Leituras pela manhãzinha - a vida como consequência da entropia

 

A estranha (mas apelativa) ideia de que a vida é uma consequência da entropia

“Começamos com um aglomerado aleatório de átomos e, se o iluminarmos durante tempo suficiente, não será assim tão surpreendente obtermos uma planta.”

James Felton

Como é que a vida começou na Terra continua a ser uma grande questão - os cientistas têm ideias de como terá começado: talvez perto de uma fonte hidrotermal que forneceu a energia necessária para a reacção química que acabou por dar origem aos primeiros organismos vivos. 

Por vezes, fala-se de um acontecimento improvável, em que a mistura certa de substâncias químicas se fundiu por acaso e por colisões aleatórias, dando origem à vida. Mas e se fosse a física que estivesse subjacente a estas reacções, guiando a vida para a existência?

A entropia é uma medida da desordem de um sistema. Quando algo se encontra num estado de alta entropia (ou alta desordem), poderíamos trocar os componentes do sistema e tudo ficaria praticamente na mesma.

Mas no universo há coisas, como a vida, que existem num estado de baixa entropia. Isto pode parecer que viola a segunda lei da termodinâmica (que a entropia num sistema fechado aumenta sempre, ou tudo tende para a desordem), mas não é esse o caso. A vida não viola a segunda lei, uma vez que absorve energia do meio ambiente, gastando energia para diminuir temporariamente a sua própria entropia, tal como se gasta energia para empurrar temporariamente a neve para a forma de um boneco de neve e criar uma ordem temporária, até que a entropia a empurra novamente para a desordem. Quando o sistema global (incluindo a fonte de energia para a vida e o calor gasto pela vida) é tido em conta, o sistema global continua a tender para a entropia.

Esta lei estatística do universo foi descoberta pela primeira vez por Rudolf Clausius, que observou que o calor flui de corpos com temperaturas mais altas para corpos com temperaturas mais baixas, e não o contrário. De acordo com England, a vida e as estruturas semelhantes à vida podem surgir em ambientes complexos e caóticos de forma a distribuir melhor o calor pelo ambiente. Por outras palavras, a vida e as estruturas semelhantes à vida surgem como consequência da entropia, pela sua capacidade de distribuir o calor.

Num artigo, England simulou uma sopa complexa de 25 produtos químicos em concentrações variadas com vários níveis de energia aplicados ao sistema para “forçar” as reacções químicas, tal como a luz solar pode desencadear a produção de ozono na nossa atmosfera (obrigado, entropia).

“Tal como previsto em trabalhos teóricos anteriores, a nossa descoberta central foi que os comportamentos cineticamente estáveis de um tal sistema são de facto tendenciosos no sentido de parecerem estar bem sintonizados com o impulso externo”, escreveram England e o coautor Jordan M. Horowitz no seu artigo. “Por outras palavras, o comportamento a longo prazo do sistema é enriquecido com resultados que seriam observados apenas com uma pequena probabilidade numa amostragem aleatória e uniforme de todo o espaço de possibilidades.”

Enquanto algumas sopas se moviam em direção ao equilíbrio como esperado, os sistemas mais extremos experimentaram um “ajuste fino espontâneo”, reorganizando-se em estruturas mais complexas, mais capazes de lidar com o ambiente complexo e distribuir melhor o calor.

Num segundo artigo, a equipa encontrou “padrões mais realistas de comportamento molecular coletivo”, bem como uma “tendência estatística do sistema para adoptar estruturas com taxas de absorção de trabalho superiores às do equilíbrio [...], em que as transições altamente irreversíveis que sustentam a tendência do sistema para estruturas ressonantes ocorrem porque a ressonância os ajuda a colher mais trabalho da [fonte de energia] externa”.

Apesar de se tratar de um análogo da vida e de não replicar de perto a sua complexidade - a teoria é controversa e, como sempre, é preciso trabalhar mais - os resultados são intrigantes e sugerem que a vida pode surgir como resultado das leis da física. 

Se os resultados estiverem correctos, sugerem que a vida é provavelmente omnipresente em todo o Universo, surgindo em sistemas complexos como o nosso próprio planeta.

“Começamos com um aglomerado aleatório de átomos e, se o iluminarmos durante tempo suficiente”, disse England à revista Quanta em 2014, ‘não deve ser assim tão surpreendente obter uma planta’.

iflscience.com/life-is-a-consequence-of-entropy-