cantidad y diversidad de los subsistemas, así como del grado

de conectividad que exista entre ellos.

resistentes al cambio. Los cambios en éstos sistemas se darán más

fácilmente si identificamos las conexiones apropiadas, es decir hay que

saber donde intervenir para obtener un gran resultado con un pequeño

esfuerzo.

suelen ser más importantes ya que cuanto más alto es el nivel de

control de la parte en que se efectúa el cambio, más se extienden y

ramifican sus efectos. Cualquier modificación afectará a otras partes del

sistema que a su vez afectarán a otras más alejadas del cambio original.


EL CAÓS CREATIVO EN LA SOLUCIÓN DE LOS PROBLEMAS: CAOS CREATIVO O CÓMO HACER QUE LAS COSAS FUNCIONEN.

Los científicos tienen mucho que aprender acerca de como las leyes fundamentales de la naturaleza generan la gran riqueza de manifestaciones del mundo que observamos. Las estructuras muy complejas en la naturaleza tienen como característica general de que exhiben complejidad a causa de la intrincada organización de su gran número de componentes, los cuales están constituidos generalmente por elementos muy simples. Esa estructura es lo que es y hace lo que hace no tanto por lo que son, sino debido al modo en que están organizadas sus partes constituyentes. Las estructuras complejas también parecen exhibir umbrales que cuando se los cruza, dan lugar a súbitos saltos en la complejidad, y súbitos saltos en sus propiedades cuando crece el número de vínculos entre sus partes constituyentes. Donde la ausencia de soluciones analíticas según Briggs (2004), significa que la propia naturaleza no sabe exactamente cómo cambiará o evolucionarán con el tiempo.

Nuestros conocimientos básicos en todas las ciencias se basan en descripciones, aunque durante mucho tiempo fue el experimento al que se le consideró como el único método científico válido. Las investigaciones ambientales se basan muchas veces en la observación y en la medida y sus teorías básicas cambian con cierta frecuencia como consecuencia de nuevas observaciones que tienen poco o nada que ver con la experimentación a menos que ésta sea de tipo matemático.

La situación actual de las ciencias ambientales con sus dispersos esfuerzos de investigación y apoyo de las matemáticas, necesitan urgentemente conceptos y objetivos unificados, donde se dé prioridad a los modelos capaces de reconocer los conflictos potenciales entre las políticas de uso del recurso con los impactos negativos de su deterioro. La ventaja de los modelos matemáticos es de que son precisos y abstractos, transfiriendo información de forma lógica y actuando como un medio de representación y comunicación sin presencia de ambigüedades. La mayor desventaja es que los modelos pueden distorsionar un problema al insistir en el uso de un modelo particular aún y cuando no se ajuste a la realidad y las aparentes dificultades de abandonar un modelo que no es capaz de avanzar más en el proceso de investigación. Es por esto importante entender que la modelación matemática, para su mejor uso, es solamente un paso más y forma parte de un conjunto mayor de procesos y en este amplio horizonte de la investigación ambiental, debemos obtener el máximo rendimiento y óptimo aprovechamiento para lo que el modelo ha sido diseñado, pero al mismo tiempo debemos evitar que se convierta en un ente aislado sin relaciones ni correspondencias y sin propósitos claros y concretos, con distorsiones aberrantes al ser convertido finalmente en el único propósito de interés del trabajo.

¿ PODEMOS ENTENDER CÓMO FUNCIONA LA NATURALEZA?

A medida que creemos avanzar en la comprensión de la naturaleza, nos vamos convenciendo de que existen muy pocas leyes que la rigen, y que quizá la mayor parte de ellas se expresa declarando imposibles algunas cosas, Broecker (1990). Debemos aceptar también que la ciencia es un conocimiento aproximado, donde las teorías que poseemos están lejos de representar verdades inmutables: no representan más que el estado actual de nuestros conocimientos y deberán modificarse con el acrecentamiento de la ciencia. Todo conocimiento no es más que una cierta aproximación a la verdad donde la perfección científica nunca logra alcanzarse.

Popper (1972, 1983, 1985) nos dice que así como la ciencia jamás podrá contestar preguntas acerca del significado y propósito del universo, así también nada está determinado, nada es cierto y seguro, nada es completamente predecible, hay solamente propensiones para que ciertas cosas ocurran. El universo no parece otra cosa que probabilidad y de que la probabilidad está en la naturaleza física de las cosas. Heisenberg (1930) nos enseñó que no todas las proposiciones científicas son falsas o verdaderas sino que la mayor parte de los enunciados, si no todos, son indeterminados, inciertos, grises y borrosos. Mientras que también Einstein (1952) solía decir; “En la medida en que las leyes de las matemáticas se refieren a la realidad, no son ciertas. Y en la medida en que son ciertas, no se refieren a la realidad”. Mandelbrot (1977, 1997) a su vez demostró que muchos fenómenos son intrínsecamente indeterminados y de que exhiben comportamientos impredecibles y aparentemente aleatorios, lo que nos demuestra que a la ciencia cuando se le presiona y exige demasiado, termina por solo darnos incoherencias.

La investigación de los límites de nuestro conocimiento es más que una delimitación de las fronteras del territorio que la ciencia puede esperar descubrir, se convierte en un aspecto crucial en nuestro entendimiento de la naturaleza, una revelación paradójica de que podamos discernir lo que no podemos saber. Para algunos el teorema de la incompletud de Godel constituye una especie de barrera lógica más allá de la cual no se puede avanzar en el desarrollo de los conocimientos. La incompletud godeliana viene a decir que cualquiera que sea el tamaño del conjunto de datos por analizar, siempre nos faltarán informaciones sobre el fenómeno correspondiente y por ende nuestras conclusiones serán incompletas. No puede haber tampoco, un conjunto de axiomas que den respuesta a todo y obviamente es ilusorio pensar que un día lo habremos comprendido todo.

Sin embargo Alain Connes (premio Fields en matemáticas) nos dice que no hay que dejarse limitar por este enunciado, ya que no hay imposibilidad epistemológica para ir más allá de lo que indica este teorema. ¿Llegaremos a apreciar que las cosas que no se pueden conocer y no se pueden ver, definan a nuestro universo más claramente, más completamente y con más agudeza que aquellas en que ello es posible? ¿O tan sólo se trata de que; la ciencia no puede responder las preguntas sobre el sentido de las cosas, sino tan sólo sobre sus mecanismos?

LÍMITES EN EL PODER EXPLICATIVO Y PREDICTIVO DE LOS MODELOS

Se hacen observaciones de los fenómenos del mundo, se recaba la mayor información y se toman valores de sus principales componentes y variables, se disciernen modelos y se los describe con formulas matemáticas, las formulas simulan el fenómeno y predicen cada vez más lo que se observa y crece nuestra confianza en su poder explicativo y predictivo. Durante un largo período las formulas parecen infalibles, se ve todo lo que predicen y comienza a argumentarse que nos permitirán entenderlo todo. Pero entonces ocurre algo inesperado. Las formulas predicen que hay cosas que no pueden predecir, observaciones que no se pueden hacer, aseveraciones cuya verdad no se puede afirmar ni negar. La teoría muestra estar limitada no solamente en su esfera de aplicabilidad sino por ser y estar autolimitada. Por éstas dos causas se dice que el conocimiento completo es una ilusión tentadora y engañosa, aparece como la meta evidente de la ciencia, pero es un concepto largamente desconocido en los escritos de la ciencia contemporánea.

El objetivo final de la ciencia es hacer avanzar nuestra comprensión del mundo, en el reconocimiento de que nuestros órganos de los sentidos son falibles y nuestro raciocinio más aún. Sin embargo todas las ciencias poseen aspectos comunes no sólo en metodologías sino también en principios y conceptos y estos aspectos comunes es lo que puede hacer posible una ciencia unificada. Los científicos dan por supuesto de que este mundo está estructurado de alguna forma y que los métodos de la investigación científica pueden revelar todos o casi todos los aspectos de esta estructura. La solución del problema a menudo, significa encontrar la originalidad en la intersección de varias disciplinas. Obviamente no conocemos aún todas las respuestas y ni siquiera todas las preguntas importantes que podamos hacer. Sin embargo la experiencia demuestra que gran parte del trabajo más interesante y productivo tienen lugar en y a través de las fronteras que se autoimponen las diferentes disciplinas.

Tenemos dos tipos de científicos tratando de resolver el problema, los unificadores que son gente cuya pasión rectora es encontrar principios generales que lo expliquen todo y los diversificadores que son gente cuya pasión es explotar los detalles, enamorados de la heterogeneidad de la naturaleza. La biología es el dominio natural de los diversificadores, así como la física es de los unificadores. Se necesita para un crecimiento saludable, un equilibrio entre unificadores y diversificadores, ya que en nuestra infinita ignorancia todos somos iguales. Se necesitan obviamente ambas perspectivas de visión con suficiente contenido para no ser superficiales, pero a la vez en un contexto lo suficientemente amplio para acceder a problemas reales. Los principales científicos toman conciencia clarísima de que los fenómenos de la naturaleza son constitutivamente complejos y que su complejidad tiende a aumentar al integrarse en unas o en otras composiciones, al relacionarse unos con otros, tales fenómenos generan nuevos niveles de realidad.

Tales percepciones exigen construir conocimientos correlativamente complejos, coordinados por una nueva metodología que participa en ese conjunto de interacciones. Las características exclusivas de los organismos vivos no se deben a su composición, sino a su organización. Este organicismo se manifiesta en las características de los sistemas más complejos y organizados y en la historia evolutiva de los programas genéticos de los organismos. Es decir que los todos están relacionados con sus partes, donde no sólo el todo depende de la cooperación ordenada y la interdependencia de sus partes, sino que el todo ejerce algún control sobre sus partes. En síntesis el todo es más que la suma de sus partes.

¿PUEDE LA VIDA INFLUIR Y DETERMINAR EL AMBIENTE?

Sabemos que en biología nada tiene sentido excepto a la luz de la evolución y en el transcurso de la evolución la complejidad de la biosfera se ha incrementado. La destrucción del medio ambiente y la mala calidad de la vida se pueden resolver sólo con medidas basadas en el conocimiento de las raíces biológicas de estos problemas. Una rápida secuencia de generaciones produce nuevos genotipos en número suficiente como para hacer frente de manera permanente a los cambios del ambiente. La selección natural hace posible la adaptación utilizando la abundante variabilidad de la naturaleza viva.

La luminosidad solar ha incrementado en un 25% desde la formación de la Tierra. Sin embargo por miles de millones de años, la vida ha controlado la temperatura y composición química de la atmósfera, donde los elementos de el fitoplancton ante niveles muy altos de dióxido de carbono se vuelven biológicamente muy activos, removiéndolo y convirtiéndolo en carbonato de calcio, que finalmente se deposita en el fondo de los océanos y evitando así el calentamiento global atmosférico.

La hipótesis de Gaia ha aportado estas ideas para esclarecer ésta llamada paradoja solar, donde la vida actúa como un control automático de retroalimentación negativa sobre el sistema. Es la vida con su creciente presencia quien abate el contenido del dióxido atmosférico e impide que se de el calentamiento global por el efecto de invernadero, Lovelock y Margulis (1973). El clima influye sobre la vida y la vida influye sobre el clima.

El carbono elemento más importante para la vida se mueve en ciclos ligados y relacionados con todo lo demás. El agua elemento también importante para la vida, determina con su distribución las formas de vida de una localidad. La fotosíntesis usa la energía solar para convertir el dióxido de carbono en carbohidratos y oxigeno. Formando así grandes volúmenes de biomasa que ayudaron a crear los depósitos de carbón y petróleo y que mientras que a la Tierra le ha llevado millones de años formar estos depósitos, actualmente el hombre los está liberando en unos pocos años, creando así un verdadero problema de escala en espacio y tiempo para entender y resolver en los próximos años.

Con la deriva continental los continentes obtenían su distribución actual y el número de especies crecía, ya que con las fuertes diferencias climáticas entre el polo y el ecuador se establecían, más microclimas se formaban y más oportunidades ecológicas o nuevos nichos se creaban, Lamb (1977), Root y Schneider (1995), Schneider (1984, 1994). En el transcurso de la evolución la complejidad de la biosfera se ha incrementado y según Lotka (1925, 1956), con su “ley de la energía máxima”, los organismos vivos más aptos para sobrevivir en la lucha por la vida son los que tienen la capacidad de producir la mayor cantidad de energía en un tiempo dado. La energía liberada se invierte en el mantenimiento de la estructura, la reproducción y el crecimiento.

Con la introducción del pensamiento sistémico, podemos detectar que la especialización puede no proveernos con lo necesario para entender o resolver los problemas implícitos del cambio climático y deterioro ambiental, pero no cabe duda también, que aún con el establecimiento de grupos interdisciplinarios adecuadamente preparados en aspectos dinámicos y complejos de los sistemas no-lineales, nos tomara muchos años para esclarecer todas las dudas existentes al respecto.

EL ENFOQUE DEL ANÁLISIS Y PENSAMIENTO SISTÉMICO EN LAS CIENCIAS AMBIENTALES

Sabemos que un sistema es algo que fundamenta su existencia y sus funciones como un todo mediante la interacción de sus partes, es una entidad cuya existencia y funciones se mantienen como un todo por la interacción de sus partes. Contempla el todo y las partes, así como las conexiones entre las partes, y estudia el todo para poder comprender las partes, así el medio ambiente es un sistema extraordinariamente complejo cuyo funcionamiento se trata de entender mejor con el auxilio de las herramientas matemáticas.

La relación entre las diversas partes de un sistema determina el funcionamiento del mismo, de modo que cada parte, por pequeña que sea, puede influir en el comportamiento del conjunto. El comportamiento de un sistema será continuo, cuando actúa de forma predecible con arreglo a una serie de estados y será discontinuo cuando se de algo especialmente raro en circunstancias especiales debido a sistemas demasiado complejos para controlar todas las variables, observándose que cuanto más complejo es el sistema menos fiables serán sus datos muestrales para predecir posibles efectos. El análisis de sistemas no es una técnica matemática o grupo de técnicas matemáticas sino una amplia estrategia de investigación involucrando el uso de técnicas y conceptos matemáticos de manera sistemática y aproximación científica a la solución de problemas complejos. El análisis de sistemas es la organización ordenada y lógica de datos e información en modelos, seguidos por pruebas rigurosas y exploración de estos modelos necesarios para su validación y mejoramiento.

Podemos identificar siete pasos en la aplicación del análisis de sistemas en la solución de problemas ambientales; La identificación del problema, definición y límites de la extensión del problema, identificación de jerarquías, metas y objetivos, generación de soluciones, modelado matemático, evaluación del potencial curso de acción e implementación de resultados, Ritter et al (1979, 1997, 2000), Grant (2001).

MATEMÁTICAS Y AMBIENTE. ¿SIMULACIÓN O MODELACIÓN?

La ecología y en general las ciencias ambientales, concernientes de las complejas interacciones de los organismos vivos con su ambiente, tienen las mayores necesidades de un desarrollo moderno y actualizado en el uso de sus matemáticas a través de nuevas técnicas y nuevos modelos conceptuales, así como de la simulación, pronóstico y optimización en sus diferentes áreas.

Gran parte de la investigación en las ciencias ambientales se sigue realizando sin el más mínimo principio elemental en el diseño de experimentos y donde los resultados presentan limitaciones por los métodos empleados de muestreo. Incluso no es extraño encontrar gran cantidad de publicaciones donde los métodos de colección de información y el análisis estadístico utilizado son poco relevantes o ineficientes para el problema que se trata de resolver.

En la solución de problemas prácticos en las ciencias ambientales el desarrollo inicial de modelos han tenido que ser lo suficientemente simples para permitir la estimación de sus parámetros básicos y donde la estadística básica está restringida por requerimientos de linealidad, ortogonalidad, aditividad y normalidad. Las técnicas de Monte Carlo, pueden actualmente analizar las consecuencias de la no normalidad y asociado a la investigación de operaciones encontramos que las técnicas de optimización han desarrollado todo un nuevo campo de modelos conceptuales de donde ha derivado con un rápido desarrollo la Teoría de Redes, donde las trayectorias criticas de las redes es una de sus muchas posibles aplicaciones.

El desarrollo de una teoría adecuada para funciones no-lineales, ofrece considerables posibilidades en el área ambiental. Existen muchas situaciones donde debemos tomar decisiones con cierta incertidumbre y donde la Teoría de Juegos pueden ser convenientemente utilizados junto con la Teoría de Información con la que podemos manejar tanto atributos como variables múltiples.

Si fuera posible construir un modelo matemático de un ecosistema completo, sería posible probar hipótesis sobre el manejo o manipulación del recurso y probar nuevas teorías ecológicas sobre los ecosistemas, donde la investigación ecológica eventualmente permitiría la capacidad de poder iniciar con información sobre la comunidad y definir sus posibles estados evolutivos que tal comunidad puede tener. Los modelos más útiles reproducirán la realidad con suficiente precisión y ofrecerán un amplio espectro de decisiones a tomar para promover las mejores decisiones en aplicaciones prácticas.

Un análisis de sistemas exitoso desde su inicio pondrá un esfuerzo particular a fin de relacionar su fase de modelación con una estrategia cuidadosamente diseñada y con una validación vigorosa de todos los datos utilizados en el análisis. La retroalimentación considerando efectos positivos y negativos, juega un papel decisivo en la modelación matemática de los sistemas naturales, sin embargo su dinámica puede contener y mostrarnos una gran complejidad con resultados que dependerán de los factores ambientales y con respuestas posibles en las razones de crecimiento y de reproducción bajo condiciones marcadamente adversas. En el manejo por ejemplo de reservas naturales para la conservación de la vida salvaje, fácilmente se podrá observa que las dificultades que hay que resolver de inicio, comprenden aspectos de complejidad y de la variabilidad de las especies como elementos clave que contribuyen a la estabilidad e inestabilidad de estos ecosistemas.

¿ES NECESARIA UNA NUEVA RACIONALIDAD EN LAS CIENCIAS

AMBIENTALES?

El objetivo de la ciencia es la comprensión de la naturaleza, pero ésta, está cambiando continuamente y donde en ella no necesariamente la predicción desempeña el papel principal y donde además curiosamente el importante papel que desempeña el desarrollo de nuevos conceptos en el avance de la ciencia no se ha tenido en cuenta hasta tiempos muy recientes.

La tarea de la ciencia considerada por muchos es descubrir las leyes universales para descubrir la verdad universal y en poner a prueba su veracidad mediante predicciones y experimentos de laboratorio. Sin embargo la cualidad primordial de un experimento es su reproducibilidad, ya que sí no es reproducible no tiene sentido físico y no podemos esperar predecirlo. En las ciencias del ambiente, tenemos que enfrentarnos todos los días con ésta situación de tratar con fenómenos no reproducibles experimentalmente en su dimensión natural. Con la aceptación en el siglo XX del paradigma del organicismo u holismo y la derrota del mecanicismo y del vitalismo se dio un enorme impacto y avances que muchos aún no hemos podido apreciar en toda su dimensión. El holismo es una tendencia específica, creadora de todas las características del universo, y por lo tanto muy fructífera en resultados y explicaciones referentes a todo el curso del desarrollo cósmico y en lo particular en lo que toca a las ciencias ambientales.

El reduccionismo es incapaz de explicar características de los organismos que se manifiestan en los niveles de organización superiores. La integración es el resultado de la interacción de las partes, como consecuencia de sus propiedades. Debido a la interacción de las partes, la descripción de estas partes por separado no puede explicar las propiedades del sistema en su conjunto, es decir que es la organización de las partes en un todo lo que controla todo el sistema.

Debemos evitar los efectos más perniciosos de la especialización exagerada, ya que todo estudio aislado de los varios elementos de la naturaleza serán siempre profundamente estériles e irracionales. Evitar todo dogmatismo ya que este es peor que la ignorancia ya que vale más no saber nada que tener en el ánimo ideas fijas apoyadas por teorías en las que siempre se busca la confirmación, descuidando todo lo que no se relaciona con ellas.

Con estos enfoques no se pretende suprimir toda formación especializada a condición de que esa especialización funcione como un sistema abierto en relación con otros conjuntos disciplinarios, ya que si podemos dominar los conocimientos de nuestra especialidad, seremos también capaces de comprender e integrar conjuntos más amplios del saber, ya que los espíritus simples sin poder captar las complejidades crecientes, tienden generalmente a exacerbar los problemas en vez de resolverlos.

La nueva racionalidad es la de los científicos que transdisciplinariamente observan los fenómenos complejos de las ciencias ambientales, optando por la complementariedad y la conjunción de los conocimientos disciplinarios sumando a los análisis las observaciones de la síntesis, uniendo a las consideraciones precisas de todo lo real la investigación de lo potencial, de la heterogeneidad que es compartida, integradora de diversos criterios, imaginativa e inventiva y de que las ciencias, conocimientos y sensibilidades están en constante evolución. El mundo de hoy necesita una racionalidad diferente, conjuntada por las iniciativas, la cooperación, el sentido de la responsabilidad, la capacidad de relacionar unas cosas y fenómenos con otros y así descubrir en todo momento los brotes emergentes de lo nuevo.

Los biólogos casi nunca tienen tiempo para contemplar las ciencias de la vida y del ambiente en su conjunto para apreciar lo que sus diversas especialidades tienen en común, mucho menos para lo que se dé en otras disciplinas. Sin embargo los organismos vivos forman una jerarquía de sistemas cada vez más complejos (moléculas, células, tejidos, organismos, poblaciones y especies), donde en cada nivel surgen características que no se habrían podido predecir estudiando los componentes del nivel inferior. Este fenómeno de emergencia no es exclusivo de la biología, no es un rasgo distintivo del mundo orgánico, ya que también como lo señalara Bohr; “la emergencia campa por sus respetos en el mundo inanimado”. La investigación ecológica frecuentemente requiere escalas de largo plazo, donde incluso los experimentos de corto plazo pueden alcanzar fácilmente períodos de 25 años ó más, donde los modelos detallados de los componentes del ecosistema no son necesariamente la primera prioridad, sino la totalidad del sistema. La densidad de las algas en el Océano Pacífico se ha duplicado en los últimos años. Estas algas absorben gas carbónico y rechazan los gases sulfurosos, contribuyendo a limpiar la atmósfera, a descontaminar y a compensar las tendencias al calentamiento, garantizando la regulación general del planeta. La verdadera defensa de la naturaleza exige, estar atentos a los grandes sistemas de regulación y no a perturbaciones marginales. Qué tan lejos lleguemos depende de cuánto liberemos el arte de pensar. La información más útil es aquella que se transforma en conocimiento y que, a su vez, se convertirá en experiencia.

Hemos multiplicado el conocimiento, pero no a los hombres y mujeres que piensan, Allí donde no hay reflexión teórica, la ciencia ya no es más que una colección de archivos. Según René Thom: ningún progreso teórico capital se ha realizado desde la mecánica cuántica y el ADN. Los científicos fascinados por sus instrumentos de observación, han dejado de pensar y por lo tanto no hay progreso. Se contentan con describir los hechos, sin ser capaces de explicarlos. Rebeldes a toda síntesis, acumulan información, sin entender nada de ello y sin conseguir dar una imagen coherente de los mecanismos que describen, su ciencia se ha convertido en un cementerio de hechos. Impulsan al mundo de la investigación a la búsqueda de cada vez más experiencias y recogida de datos, hacia la observación sin reflexión, llamando verdad a lo que sólo es un conjunto de éxitos técnicos.

Los científicos experimentales se sienten orgullosos de su objetividad, aunque una y otra vez manipulan inconscientemente sus datos, hasta que se ajustan a las ideas preconcebidas y consistentemente obtienen la misma respuesta errónea, porque esa es la respuesta que ellos estaban esperando.

UN MUNDO DE COMPLEJIDADES AMBIENTALES

Originadas en una evolución que exigió alrededor de 3000 millones de años, criaturas vivientes, adaptadas a toda clase de condiciones de vida, pueblan tierras y mares. Todas provienen de una organización que utiliza sutiles sistemas fundados en transferencias de energía subordinados a intercambios de informaciones codificadas. La más mínima ameba, la más pequeña brizna de hierba, constituyen mundos de complejidad y de organizaciones que se perpetúan. Los seres vivos poseen los rasgos de la vida en lucha contra la entropía; del orden oponiéndose al desorden.

Es imposible no asombrarse ante la infinita variedad de formas de vida y dejar de preguntarse, sin respuesta, sobre su finalidad. Cualquiera sea el animal elegido, plantea un enigma. Así podrían multiplicarse a gusto las preguntas y los asombros correspondientes a cada ser, del más pequeño al más complejo. Las variaciones climáticas han sido por lo general bastante lentas en el pasado para permitir a las especies sustraerse en parte a sus efectos y los fenómenos catastróficos (como la desaparición de los dinosaurios) son casos raros o excepcionales.

Como manifestación de la selección natural, se da la relación entre el tiempo de las variaciones climáticas y los tiempos de respuesta de las especies, que permiten los equilibrios biológicos, conservarse y alcanzar los sitios más apropiados para su sobrevivencia. Si se observa la totalidad y la interdependencia de las cosas y se mide con los tiempos de la biología, mucho más largos que los de la historia conocida, se nota que nos encontramos en la encrucijada de las guerras, aumento de la población, grandes desequilibrios biológicos y climáticos inducidos por el hombre, derroche de los energéticos, pérdida de los patrimonios genéticos cuyos caminos están estrechamente ligados entre sí, y de que es necesario invertir el rumbo y enfrentarse con una nueva cultura del desarrollo basada en las siguientes consideraciones.

a.- Vivimos en una naturaleza cuyo equilibrio es extremadamente delicado y el hombre tiene la capacidad de fácilmente modificarlo de manera irreversible.

b.- La destrucción y el despilfarro de los recursos naturales y del ambiente a largo plazo no recompensan nunca ni en términos económicos ni sociales a la colectividad.

c.- El ficticio bienestar de la sociedad consumista está basado en el disfrute real de tres clases de individuos:


1.- Las nuevas generaciones que se encontrarán con escasos recursos y con ambiente contaminado;

2.- Los grupos más débiles y marginados que padecen daños a la salud, contaminaciones, etc., sin disfrutar de las ventajas económicas del consumismo:

3.- El tercer mundo, que paga con los monocultivos, con el hambre y con la destrucción del propio ambiente nuestras necesidades consumistas. La rapidez con que se mueven los parámetros actuales es mucho mayor que en el pasado. Las modificaciones naturales que antes se llevaban milenios, hoy, por el fuerte impacto de las modernas tecnologías, pueden ocurrir en periodos brevísimos.


El punto principal que se debe poner a discusión por ser el axioma equivocado en el que nos hemos basado hasta hoy, es el crecimiento material ilimitado e infinito. Para esto hay que volver a analizar no sólo las relaciones de producción, sino el qué producir, el cómo hacerlo producir, el dónde y cuándo. La realidad no está hecha sólo de producción y consumo, de salario y de ganancias, sino que son igualmente importantes los equilibrios naturales y la renovabilidad de los recursos naturales, hasta ahora irresponsablemente menospreciadas. Los modos de producir están basados en el despilfarro de los recursos, la destrucción del ambiente y la falta de respeto por las futuras generaciones.

Debemos revisar tanto el modo de producir como lo que se produce tratando de construir una nueva cultura con justicia social y conciencia ecológica. El aumento en los niveles de contaminación del anhídrido carbónico, y otros como el monóxido carbónico, óxidos de azufre y de nitrógeno, hidrocarburos y hollín, se debe a que obtenemos la mayor parte de nuestra energía de la combustión de petróleo, gas natural y carbón. Debemos detener esta dependencia de los combustibles fósiles, dado que cada día se introduce más anhídrido carbónico y contaminantes a nuestra atmósfera y la situación empeora cada vez más.

Las causas del deterioro del ambiente así como de sus efectos sobre la población son bien conocidas y lo han sido ya por muchos años y más estudios sobre lo mismo son en su mayoría innecesarios y salen sobrando, ya que el verdadero y fundamental problema es de que debemos eliminar el carbono de los combustibles que usamos hoy en día.


La naturaleza química de estos combustibles es de que están constituidos fundamentalmente de carbono e hidrógeno. De los cuales solo el hidrógeno es necesario para la liberación de la energía contenida en el combustible.

LOS SERES VIVOS JERARQUIAS DE SISTEMAS COMPLEJOS Y EMERGENCIAS

El siglo XX ha sido considerado como el siglo de la biología, sin embargo muchas veces entre los propios biólogos se tiene un concepto obsoleto de las ciencias de la vida, tendiendo a querer ser especialistas o súper especialistas sobre un tema, lo que no les permite contar con el tiempo de informarse y de tener alguna idea de los avances fuera de su área de estudio, mucho menos de ver las ciencias de la vida en su conjunto y como un todo. Podemos decir que hay muy pocos biólogos que realmente sean capaces de distinguir y apreciar lo que sus diversas especialidades tienen en común. Obviamente esto da poca oportunidad de realizar la integración de unas con otras especialidades. Todo esto produce la diferencia fundamental entre la forma de estudio de la física y la biología. Ambos mundos, el animado y el inanimado obedecen las leyes universales de la física, pero los primeros deben obedecer además las instrucciones de su programa genético.

Los seres vivos forman jerarquías de sistemas cada vez más complejos: moléculas, células y tejidos, organismos, poblaciones y especies. En cada nivel surgen características, las llamadas emergencias, que no se habrían podido predecir estudiando los componentes del nivel inferior.

Los organismos vivos no se pueden reducir a leyes físico-químicas y las leyes físicas no pueden explicar muchos aspectos de la naturaleza que son exclusivos de los seres vivos. La biología bien entendida, según Mayr ( 2006) incluye el pensamiento poblacional, la probabilidad, la oportunidad, el pluralismo, la emergencia y la narración histórica. Toda persona culta debería estar familiarizada con los conceptos biológicos básicos: de evolución, biodiversidad, competencia, extinción, adaptación, selección natural, reproducción, desarrollo, etc.

La superpoblación, la destrucción del ambiente y la mala calidad de vida se puede resolver sólo con medidas basadas en el conocimiento de las raíces biológicas de estos problemas. Una rápida secuencia de generaciones produce nuevos genotipos en número suficiente como para hacer frente de manera permanente a los cambios del ambiente. Mientras que los materialistas o fisicistas nos dicen que los sistemas vivos no son diferentes de la materia inanimada y que a nivel molecular, la vida se puede explicar según los principios de la física y la química, los vitalistas aseguran que los organismos vivos tienen propiedades inexistentes en la materia inerte ya que poseen numerosas características propias en especial en sus programas genéticos adquiridos a lo largo del tiempo, pero; ¿cómo explicarse que el proceso de la vida es el producto de moléculas que en sí mismas no están vivas?. A la filosofía que acabó compaginando los principios más válidos del materialismo y del vitalismo se le llamo organicismo, paradigma dominante en la actualidad.

Conocer, constituye una de las funciones esenciales de toda la evolución cósmica y, por tal razón, esta función debe, asimismo, considerarse como una parte importante de la función del hombre, en la medida en que éste acepta participar en la evolución. Conocer es, ante todo, una actitud frente a la realidad exterior. Conocer equivale a un despertar continuo a esta realidad. ¿Cómo aceptar que lo esencial de la realidad exterior sea algo que puede describirse de forma variable, y dependiente del observador? Según lo observado y entendido por la mecánica cuántica.

CONCLUSIONES

Para muchos de nosotros, nuestras vidas, se encuentran permanentemente sumergidas en el caos, donde la condición primordial es la incertidumbre y la contingencia, decimos que hemos pasado de forma desapercibida del orden al caos, creando como resultado confusión y angustia, sin embargo existe también la otra parte de la moneda que es cuando pasamos del caos al orden, condición que es a la que generalmente menos atención solemos dar. Por lo que conocer más acerca del caos, su dinámica y sus leyes fundamentales de comportamiento, podría servir para tener una oportunidad de cambiar radicalmente nuestras vidas, ya que la creatividad florece cuando estamos inmersos en el caos, abrazando por consiguiente un vasto campo de conductas.

Se dice que la naturaleza utiliza el caos para que se den los acontecimientos y así crear nuevas entidades donde se de la cohesión del universo, siendo al mismo tiempo un proceso de destrucción y creación, simultáneamente estable y siempre cambiante, generando formas complejas que se renuevan constantemente, favoreciendo nuevos modos de comportarnos, pensar y vivir la nueva realidad, Briggs y Peat (1999). La creatividad significa llegar a la verdad de las cosas ir más allá de nuestros conocimientos y es ahí donde precisamente vamos a encontrar el caos creativo. Muchas de las estructuras que vemos en la naturaleza son ejemplos de caos autoorganizado y creativo donde los modos en que dispone la naturaleza de dichos principios son inacabables, tendiendo a permanecer sus vórtices de conducta estables siempre y cuando las condiciones en que fueron creados se mantengan dentro de ciertos límites.

Nuestros hábitos de pensamiento, opiniones y experiencias, y los mismos hechos del mundo son similares a los rizos de retroalimentación observados en la naturaleza que giran una y otra vez para mantenernos en el mismo lugar. Tales rizos limitadores son necesarios para mantener la estabilidad de la sociedad pero a la vez pueden llegar a ser terriblemente constrictivos. Sólo abandonando las estructuras comúnmente reconocidas es posible una autoorganización creativa. Comprender que para ser creativos necesitamos conocer todas las facetas del caos creativo, teniendo una actitud diferente acerca del significado de los errores, oportunidades y fracasos a los que comúnmente tiene la sociedad contemporánea. Donde, complejidad indica la cantidad de elementos de un sistema (complejidad cuantitativa), además de sus potenciales interacciones (conectividad) y el número de estados posibles que se traducen a través de sus relaciones (variedad o variabilidad).

Así la complejidad sistémica está en proporción directa con su variedad y variabilidad; por lo tanto, es una medida comparativa. Este concepto guarda relación con el del lenguaje, que parte de las letras y pasa por las palabras, frases, párrafos, capítulos y libros; con la peculiaridad de que las letras no tienen nada que ver con las palabras y así sucesivamente; del mismo modo que la letra “h” no está emparentada con el concepto huracán; esto significa que cuanto más de cerca se mire un problema en la naturaleza, tanto más borrosa se vuelve la solución. Así las estructuras más complejas de la pirámide tienen propiedades ajenas y diferentes a los ingredientes anteriores o inferiores, lo cual plantea un problema importante para la ciencia, ya que se pierde la capacidad de predicción; a dichas propiedades se les conoce como propiedades emergentes.

Sin embargo si la precisión diluye aún más el objeto de estudio, ¿qué estrategia debe emplearse para estudiar los sistemas complejos? Aquí interviene la teoría de la totalidad, que concibe el mundo como un todo orgánico, fluido e interconectado; si algo falla no debe buscarse la porción dañada, sino más bien hay que revisar el sistema completo ya que se trata de una unidad indisoluble, Ritter et al.(2003).

El gran error histórico de la ciencia consiste en observar la naturaleza de modo fragmentado y explicarlo todo mediante la suma de sus partes, ignorando dos aspectos primordiales: la imposibilidad de “meter la totalidad en el bolsillo” porque el bolsillo también forma parte de ella y la dependencia que existe entre el observador, lo observado y el proceso de observación; donde el hombre integra la realidad, de modo que su mera presencia altera el objeto de estudio.

La obsesión por interpretar el caos desde el punto de vista del orden debe dejar paso a una interpretación global, que salva las fronteras de las diferentes disciplinas y acepta la paradoja que convierte lo simple y lo complejo, el orden y el caos, en elementos inseparables. Donde el elemento se entiende como las partes o componentes de un sistema que pueden organizarse en un modelo. Por ejemplo, lo más complejo que ha concebido el hombre, denominado el fractal de Mandelbrot, se creó a partir de una ecuación iterativa muy simple; así el caos es una inagotable fuente de creatividad, de la que también puede surgir el orden y viceversa. Las civilizaciones antiguas creían en la armonía entre el caos y el orden, y definían al primero como “una suerte de orden implícita”; quizá sea el momento de reflexionar y retomar el concepto.

Las principales hipótesis que se plantean son las siguientes:

-El caos existe en todas partes pero a la vez se observa un orden dentro de este caos.

-En su dinámica, ecuaciones simples presentan una gran complejidad, con dependencias sensitivas a las condiciones iniciales.

-No existen fronteras disciplinarias que la delimiten, por lo que se le considera como la naturaleza general de los sistemas.

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.

Cuando un sistema es más complejo en el sentido de un mayor número de especies con una estructura más rica de interdependencias, dinámicamente resulta más frágil. Es decir que el incremento de complejidad conlleva a una fragilidad dinámica. Esto no significa que los sistemas complejos sean menos estables que los simples, sino que tienen una capacidad limitada de interacciones con su ambiente físico, Waldrop (1992), Wolfram (1984), Villa (2000), Ray (1994c).

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En Globalización: WALTER Ritter Ortíz y TAHIMÍ E. Pérez Espino


Enero 2011 ¿Qué es la Planificación?

Dic 2010 ¿Qué es el enfoque sistémico de los sistemas pensantes?

Nov 2010 ¿Qué es la Educación Ambiental Sistémica?

Oct 2010 ¿Qué es el nivel de conciencia?

Sept 2010 ¿Qué es ser sustentable?

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Abril 2010 ¿Qué es el cambio climático y qué tan efectivo es su pronóstico?

Marzo 2010 ¿Las nuevas realidades, una visión sistémica de la complejidad del mundo?

Marzo 2010 ¿Qué es la realidad?

Agosto 2003 Las Maravillosas Conexiones Ocultas de la Vida: Agroecología versus Biotecnología Tahimí Pérez Espino, Walter Ritter Ortiz, Alfredo Ramos Vazquez, Juan Suarez, Sánchez


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