As definições tradicionais de vida têm se concentrado em diversas características importantes dos seres vivos.

• Replicação (herança e transmissão à descendência)
• Variação (mudanças aleatórias com diferentes níveis de sucesso reprodutivo)
• Metabolismo (obtenção de energia e matéria do ambiente)
• Encapsulamento (envolvimento de elementos vitais em membrana)
• Homeostase (manutenção do equilíbrio de energia e matéria dentro e fora de cada célula)
• Crescimento (de uma única célula eucariótica à maturidade e morte, as bactérias simplesmente se dividem)
• Sinalização (entre células e componentes celulares - neurotransmissores, hormônios, feromônios, etc.)

A NASA ofereceu uma definição simples de vida como "Um sistema químico autossustentável capaz de evolução darwiniana".

Nas últimas décadas, inspirados por comparações com computadores digitais modernos, cientistas e filósofos identificaram características adicionais que consideram fundamentais para a vida. Alguns pensadores destacam uma ou duas dessas características e afirmam ter descoberto a natureza fundamental da vida.

As tentativas de encontrar a origem da vida nas propriedades dos sistemas químicos definiram várias dessas características definidoras "essenciais"...

• Processos autocatalíticos (cf., Melvin Calvin , Manfred Eigen , Terrence Deacon)
• Autoorganização (cf., autopoiese , Francisco Varela , Humberto Maturana )
• Complexidade ( Harold Morowitz , Ilya Prigogine )
• Sistemas Adaptativos Complexos ( Stuart Kauffman , Instituto Santa Fé )
• Emergência (ex.: ordem a partir do caos, Ilya Prigogine )
• Não-linearidade, Não-equilíbrio ( Ilya Prigogine )

Os seres vivos exibem todas essas características, mas nenhuma delas explica tudo o que acontece no nível dos átomos e moléculas.

[Prigogine é talvez o nome mais famoso na teoria do caos e na teoria da complexidade . Embora tenha feito poucas contribuições originais para esses campos, ele é famoso por elas. Seu trabalho, especialmente seu livro de 1984 escrito com Isabel Stengers , Ordem a partir do Caos , é uma importante referência hoje para conceitos populares como "autoorganização", "sistemas complexos", "pontos de bifurcação", "não-linearidade", "atratores", "quebra de simetria", "morfogênese", "autocatalítico", "restrição" e, claro, "irreversibilidade", embora nenhum desses termos seja originalmente de Prigogine. O nome "estruturas dissipativas" e talvez a frase "longe do equilíbrio" pertençam a Prigogine, mas os conceitos termodinâmicos essenciais para a compreensão da vida já estavam presentes em Boltzmann , Bertalanffy e Schrödinger , e talvez em muitos outros.]

• É necessário um local no universo com um fluxo de energia de baixa entropia de uma fonte para um sumidouro . Um bolsão local de entropia "negativa" pode formar estruturas de informação .

• Por exemplo, o fluxo de radiação solar mantém sua alta temperatura de cor, mas possui uma baixa temperatura de equilíbrio energético à distância da Terra. O Sol é a fonte . A Terra equilibra essa radiação à sua temperatura média. O sumidouro é o céu noturno escuro no lado oposto ao Sol.

• Outra fonte de altas temperaturas é o vulcanismo proveniente do interior da Terra, que esfria lentamente. O sumidouro é a água mais fria do oceano.

• A criação de uma estrutura de informação genuinamente nova requer múltiplos resultados possíveis. No mínimo, a criação pode ter sucesso ou fracassar. Como Claude Shannon demonstrou, se houver apenas um resultado possível, esse resultado já está determinado . A novidade requer múltiplas possibilidades de resultado . Sem possibilidades alternativas , não há informação nova .

• Em nível atômico, a formação de ligações entre elementos é um evento quântico probabilístico. Se houver ligação, a energia de ligação deve ser dissipada para satisfazer a segunda lei da termodinâmica. Os elementos ligados possuem menor entropia, mas a entropia total sempre aumenta.

• A nova estrutura de informação possui mais ordem, diminuindo a entropia, de modo que a energia com alta entropia dissipada satisfaz a exigência de que a entropia total aumente. Novamente, se a entropia positiva necessária para satisfazer a segunda lei não for dissipada, uma nova estrutura de informação não será possível.

• Todos os eventos de criação de informação têm esta estrutura de duas etapas: primeiro, os processos quânticos geram múltiplas possibilidades com probabilidades , em princípio, calculáveis ; segundo, se uma estrutura de informação de baixa entropia for criada, a alta energia de entropia "positiva" dissipada deve exceder o baixo ganho de entropia "negativa".

• Muitas estruturas transitórias podem se formar por um instante, como por exemplo, átomos de hidrogênio no início do universo, mas são rapidamente destruídas se os fótons ionizantes não puderem ser irradiados para longe do próton e do elétron.

• Átomos, moléculas, planetas, estrelas e galáxias são todos novas estruturas de informação. Mas são estruturas passivas .

• As estruturas de informação vivas são ativas , comunicando-se entre si e com outros seres vivos e seus ambientes.

• Comunicar significa sinalizar , enviar e receber informações entre células e entre componentes celulares.

• Os seres vivos utilizam ativamente a informação para gerir a sua reprodução.

• O feedback de seus componentes permite a regulação de sua homeostase .

• A informação que chega de fora os torna conscientes do que os rodeia. Em animais superiores, chamamos a isso consciência .

• A definição mais ampla possível de vida talvez seja considerar os seres vivos como formas através das quais a matéria e a energia fluem, com suas estruturas de informação ativas gerenciando esse fluxo.

• Esses fluxos de matéria e energia são, naturalmente, também fluxos de informação.

• O conteúdo informacional de um ser vivo é a sua essência metafísica , porque a matéria e a energia particulares são meros transitórios através da forma , em grande parte imutável , da sua " identidade ".

• A informação não é matéria nem energia, embora precise de matéria para se materializar e de energia para se comunicar com outras estruturas de informação.

• Os físicos acreditam que o universo material obedece a "leis da natureza" que eles descobriram. Alguns pensam que essas leis determinam tudo o que acontece. Outros pensam que o controle é apenas estatístico. Mas as leis "supervenientes" da química e da biologia não podem ser reduzidas a um controle de baixo para cima pelos nossos átomos constituintes.

• Os químicos veem a vida simplesmente como processos químicos complexos , possibilitados por algumas moléculas que catalisam reações que normalmente não ocorrem em condições de equilíbrio. Alguns químicos acreditam que a informação em qualquer conjunto específico de moléculas é a mesma que em qualquer outro conjunto com as mesmas moléculas. Um ser vivo é apenas "um saco de substâncias químicas" ou uma molécula enorme . A evolução dos seres vivos não pode ser reduzida à evolução química.

• Tradicionalmente, os biólogos negam que a "informação" seja relevante para a compreensão da vida, embora isso esteja mudando com o estudo da sinalização celular. Conceitos como informação , conhecimento , significado e propósito são o que os filósofos da biologia descrevem como "erros de categoria". Os biólogos que aceitam que a biologia se reduz à química, que por sua vez se reduz à física, ficam apreensivos com as alegações de " emergência " de propriedades "holísticas" ou "idealistas".

• Esses três tipos de cientistas frequentemente têm opiniões divergentes sobre a segunda lei da termodinâmica e sua derivação da mecânica estatística.

• Até mesmo os cosmólogos costumam se confundir com a segunda lei da termodinâmica. A ordem não pode surgir do caos simplesmente porque as leis da dinâmica são não lineares, as reações são autocatalíticas ou as estruturas dos sistemas são complexas.

• A filosofia da informação demonstrou que cada fragmento de informação criado no universo é um processo de duas etapas que termina com a saída de entropia positiva da nova estrutura de informação e começa com a geração quântica indeterminística de possibilidades alternativas .

• Essas possibilidades só existem devido à expansão do universo! Em um sistema fechado e finito, a entropia sempre aumenta em todos os lugares. Em um sistema fechado em equilíbrio, não há para onde a entropia positiva ir.

• Mas o universo não é um sistema fechado . Ele está em um estado dinâmico de expansão, afastando-se do equilíbrio termodinâmico mais rapidamente do que os processos entrópicos conseguem acompanhar, como sugerido pela primeira vez por Arthur Stanley Eddington em 1935, que disse:

  A expansão do universo cria novas possibilidades de distribuição mais rapidamente do que os átomos conseguem processá-las, e já não existe qualquer probabilidade de uma distribuição específica se repetir.

  ( Novos Caminhos na Ciência , 1935, p. 66)

• A entropia máxima possível está aumentando muito mais rápido do que o aumento real da entropia. A diferença entre a entropia máxima possível e a entropia real é informação potencial, como demonstrado graficamente na década de 1970 pelo meu colega do departamento de astronomia de Harvard, David Layzer .

  

• Portanto, é possível a existência de bolsões de baixa entropia ou de entropia "negativa". Localmente, uma estrutura de informação pode ter menos entropia e mais informação, mesmo que a entropia global tenha aumentado. Quando um átomo de hidrogênio se forma a partir de um próton e um elétron, sua entropia por partícula é menor.

  Quando as forças gravitacionais atraem nuvens de matéria para formar uma estrela, o trabalho realizado pela gravidade aquece a matéria. Se esse calor não pudesse ser irradiado da nova estrela, ela pararia de colapsar. O espaço em expansão entre todos os objetos fornece o sumidouro termodinâmico para a entropia global positiva.

• Os filósofos da mente não conseguem explicar como a mente , com suas "ideias" imateriais , pode ser reduzida à biologia "materialista", que por sua vez é reduzida à química, que é reduzida à física. Muitos aceitam uma forma de " panpsiquismo ", segundo a qual a mente deve ser uma propriedade fundamentalmente intrínseca da matéria. Eles pensam que a mente não pode ter surgido da matéria. A filosofia da informação demonstra que estão errados . As mentes são criadas .

Normal | Professor | Pesquisador