A Lei do Aumento da Informação Funcional e o Nível Funcional Sistêmico

Introdução 

Em 2023, nove cientistas nos Estados Unidos, liderados pelo astrobiólogo e cientista planetário estadunidense Michael Wong, do Earth and Planets Laboratory, Carnegie Institution for Science, Washington, publicaram uma nova teoria denominada Lei do Aumento da Informação Funcional. Essa lei da natureza descreve a evolução não apenas de organismos vivos, mas de todos os sistemas complexos do universo. Ela afirma que a evolução ocorre quando um sistema, seja ele vivo ou não (como minerais ou estrelas), passa por um processo de "seleção para função". Isso significa que, entre inúmeras configurações possíveis, as que são mais estáveis e que desempenham melhor uma função (como persistir, replicar ou gerar novidades) tendem a se perpetuar. Essa "seleção" leva a um aumento da informação funcional — um conceito que mede o quanto é difícil se chegar a uma configuração de um sistema que desempenha uma determinada função. O resultado é a evolução para estados de maior padronização, diversidade e complexidade. Em 1998 eu escrevi um livro chamado Sistemas e a Origem da Vida, registrado na Biblioteca Nacional do Rio de Janeiro - RJ, mas não publicado. É um livro que descreve diversas disciplinas e tópicos na compreensão materialista do surgimento da vida e cunho um termo de nome Nível Funcional Sistêmico, o qual se ajusta perfeitamente na teoria de Wong. Neste texto eu descrevo a teoria e o meu termo realizando uma conexão entre ambos. 

  

  

Parte I  

A lei do aumento da informação funcional (LIFI) é uma proposta científica relativamente nova que busca descrever uma tendência universal observada em sistemas complexos, tanto biológicos quanto não biológicos, a fim de aumentar sua informação funcional e complexidade ao longo do tempo.  

 

Em termos mais simples, ela sugere que, em sistemas que preenchem três critérios específicos, a informação que lhes permite realizar uma função ou ter um propósito tende a crescer e se tornar mais elaborada.  

 

Vamos detalhar os pontos principais:  

Os três critérios para sistemas evolutivos (segundo a LIFI). 

Para que um sistema seja considerado "evolutivo" e, portanto, sujeito à LIFI, ele precisa apresentar:  

Numerosos componentes e configurações: o sistema deve ser composto por muitas partes que podem se organizar de uma vasta quantidade de maneiras diferentes. Pense em átomos que formam moléculas, ou células que formam tecidos, ou até mesmo linhas de código que formam um programa.  

Geração contínua de novas configurações: o sistema deve ter processos que geram constantemente novas combinações e arranjos desses componentes. Na biologia, isso seria a mutação e a recombinação genética. Em outros sistemas, pode ser a exploração de novas possibilidades.  

Seleção baseada na função: deve haver um mecanismo pelo qual as configurações que cumprem uma determinada função de forma mais eficaz (ou são mais estáveis) tendem a ser preservadas ou replicadas, enquanto as menos funcionais são descartadas. Na biologia, isso é a seleção natural. Em outros contextos, pode ser a seleção de materiais mais duráveis ou designs mais eficientes.  

 

O que é "informação funcional"?  

É a informação que está relacionada a uma função ou propósito específico do sistema. Não é apenas a quantidade de informação em si (que poderia aumentar na forma de desordem, como na segunda lei da termodinâmica), mas sim a informação que é útil e significativa para a performance do sistema.  

Por exemplo:  

1) Em um organismo vivo, a informação funcional está no DNA que codifica proteínas essenciais para a sobrevivência.  

2) Em um mineral, a informação funcional pode estar na sua estrutura cristalina que lhe confere certas propriedades físicas.  

3) Em um sistema tecnológico, seria o código ou o design que permite que ele execute sua tarefa.  

 

Como a LIFI se relaciona com outras leis?  

A LIFI é vista como um complemento à segunda lei da termodinâmica. Enquanto a segunda lei afirma que a entropia (desordem) de um sistema isolado tende a aumentar com o tempo, a LIFI sugere que, em sistemas específicos (os que preenchem os três critérios acima), a informação funcional organizada também pode aumentar.  

 

Em essência, a LIFI propõe que, mesmo em um universo onde a desordem geral aumenta, há uma tendência intrínseca para a emergência e o aprimoramento de complexidade e funcionalidade em sistemas que podem "evoluir" através da variação e seleção. Ela busca fornecer um arcabouço para entender como a complexidade surgiu e continua a surgir em todo o universo, desde a formação de estrelas e minerais até a evolução da vida.  

É importante notar que, por ser um conceito relativamente novo (proposto por pesquisadores como Michael L. Wong e seus colegas), a LIFI ainda está sendo amplamente discutida e testada pela comunidade científica.  

  

Parte II  

Nível Funcional Sistêmico  

 

Primeiro eu exemplifico duas situações sistêmicas distintas:  

 

""... Pretendo expor agora a principal ideia às nossas discussões nas quais caberá em primeiro momento um exemplo bem simples, embora não pertencente à física, à química ou a biologia, para depois voltar diretamente às questões da natureza. Imagine uma pequena empresa onde as pessoas trabalham com tarefas tão comuns a este tipo de sistema como o registro de entrada de mercadorias, vendas, cobrança, entregas dos produtos etc. Cinco pessoas realizam eficientemente todo o trabalho com uma carga horária de oito horas por dia cada uma. A chegada de um computador pode ser uma ameaça aos empregos dos funcionários, pois ao realizar tarefas rotineiras com maior rapidez ele deixa algumas dessas pessoas com um maior tempo livre. Mas os dirigentes preferem canalizar esse tempo extra para os funcionários ajudá-los no crescimento desta empresa. Eles seriam usados em novas funções visando um maior faturamento e novas tarefas aparecem como uma novidade para eles: um dos funcionários passaria de burocrata a vendedor, outro ajuda seu chefe em novas metas de vendas enquanto o volume de mercadorias aumenta. E o tempo gasto para se gerenciar o fluxo dessas mercadorias, mesmo usando o computador, poderá aumentar, pois a quantidade delas cresceu em um ritmo desproporcional ao esperado, requerendo mais trabalho de um terceiro funcionário.  

O crescimento da empresa se torna algo viável onde o fluxo de informações se torna maior juntamente com o fluxo de mercadorias e do objeto principal de um sistema desta natureza, o dinheiro.  

Não há como negar que existem mais coisas envolvidas em situações deste tipo como uma boa administração, visão para novos negócios etc., mas a ideia básica de aumento na quantidade de informação e fluxo de mercadorias se revela algo muito importante na qual esse sistema obteve então uma transição de fase, digamos assim, de um plano mais baixo para outro mais alto em termos de funcionamento. Introduziu-se um elemento, o computador, que ao processar mais rápido e com qualidade as informações necessárias a um aumento da produtividade da empresa, ajudaram-na em seu crescimento. Eu disse mais qualidade no sentido de buscar alternativas imprescindíveis a um empreendimento destes antes impossíveis aos funcionários e aos dirigentes. [Este trecho foi uma experiência acontecida comigo quando o dono da empresa na qual eu trabalhava colocou um computador, para mim, na tentativa bem-sucedida de se chegar a informações não conhecidas por ele mesmo. Encontrei números sobre ela, realizando tarefas desconhecidas pelo dono, mesmo tendo ele quinze anos à frente daquela empresa.]  

Entrando na química, se uma substância na qual batizamos de A, é reagente com B para uma determinada reação no interior de um envoltório ou membrana em suspensão, e C é o produto desta reação, podemos dizer que a membrana efetua constantemente uma seleção no meio ambiente, pois, dentre centenas ou milhares de outras substâncias, apenas algumas serão aceitas. A eliminação de C, ao reconhecê-la como "algo sem importância”, evitará um acúmulo talvez indesejável desta substância no interior do sistema. Além dele possuir energia, pois em qualquer reação química ela está presente, notamos também um processamento, embora muito simples, de informação.  

Outra membrana poderá deixar entrar em seu interior um número maior de moléculas ou átomos. Imagine então três substâncias como as citadas anteriormente, A, B e C, e na qual outra, D, penetre no interior da membrana prejudicando a reação em andamento. O sistema poderá ser destruído pelo menos no que se refere à reação, mas a presença de uma quinta substância, digamos, E, se ligar em A, não a prejudicando e formando um subsistema limitando a ação de D. O fato de se acoplar, reagir, em qualquer caso, demonstra afinidade, reconhecimento, troca de informação. Então, em termos de matéria, informação e energia esse pequeno sistema passou de um nível a outro, agora superior na medida destas três variáveis.  

Irei falar em nível funcional sistêmico tendo em mente o fato do sistema trabalhar com matéria, energia e informação presentes em quantidades passíveis de serem medidas, ou pelo menos comparadas com quaisquer outros sistemas. Quero com este termo criar um conceito novo, ajudando a explicar de maneira satisfatória alguns fatos relativos a vários sistemas no que se refere às suas maneiras de "funcionar". É o próprio funcionamento do sistema, encerrando certa medida dessas variáveis, a que chamarei de nível funcional. Ele seria o conjunto delas, um parâmetro onde a estrutura do todo, com o seu funcionamento, pudesse ser avaliada.  

  

Em sistemas simples como esses descritos acima, o número de estados de qualquer conjunto de variáveis, se tomadas com respeito a partículas unitárias como os átomos, é muito grande, impossível de se medir. Só as suas posições, em contínua mudança no interior da membrana, seria objeto da estatística e não de sistemas determinísticos. Mas o que importa para nós é o fato do recebimento de matéria do exterior, reação com uma ou talvez mais substâncias e posterior eliminação do subproduto. Isto sim é passível de conceituarmos em nível funcional sistêmico ou nível funcional, tornando este sistema uma fábrica de determinada substância.  

As coisas então ocorreram em nossos exemplos de uma maneira que o nível funcional do sistema pôde se elevar, aumentando também a sua quantidade de matéria organizada. Nenhuma fantasia ou truque da natureza: ela, através das leis da física e da química age por si só desta maneira. A própria membrana possuía, antes de se formar, fechar, determinada quantidade de energia e informação encerradas pelas forças de união entre suas moléculas, ou átomos, se fosse deles constituída. Veja também que o sistema estava em equilíbrio dinâmico antes da chegada da substância D e continuou assim depois da presença de E. Em primeiro lugar, equilíbrio significava, em linhas simples, o conjunto de estados nas quais o sistema passava com respeito à reação de A com B, produção de C e sua posterior eliminação ou saída. Logo depois significou a reação de A com B, entrada de E, entrada de D, produção de C e posterior eliminação ou saída. Na realidade, esta sequência encerra em si uma dose de arbitrariedade, pois poderíamos, por exemplo, ter a entrada de D antes que E, vindo esta última, se não demorasse, a salvar o funcionamento do sistema. O nível funcional então aumentou e levou o sistema para outro ponto ou conjunto de estados na qual se estabeleceu novamente o equilíbrio. Vale notar que o equilíbrio significou a sobrevivência do sistema perante a presença de uma substância nociva já presente no meio circundante ou que apareceu devido a mudanças no meio ambiente.  

Considere agora uma molécula intrometida a qual possui a capacidade de sintetizar outras moléculas. Ela e seus subprodutos poderão ou não, se ajustarem ao sistema. Muitas possibilidades podem ocorrer: fabricação de substâncias às quais aumentariam o nível funcional do sistema através de reações químicas ou acoplamentos, desintegração de parte do sistema com subsequente substituição de componentes etc. Essa molécula poderia até ser capaz de formar, sem necessitar de um "hospedeiro", uma membrana e a partir daí começar um ciclo de "vida" autônomo. A ideia básica é o aumento do nível funcional, mesmo partindo de uma só molécula, quando tratamos de compostos orgânicos.  

O nível funcional sistêmico revela se um sistema possui muita informação em uma pequena quantidade de matéria e energia, muita energia, mas pouco transporte de matéria e processamento de informação etc.  

Nosso cérebro possui uma massa por volta de 1.300 gramas e uma potência elétrica de aproximadamente 25 watts, nem o suficiente para uma lâmpada iluminar um quarto ou um cômodo de uma casa. Mesmo se juntássemos vários processadores de computador até atingir essa massa e uma quantidade de energia elétrica bem maior, não conseguiríamos um processamento de informação tão refinado quanto o de nossa mente. A rapidez na realização de cálculos é maior até em computadores antigos, mas o nosso cérebro é capaz de proezas jamais alcançadas até agora por nenhuma máquina. Intuição, imaginação, raciocínio abstrato e em cima de conceitos etc., fazem dele algo incomparável na tecnologia e na natureza. Sua atividade sistêmica é alta em informação, a maior que existe, devido a esses complexos mecanismos do pensamento. Digamos que o peso do processamento da informação neste caso é maior que a energia e a matéria. Um computador de dezenas de quilos e utilizando correntes elétricas capazes de eletrocutar uma pessoa não tem um nível funcional como o cerebral.  

Esses sistemas celulares que venho descrevendo encerram reações químicas importantes à manutenção do conjunto, do sistema em si. O nível funcional aumenta com a entrada e acoplamento de moléculas, grupos de moléculas, possíveis reações, átomos ou íons etc. Se o todo for levado a patamares de funcionamento onde existe equilíbrio, ele permanecerá como tal. É aí que acontece a passagem de níveis de organização da matéria onde também necessitamos da química acima da física, e da biologia acima da química, para estudarmos os fenômenos resultantes nesta escalada da natureza em organização.  

Podemos pensar em nível funcional na retroação? Como a vimos só existir se energia e informação estiverem presentes, em condições especiais, evidentemente. Ela nada mais é que um conjunto ininterrupto de transmissão de informação para o sistema se ajustar a um determinado fim. O sistema do êmbolo no recipiente com um determinado líquido requer menos energia e informação que a do atirador usando sua visão, cérebro e músculos. A retroação, tão necessária à manutenção da vida, pois ela mesma se mantém devido a mecanismos de regulação e controle, se apresenta de muitas maneiras e quantidades nas engrenagens vitais e então podemos falar em nível funcional na retroação para qualquer ser vivo.  

P.S.: Para uma melhor visualização do nível funcional sistêmico, imagine uma fórmula na qual as três variáveis ou parâmetros, massa, energia e informação estão multiplicados entre si. [poderia ser diferente].  

É uma medida da estrutura e o funcionamento de um sistema, a partir da quantidade que possui de matéria, energia e informação funcional em seu interior.  

Defino como o próprio funcionamento de um sistema, que engloba uma possível medida das variáveis de matéria, energia e informação funcional. Informação funcional é a informação que é útil e significativa para a performance do sistema.  

Ele serve como um parâmetro para avaliar a estrutura e o funcionamento do sistema como um todo. É uma maneira satisfatória de explicar como diferentes sistemas funcionam.  

A ideia central é que um sistema pode aumentar seu nível funcional quando há um incremento na quantidade e no fluxo de matéria, energia e informação funcional, levando-o a uma "transição de fase" de um plano de funcionamento mais baixo para um mais alto.  

O nível funcional sistêmico revela a proporção e a interação entre a matéria, a energia e a informação funcional dentro de um sistema, indicando sua capacidade de operar e evoluir. Um exemplo notável é o cérebro humano, que, apesar de sua pequena massa e baixa potência elétrica, demonstra um nível funcional sistêmico extremamente alto devido ao seu complexo processamento de informação.  

Finalmente, ele tende a aumentar em muitos sistemas complexos, e, com respeito aos seres vivos, aumentou em vários ramos da árvore da vida, mas tendo, no final e até hoje, diversos “tamanhos” para todas as espécies. O ponto mais alto foi os seres humanos.  

Darei um exemplo da biologia porque será mais fácil de entender. Lembremo-nos dos dinossauros porque muitos deles possuíam um cérebro bem pequeno. O Tiranossauro Rex tinha por volta de 300 a 350 g de massa encefálica.  

Imagine uma comparação da massa e a energia gasta por um brontossauro em um dia com a de um ser humano. Multiplique as duas para cada um dos dois: a quantidade obtida para o brontossauro é muito maior, mas, ao se multiplicar pela quantidade de informação, memória, processamento etc., nós atingiremos um valor muito mais alto. Na verdade, em comparação a qualquer outro animal. O brontossauro possuía uma massa de 20 a 30 toneladas e o seu cérebro era do tamanho de uma noz! Não se espera muita informação e processamento de um cérebro desses para além de gerir um corpo tão grande e pesado.  

Alguém poderá mencionar as baleias, possuindo um cérebro com massa, gasto de energia e massa corporal maiores que nós. Mas, no nosso nível, a qualidade de processamento de informações é maior. Somos mais inteligentes que elas. [o "peso", na fórmula, da informação armazenada e processada em nossos cérebros seria maior].  

Será então que houve um aumento da informação funcional chegando-se em nós humanos no mais alto ponto de nível funcional sistêmico entre todos os seres vivos?

 

Sim!"" 

 

Este meu "Sim!" no final deve ser entendido que o nível funcional sistêmico não cresceu linearmente dos compostos de carbono da Terra primitiva, dos sistemas prebióticos até os seres vivos como a própria complexidade de todos eles. Ele não possui uma direção definida.  

 

Átomos, íons, moléculas etc. formaram o RNA e o DNA que assumiram o controle na sintetização de moléculas preservando o indivíduo em si. Aqui entra verdadeiramente o novo conceito de lei do aumento da informação funcional, mas, lembre-se, desde os primeiros compostos de carbono no planeta, houve em certos momentos até o aparecimento da vida, sistemas prebióticos com maiores probabilidades de se chegar a este ponto, sem haver um direcionamento e talvez muitos não passaram de algo como um sistema "quase-vida".   

 

Houve também a formação de várias formas de membranas, sendo permeáveis a diferentes compostos químicos, íons, átomos e moléculas, reagindo entre si dentro delas e, em muitos casos, formando organelas, reestruturando desgastes da própria membrana etc., aumentando o nível funcional sistêmico. Um grande desafio aos cientistas preocupados com as origens da vida seria a fusão do RNA e o DNA não apenas dentro das membranas, mas se tornando os controladores desta mesma vida que as encerra. Inclusive as moléculas replicáveis podem se apresentar de várias formas chegando, na Terra prebiótica, ao RNA e ao DNA.  

 

Conjecturando, seria o aumento da informação funcional aquilo que também aumenta o nível funcional sistêmico? Tudo indica que sim. Por exemplo, para animais com muitos neurônios como os mamíferos, parte do cérebro atua na gestão do corpo recebendo muitas informações de diversas regiões corporais e enviando respostas a manter a homeostase do sistema, como muito bem explica o neurocientista português/estadunidense António Damásio em seus livros. Sobreviveram na história evolutiva aqueles indivíduos com regiões cerebrais específicas nesse sentido, resumindo esses fatos.  

 

Conforme aumenta a informação funcional de um sistema, ou diminui, existem variações no nível funcional sistêmico? Acredito que sim como está escrito acima. Repare como o conceito de nível funcional sistêmico satisfaz os itens 1, 2 e 3 na seção “O que é 'informação funcional?’”  da página dois.  

 

Com tudo exposto até aqui, encerro este texto. Deixo aos leitores ou cientistas uma avaliação sobre este termo que criei, pensando na complexidade crescente ou não de sistemas, conforme as suas naturezas e propriedades.  

  

Referências  

Pinto, Argos A. (2019, 29 de agosto). Sistemas e a Origem da Vida. Argos Arruda Pinto. https://argosarrudapinto.blogspot.com/2019/08/sistemas-e-origem-da-vida_29.html .  

Wong, Michael L. et al. "On the roles of function and selection in evolving systems". Proceedings of the National Academy of Sciences, v. 120, n. 43, e2310223120, 2023.