Las células vivas pagan un costo energético invisible crucial, no solo para ejecutar reacciones químicas, sino para encauzarlas y bloquear alternativas indeseadas. Este gasto, esencial para la estabilidad de la vida, ha sido cuantificado por un nuevo marco termodinámico. El estudio revela cómo la naturaleza optimiza la eficiencia biológica, minimizando esta factura energética oculta.
La física mecánica clásica sugiere que si nada se mueve, no hay trabajo y, por ende, ningún costo energético asociado a detener un proceso. Sin embargo, en los sistemas vivos, esta suposición no es válida. Las células invierten energía activamente en prevenir reacciones no deseadas, un esfuerzo que contribuye a la producción de entropía y tiene un precio termodinámico real y considerable.
Esta revelación, publicada el 6 de enero de 2026 en el Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment (JSTAT), introduce un marco que permite calcular estos gastos energéticos previamente ignorados. Este enfoque ofrece una nueva perspectiva sobre la selección y el refinamiento de las rutas metabólicas en las etapas más tempranas de la vida en la Tierra.
La importancia de este descubrimiento, destacado por ScienceDaily.com, radica en su capacidad para explicar cómo la vida temprana aprendió a controlar su química. Desde la formación de la primera membrana celular, los sistemas biológicos han gastado energía para mantener la separación y limitar las reacciones internas, seleccionando solo vías metabólicas eficientes.
El surgimiento de la vida y el control químico
El inicio de la vida probablemente ocurrió cuando moléculas orgánicas simples formaron una barrera, separando un interior del ambiente. Esta primera membrana celular marcó una distinción clara entre el adentro y el afuera. Desde ese punto, el sistema tuvo que gastar energía para mantener esta separación y limitar qué reacciones químicas podían ocurrir internamente.
En lugar de permitir cada reacción posible, las células primitivas seleccionaron solo un pequeño conjunto de vías metabólicas que podían usar materiales entrantes del ‘exterior’ para producir nuevos compuestos útiles. La emergencia de la vida fue inseparable de esta necesidad de gestionar límites y elecciones, un proceso con un costo energético invisible inherente.
Aunque el metabolismo tiene costos energéticos obvios ligados a las reacciones, existe un gasto adicional asociado a guiar la actividad química por vías específicas. Este esfuerzo extra previene que las reacciones se ramifiquen en todas las demás alternativas físicamente posibles, un concepto clave en este nuevo marco termodinámico.
La eficiencia de la naturaleza en el metabolismo
Praful Gagrani, investigador de la Universidad de Tokio, junto a Nino Lauber, Eric Smith del Georgia Institute of Technology y Christoph Flamm, desarrollaron el método para calcular estos costos ocultos. Su enfoque permite clasificar las vías metabólicas según su demanda energética, ofreciendo una valiosa perspectiva sobre la eficiencia biológica y la evolución.
Smith, uno de los coautores, utilizó MØD, un software desarrollado por Flamm, para enumerar todas las vías posibles que pueden ‘construir’ moléculas orgánicas a partir de CO2. Este algoritmo se aplicó al ciclo de Calvin, las reacciones de la fotosíntesis que convierten el dióxido de carbono en glucosa.
El análisis reveló que la vía utilizada por la naturaleza se encuentra entre las opciones menos disipativas, es decir, requiere menos energía que la mayoría de las alternativas. ‘Increíble, ¿no?’, comentó Gagrani, destacando la optimización inherente de los sistemas vivos. Esto subraya cómo la vida ha minimizado su costo energético invisible, un tema explorado en profundidad por estudios sobre termodinámica biológica.
Este nuevo marco termodinámico redefine nuestra comprensión del metabolismo, revelando el costo energético invisible que es intrínseco a la existencia de la vida. La capacidad de las células para mantener el orden y dirigir sus procesos químicos con una eficiencia asombrosa es un testimonio de millones de años de evolución.
Al cuantificar estos gastos ocultos, los científicos pueden ahora explorar con mayor precisión cómo la vida ha evolucionado para seleccionar las vías metabólicas más eficientes. Esto no solo profundiza nuestro conocimiento sobre los orígenes de la vida, sino que también podría inspirar nuevos diseños en ingeniería bioquímica y sistemas artificiales, abriendo caminos para la innovación futura.
