La memoria del entorno y la bañera de entropía de los sistemas vivos

Original: "Non-Markovian Entropy Dynamics in Living Systems from the Keldysh Formalism"
arXiv:2603.12184 · 2026-03-12 · CC BY 4.0 · 3 min
El ciclo vital de un organismo es una curva de entropía con forma de bañera, y la memoria del entorno gobierna cómo envejecemos.

Una bañera con agua es algo muy sencillo. La llenas, el nivel se mantiene un rato y luego se va por el desagüe poco a poco. Lo mismo hace la entropía, esa medida del desorden, en un organismo vivo a lo largo de su vida. Al principio, en la infancia y la juventud, el organismo pone orden: las células se dividen, los órganos crecen, la entropía baja. En la madurez el orden se sostiene en una meseta, como el agua en la bañera. Al llegar la vejez el desorden se acumula y la entropía sube, hasta que el sistema se agota.

Pero esta bañera tiene una particularidad que a menudo se pasa por alto. El agua no se limita a quedarse quieta: recuerda lo que hubo antes. El entorno con el que el organismo intercambia materia y energía deja rastros: marcas epigenéticas en el ADN, daños acumulados, cambios en las proteínas. Esos rastros no desaparecen de golpe, sino que condicionan el futuro. Los físicos llaman a esa memoria «ruido coloreado», a diferencia del «ruido blanco», que olvida el pasado de inmediato. En un nuevo trabajo teórico, los autores incorporaron esa memoria a la descripción matemática del ciclo vital y observaron qué cambiaba.

La herramienta principal es el formalismo de Keldysh. Se trata de una manera de describir sistemas fuera del equilibrio en la que el sistema y el entorno se tratan en pie de igualdad, y no como figura y fondo. De ahí nace un núcleo de memoria, un objeto matemático que indica cuánto pesa el pasado sobre el presente.

El resultado fue muy ilustrativo. Sin memoria, la curva de entropía es una bañera lisa: bajada, fondo plano, subida. Con memoria, en la bajada aparecen oscilaciones: el organismo parece probar distintas variantes de orden antes de quedarse con una. En la meseta de la madurez surge una deriva lenta y fluctuaciones correlacionadas amplificadas, es decir, pequeñas perturbaciones que se arrastran unas a otras. Y durante el envejecimiento la subida se vuelve más pronunciada y adquiere una cola larga: las huellas del orden anterior se conservan más tiempo del que cabría esperar.

Estos cambios pueden medirse a través de un indicio muy sutil. En el equilibrio, la relación entre las fluctuaciones espontáneas y la respuesta a una perturbación externa está estrictamente definida: es el teorema de fluctuación-disipación. En los sistemas vivos ese teorema se viola, y el grado de violación depende de la frecuencia. En la juventud, las fluctuaciones de baja frecuencia están suprimidas: el organismo amortigua activamente las perturbaciones aleatorias. En la madurez, el comportamiento es casi de equilibrio. Hacia la vejez, el ruido de baja frecuencia se intensifica: el sistema pierde la capacidad de resistir fallos lentos.

Un detalle más: los autores introdujeron una «variable de daño», un contador abstracto de averías acumuladas. Su dinámica muestra un enlentecimiento crítico: el tiempo de retorno a la norma crece y, cerca del punto crítico, el sistema parece quedarse congelado. Esa es la firma termodinámica de la proximidad de la muerte.

Así, la bañera de entropía deja de ser una simple metáfora. Se convierte en una curva precisa que puede calcularse si sabemos cómo se comunica el entorno con el organismo. El trabajo no ofrece una receta de vida eterna, pero propone un lenguaje con el que hablar del envejecimiento como una pérdida de estabilidad dinámica, y no solo como una acumulación de averías. Y en ese lenguaje la memoria del entorno no es un estorbo, sino un jugador clave.

En el modelo, la bañera de entropía no es universal: al aumentar el tiempo de memoria, la curva del envejecimiento adquiere una cola larga, lo que significa que el organismo conserva durante más tiempo las huellas de su ordenamiento pasado después de que comienza la desintegración.

X_{AB}(\omega) = \frac{S_{AB}(\omega)}{\coth(\omega/2T_{\mathrm{ref}})\chi''_{AB}(\omega)}
Cociente entre el espectro de fluctuaciones y la parte disipativa de la respuesta, normalizado a una temperatura de referencia; su desviación de la unidad indica el grado de no equilibrio.
\langle \dot{S}_{\mathrm{tot}} \rangle = \int_{-\infty}^{\infty} \frac{d\omega}{2\pi} \frac{\omega^2}{T} |\chi(\omega)|^2 [S_\xi(\omega) - 2T\,\mathrm{Re}\,\tilde{\gamma}(\omega)]
La producción de entropía es proporcional a la violación del teorema de fluctuación-disipación, ponderada por el cuadrado de la susceptibilidad.
\tau_{\mathrm{rel}} \sim |\mu - \mu_c|^{-\nu}
Cerca del punto crítico el tiempo de relajación diverge de forma potencial, lo que refleja el frenado de la dinámica durante el envejecimiento.
Científicos
Ludwig BoltzmannJames Clerk MaxwellRudolf ClausiusJacob BekensteinStephen HawkingEdward Witten
Conceptos
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