Sistemas Dinámicos Abiertos Cuánticos y Biológicos

Proyecto ANID Exploración 13220168

Esta propuesta tiene como objetivo proporcionar una descripción matemática sintética del fenómeno de la evolución y la innovación de la vida, como resultado de la interacción de flujos materiales, energéticos e informativos desde la perspectiva de los Sistemas Dinámicos Abiertos y a través de todas las escalas que caracterizan los fenómenos de la vida, desde las escalas cuánticas hasta las clásicas, mediante el uso de enfoques algebraicos no conmutativos..

Los sistemas biológicos son esencialmente abiertos y existen en un movimiento continuo e interacción con su entorno. Este movimiento puede asimilarse a un metabolismo, la transformación de algo en otra cosa (o metabole en griego, ver (Heidegger 1967)). El movimiento es el concepto clave para entender la evolución de sistemas biológicos complejos a través de la herramienta analítica de modelos dinámicos de sistemas abiertos (OSD, por sus siglas en inglés). Este movimiento consiste en flujos, que son los elementos básicos de las descripciones fenomenológicas de la materia viva; flujos de biomasa, de energía y de información. El origen de la vida es el origen de un flujo de biomasa, compuesto por diferentes entidades que interactúan y se modifican a través de la evolución en interacción constante con el entorno en el que están contenidos. Comprender estas interacciones desde principios fundamentales es un desafío científico que requiere un programa de investigación transdisciplinario para abordarlo.

Para trabajar con la noción de flujos, como los flujos de biomasa, los imaginamos como compuestos por un conjunto de entidades, como individuos y especies, que interactúan mediante el intercambio de energía e información, y esta interacción puede representarse mediante un gráfico o una red cuyos vértices son las entidades que interactúan y los bordes representan los flujos de biomasa (materia viva), energía e información. Así, tenemos un gráfico dinámico cuya evolución temporal está dada por la interacción entre sus componentes; es decir, por un metabolismo que, por un lado, transforma la materia, la energía y la información en los componentes de la red y, por otro lado, está en continua interacción con el entorno (interpoiesis, Rolando Rebolledo 2012).

Este enfoque enfrenta varios desafíos, como la necesidad de proponer una dinámica para los intercambios de materia, energía e información que abarque todas las escalas a través de las cuales opera la vida, desde las escalas cuánticas hasta las clásicas. También debe especificar cómo esta dinámica afecta la evolución a través de innovaciones, relacionando biomasa, energía e información con la aptitud. Además, se enfrenta al desafío de comprender estos aspectos en un marco de trabajo de OSD o dinámica de red abierta.

Nuestro proyecto propone estudiar los fundamentos matemáticos de los modelos de sistemas abiertos aplicados a la vida, considerando la interacción entre materia, energía e información, desde escalas cuánticas hasta escalas clásicas, para comprender las leyes que rigen su evolución y cambio continuo mediante innovaciones con impacto en diversas áreas de la ciencia y la tecnología. Adoptaremos un enfoque interdisciplinario para que nuestra investigación refleje una clara interacción entre ecología, biofísica, Información Cuántica, neurobiología, matemáticas y áreas relacionadas. Nuestra estrategia de investigación implica Análisis Estocástico en versiones conmutativas y no conmutativas, que es uno de los enfoques más adecuados para manejar OSD, y discusiones entre los miembros del proyecto, así como discusiones periódicas con nuestra comunidad académica extendida, que incluye científicos y filósofos de la ciencia. Estos diálogos son una parte esencial de nuestro método y nos ayudarán a navegar por los mares desconocidos que queremos recorrer. Este enfoque transdisciplinario basado en la comunidad ha sido una parte esencial de nuestro trabajo conjunto durante al menos dos décadas, que ha llevado a descubrir nuevas ideas en la dinámica de sistemas cuánticos abiertos, ecología y proyectos tecnológicos (ver (Fagnola, Rolando Rebolledo, y Saavedra 1994; Rolando Rebolledo, Ríos, et al. 1995; Lizama y Rolando Rebolledo 2013; R. Rebolledo et al. 2019; P. Marquet et al. 2017; P. A. Marquet, Tejo, y Rolando Rebolledo 2020)).