Per una nuova biologia coerente con il secondo principio della termodinamica

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di Giorgio Masiero

 

1. Il secondo principio della termodinamica

Secondo Albert Einstein, il secondo principio della termodinamica è la “legge più importante di tutta la scienza”. Se è così, non può chiamarsi scientifica una teoria che fin dagli assiomi lo contraddicesse. Arthur Eddington è arrivato a chiamarlo “la suprema legge metafisica dell’Universo”: metafisica, quasi a dire sopra l’Universo e fondativa di esso. Il principio proclama che in un sistema “isolato” (che non scambia cioè, materia-energia con un altro) il disordine –  matematicamente misurato con una funzione detta “entropia” – cresce col tempo. Il principio determina la direzione dei processi naturali: dalle configurazioni meno probabili a quelle più probabili, dalle strutture ordinate alle distribuzioni disordinate. Mai accade l’opposto.

Abbandoniamo in una landa deserta un’auto, consegnandola al lavorio degli elementi naturali. Che cosa ci aspettiamo al trascorrere degli anni, dei decenni, dei secoli? Solo la distruzione progressiva di tutti i suoi organi funzionali, fino alla sua riduzione in sabbia. Nient’altro, perché il martellamento incessante di piccole mutazioni casuali operate dalla meteorologia si tradurrà in un deterioramento graduale inarrestabile dei meccanismi. Il segno distruttivo/costruttivo delle micro-modifiche è una questione di probabilità, che con i rapporti numerici in gioco si tramuta in certezza della dissoluzione. La costrizione è logico-matematica prima che fisica, per questo la legge è “metafisica”.

Oppure, prendiamo 2 bombole uguali, una vuota ed una contenente N » 1 (per es., N ~ 1023) molecole di un gas e colleghiamole: dopo pochi secondi le molecole del gas si saranno ripartite ugualmente tra le 2 bombole, che avranno raggiunto la stessa pressione. L’equilibrio raggiunto è dinamico: ciò significa che le molecole continuano ad agitarsi, spostandosi da un recipiente all’altro, ma raggiunta la parità numerica, in ogni momento tante andranno dalla prima bombola alla seconda quante dalla seconda alla prima. Nessuna legge meccanica vieta una distribuzione non uniforme, per es. che le particelle si ripartano in rapporti 1:2, o 5:3, o anche 0:N. Se però calcoliamo le combinazioni teoricamente possibili, troviamo che sono estremamente più numerose quelle intorno alla suddivisione 1:1, avente massima probabilità, rispetto a quelle sbilanciate, tanto più improbabili quanto più sbilanciate. Quindi mai capiterà nella vita dell’Universo, che è infinitesima rispetto al tempo richiesto alle N molecole per esplorare tutte le combinazioni, una distribuzione diversa da una uniforme. Il secondo principio della termodinamica illustra questa certezza matematica nei rapporti di probabilità, che si traduce in certezza fisica di frequenza di ciò che accade.

Un’altra applicazione del principio è data dalla direzione del calore. Il calore si trasmette sempre dai corpi più caldi a quelli più freddi, così che dopo un po’ tutti i corpi in contatto si portano alla stessa temperatura; mai il calore passa dai corpi più freddi ai più caldi spontaneamente. E il frigorifero? Un frigo è una macchina progettata per fare l’opposto, per trasferire calore dai corpi freddi, contenuti nel suo interno, alla stanza più calda esterna. Il frigorifero non è soggetto alla legge dell’entropia perché non è un sistema isolato, ma “aperto”: esso è infatti collegato ad un ambiente esterno (rete elettrica e cucina), da cui attinge l’energia per funzionare e su cui scarica calore. Se consideriamo l’insieme {frigo + ambiente} e calcoliamo la variazione totale di entropia, troveremo ancora che essa è aumentata: per mantenere al fresco i viveri viene scaricato calore nell’ambiente e, a conti fatti, ne è scaricato più di quanto ne è sottratto ai cibi, perché dell’energia va per il funzionamento del frigorifero, che infine la scarica sotto forma di calore aggiuntivo in cucina; ed altro calore è involontariamente prodotto dalla public utility, che viene in una quota disperso nel processo industriale di produzione di energia elettrica dalla fonte primaria e in altre quote ancora nella distribuzione e nell’erogazione all’utente. È importante poi notare che il raffreddamento d’un sistema aperto a spese d’un altro sistema più caldo, collegato al primo per scambi di materia-energia, può avvenire comunque soltanto se pre-esiste un meccanismo (come il frigo) che esegua i cicli chimico-fisici di raffreddamento. In sua assenza, un raffreddamento non avviene spontaneamente, nemmeno localmente tra sotto-sistemi aperti dello stesso sistema isolato.

Analogamente, noi potremmo riportare tutte le N molecole in un’unica bombola e svuotare l’altra, ma questo non accadrà mai da sé nel sistema delle 2 bombole: ad esse dovremmo aggiungere un terzo sistema (ambiente) ed un meccanismo (pompa), che esegua l’operazione di spingere il gas da un recipiente all’altro, al prezzo dell’energia sottratta all’ambiente e dell’entropia aggiuntavi. E se il bilancio finale dell’energia è sempre in pareggio (per il dettato del primo principio della termodinamica, di conservazione dell’energia), quello dell’entropia è invece sempre positivo, perché il riordinamento operato localmente nelle 2 bombole è minore del disordine aggiunto all’ambiente dall’impiego di energia della pompa finito in calore e dal sistema elettrico che le ha consentito di operare con l’esito di produrre altro calore.

Altra manifestazione ancora della legge dell’entropia si dà scagliando contro un muro una bottiglia di vetro: questa si frantuma in tanti cocci, mentre non capiterà mai di assistere (nemmeno in un riferimento privo di gravità, come un ascensore in caduta libera o una navicella spaziale) ai cocci di una bottiglia rotta che rimbalzando dalla parete si ricompongano spontaneamente a ricostruire la bottiglia. Anche in questo caso non c’è nessuna legge della meccanica che vieti tale movimento degli atomi, che è la copia del primo (di urto e rottura) ottenuta invertendo il tempo. Ma il secondo principio della termodinamica è lì, a prendere atto che nel nostro Universo il tempo ha una freccia e a codificarla nell’equazione dell’aumento d’entropia. Ed anche chi non conosce la fisica, assistendo al cinema alla rappresentazione dei due eventi opposti, riconosce subito quale è stato proiettato come accade in Natura e quale invece è stato artificiosamente prodotto riavvolgendo all’indietro il film. Perché si ripristini la bottiglia (o un catorcio abbandonato per anni ridiventi un’auto fiammante perfettamente funzionante), serve un apparato capace di aggiustare pezzi e ricostruire e ricollegare organi, oltreché un ambiente che fornisca l’energia per le operazioni, destinata finalmente a degradarsi in calore e ad accrescere l’entropia del sistema complessivo.

Essendo il calore una manifestazione del moto delle particelle, si può dimostrare che i 4 fenomeni succitati sono matematicamente lo stesso a livello atomico, descrivibile con un unico modello matematico: per cui nei 4 casi, ed in tutti i fenomeni fisici, non si può sfuggire al secondo principio della termodinamica.

Noi però abbiamo sotto il naso, in continuazione, apparenti violazioni della legge: assistiamo tutto il giorno a infiniti cocci che come per magia si ricompongono in splendidi oggetti, a miriadi di componenti aeronautiche che si assemblano da sole in macchine volanti, a miliardi di tessere sparse che si dispongono spontaneamente nelle loro posizioni programmate. Sono i semi sepolti che diventano piante, riordinando e scartando ad uno ad uno atomi e molecole sparpagliati, raccolti dall’aria e dall’humus, con un lavorio continuo ed ordinato che sembra obbedire ai comandi di un programma; sono gli uccelli che crescono da un embrione, i cui organi nell’uovo metabolizzano le molecole, riordinandole con tutta evidenza secondo un progetto e diventando splendidi oggetti volanti; è l’avventura di ogni essere umano iniziata dall’incontro di uno spermatozoo con una cellula uovo; è la ferita ad un dito che si rimargina da sola; ecc., ecc. Sono tutti i fenomeni appartenenti alla vita. Ma non solo…

Anche nella materia inanimata, seppure in misura molto meno spettacolare che in quella animata, avvengono fenomeni di comparsa d’ordine in apparente violazione della legge dell’entropia. Uno di questi entra nella tecnica tradizionale usata dai cercatori d’oro per filtrare il metallo prezioso dal miscuglio minerale: agitando la miscela eterogenea, essi sfruttano la forza di gravità per separare le particelle più pesanti, che vanno nel fondo del setaccio, da quelle più leggere, che emergono in superficie, con l’effetto anti-entropico di riordinare un sotto-sistema. Mentre, nei casi comuni, l’agitazione d’una miscela allo stato liquido provoca un veloce raggiungimento della massima entropia, perché accelera la distruzione di eventuali isole d’ordine generatesi per scarsa diffusione, nel caso dei microaggregati (sospensioni di particelle di peso diverso) la stessa operazione è anti-entropica, in quanto esalta l’effetto localmente ordinante della forza di gravità. Altri casi di anti-entropia locale sono la formazione di vortici ordinati grazie alla presenza di gradienti di energia, i fenomeni atmosferici, l’erosione differenziale di rocce a diversa composizione di durezza, ecc. In generale, nei fenomeni fisici ad apparizione d’ordine, si sa che è sempre un campo di forze agenti nel sistema (“driving field”) ad operare l’evoluzione anti-entropica in un suo sotto-sistema a prezzo dell’accelerazione entropica degli altri sotto-sistemi. Complessivamente comunque, sempre l’entropia aumenta.

Pure nei fenomeni biologici la violazione del secondo principio della termodinamica è solo apparente. Il seme, per diventare pianta, ha bisogno dell’energia che gli proviene dal Sole e della materia che aspira dal terreno. Il sistema isolato, dove la seconda legge della termodinamica calcola la variazione complessiva di disordine, non è quindi il seme, ma la terna {seme + terreno + Sole}. E se si calcola la variazione complessiva di entropia, si trova che l’ordine che aumenta nella pianta durante la sua crescita è superato dal disordine che cresce nella Terra, dove si sgretolano pre-esistenti strutture minerali, ed anche nel Sole, man mano che i processi di fusione nucleare ne diminuiscono la riserva di energia. Termodinamicamente, la vita è creazione locale d’ordine resa possibile dalla crescita di disordine nell’ambiente che ospita e permette la vita. La stessa vita umana, quanto più è meravigliosa epifania di ordine, complessità e bellezza in se stessa e nei prodotti dell’arte e della tecnica da essa creati, tanto più induce disordine (inquinamento e diminuzione di energia fruibile) nella Natura che essa sfrutta. Il calcolo matematico dell’entropia non dà mai per somma algebrica lo zero, ma sempre un delta positivo di disordine che misura nell’Universo il tempo che passa e l’energia utile che cala. La vita vive e si diffonde in un Universo che si dirige verso la morte termica.

Ma qual è il driving field fisico responsabile dell’apparizione d’ordine locale nei fenomeni della vita?

 

2. Pars destruens: la Sintesi moderna non è una teoria scientifica

L’ordine locale degli organismi viventi può essere costruito e conservato perché è guidato da meccanismi pre-esistenti (DNA, membrane biologiche, proteine, ecc.), senza cui esso non potrebbe avverarsi dal caos. La vita pone così alla scienza un problema che rimane inspiegato: la pre-esistenza delle strutture organiche che governano il flusso di energia in direzione anti-entropica tra i sotto-sistemi. Nessuno è ancora in grado di spiegare come si possa produrre un flusso di energia tra i vari sistemi, in modo da codificare almeno una proteina funzionante. Certo, i sistemi viventi lo fanno in continuazione, sfruttano energia proprio a questo fine, ma solo perché il meccanismo metabolico assemblato allo scopo è già sul posto al lavoro! Senza un metabolismo funzionante, per variazione spontanea d’entropia, potrebbe solo accadere per una specie, anzi per ogni organismo vivente, anzi per un singolo organo, lo stesso destino dell’automobile abbandonata alle intemperie: la dissoluzione in seguito alle micro-mutazioni negative che sono estremamente più numerose di quelle, se esistono, favorenti una diversa evoluzione organica o vitale o specifica. In assenza di un campo di forza fisico responsabile dell’organizzazione biologica, solo la successione di micro-variazioni che portano alla distruzione dell’organismo è coerente con la legge dell’entropia, mentre il processo inverso – ovvero l’integrazione di tante piccole variazioni genetiche casuali che, per cosiddetta “selezione naturale”, portino alla creazione di un nuovo organo – sarebbe un processo di decremento dell’entropia vietato dalla fisica. La selezione naturale come setaccio aureo anti-entropico che filtra “il più adatto” – una tautologia che definisce a posteriori “il più adatto” come coincidente col “sopravvissuto” – non può surrogare l’assenza d’un campo fisico, prima logicamente che fisicamente.

Assumere l’abiogenesi per quadro iniziale dato, prescindendo da (o rinviando) la ricerca dei suoi possibili meccanismi, per dedicarsi intanto alla spiegazione riduzionistica dell’evoluzione tramite la successione di micro-eventi casuali estremamente improbabili, non è uno schema scientifico, in assenza del driving field fisico che renda conto dell’apparizione d’ordine locale biologico. C’è di più: i meccanismi fisici alla base dell’origine della vita non sono ragionevolmente diversi da quelli che ne hanno guidato l’evoluzione e quindi pre-assumere la vita implica necessariamente, oltreché rassegnarsi a non comprenderla, anche arrendersi all’ignoranza dei meccanismi reali, fisici, dell’evoluzione stessa. Un’ignoranza che viene velata col ricorso assiomatico (che diventa subito sistematico) al caso anti-entropico. A meno che, come da qualche parte con espedienti, metafore e neologismi si suggerisce in un indefesso processo di “estensione” del paradigma monodiano, non si reintroduca un finalismo mascherato…, ma allora, dal punto di vista epistemologico, la Sintesi moderna più o meno “estesa”, coinciderebbe con l’ID teologico o l’ID alieno (“panspermia”), e come questi fallirebbe ancora il carattere di scienza, perché circolarmente postulerebbe ciò che pretende di spiegare.

Macchine sofisticate pre-esistenti aventi l’effetto di ridurre localmente l’entropia sono i cloroplasti presenti nelle cellule delle piante, che guidano il processo di fotosintesi, convertendo l’energia luminosa del Sole in energia chimica necessaria alle funzioni vegetali. Come potrebbe una nuova biologia scientifica cercare di spiegare la comparsa dei cloroplasti (di cui la più avanzata tecnologia moderna non può neanche immaginare un processo artificiale di riproduzione), avendo rinunciato alla solita – risibile, perché termodinamicamente preclusa – just so story darwiniana del batterio che “in qualche modo” si evolve in cloroplasto, “magari” in seguito ad una simbiosi con qualche cellula eucariote primitiva? Gli studiosi neodarwinisti sono coscienti di questa impasse tra la loro teoria e la fisica e non hanno trovato di meglio che invocare un potere magico” (Jeremy Rifkin) dell’evoluzione per ribadire la loro fede. Forse si può fare di meglio che ricorrere alla magia, e rimanere in ambito scientifico.

3. Pars construens: linee guida per una nuova biologia scientifica

Ritorniamo alla fisica e cerchiamo forme di ordine stabile, stavolta. Per es., i cristalli. Abbassando lentamente la temperatura dell’acqua, improvvisamente a 0° C interviene un cambio di fase: le goccioline si trasformano in fiocchi di neve dalle infinite forme, geometricamente regolari, con l’esagono come tema costante. Altre sostanze assumono nei cambi di fase altre geometrie (prismi, romboedri, ecc.), esibenti un ordine spontaneo. La fisica spiega la comparsa di quest’ordine con un assioma: a date condizioni di temperatura e pressione, la configurazione delle particelle di ogni cristallo ha la minima energia del campo elettromagnetico consentita dalla meccanica quantistica. In altre parole, la simmetria stabile del cristallo non è che un ordine pre-esistente nel campo, il quale nella precipitazione della materia allo stato solido emerge a livello macroscopico.

Altri fenomeni fisici spettacolari che nei cambi di fase (aeriformeliquidasolida, ma non solo) svelano a livello macroscopico simmetrie naturali profonde sono la superconduttività, la superfluidità, i cristalli liquidi, l’antiferromagnetismo, la ferroelettricità, ecc. In generale, l’ordine che ogni volta emerge è codificato nelle proprietà di simmetria matematica dei campi fisici, che sono le sorgenti delle forze intra- ed inter-atomiche che tengono unite le particelle del materiale: l’ordine pre-esiste, perché esiste in tutte le fasi della materia, ma solo nei cambi di fase si rende visibile in forme diverse. Anche in fisica il caso – in tutte le sue varianti – ha un ruolo negli affari generali, già a cominciare in meccanica classica dal problema dei 3 corpi, in cui l’ipersensibilità alle condizioni iniziali del campo gravitazionale nega operatività al determinismo laplaciano. Ma la fisica non invoca un caso anti-entropico (ovvero, contrario alle leggi statistiche del caso!) per spiegare l’ordine che appare, ma lo predice come l’esito necessario del flusso energetico tra strutture atomiche soggette a campi dotati di adeguate simmetrie pre-esistenti.

Insomma, la materia non crea ordine ex nihilo, per caso. Equivalentemente, per il Teorema di Shannon (1948) che eguaglia l’incremento di entropia ΔS al decremento d’informazione –ΔI (di cui disponiamo sulla sua configurazione microscopica effettiva), l’evoluzione della materia non va nel senso di accrescere la nostra informazione, ma nei cambi di fase lascia apparire a livello macroscopico l’ordine nascosto ed il contenuto informativo pre-esistenti nei campi. Qui, alla forma matematica dei campi, la fisica si ferma. Si può dire che tutta la fisica moderna, da un secolo (Teorema di Noether, 1915) spiega i fenomeni naturali che le competono assumendo l’esistenza di simmetrie di campo che non hanno altra giustificazione se non nelle predizioni controllate dall’esperimento che possono fare. A questo approccio, fondato sull’esistenza di simmetrie (o invarianze di gauge), postulate inizialmente in base a criteri di semplicità ed estetica, si devono le più grandi scoperte della fisica teorica, dall’antimateria di Dirac al neutrino di Pauli al bosone di Higgs, confermate sperimentalmente (anche dopo decenni dalla loro predizione) da un’empiria guidata dalla teoria. Oggi si può definire la fisica teorica come lo studio delle simmetrie naturali: una scienza che anticipa i fatti ignoti, piuttosto che una poiesis che insegue la ricca fenomenologia di quelli notori, ed arricchisce con questo statuto la conoscenza del reale, accrescendo la potenza della tecnica con sempre nuove applicazioni.

Ora, come l’informazione necessaria alla comprensione dell’emersione d’ordine visibile è già presente nei meccanismi del frigorifero o nelle simmetrie del campo elettromagnetico d’un cristallo, si può far risalire il contenuto informativo dei cloroplasti a simmetrie matematiche postulate nelle costituende teorie fisiche dei sistemi vegetali? e se sì, basterà il campo elettromagnetico, magari insieme a qualcuno degli altri campi fisici noti, o servirà postulare, con una rivoluzione fisica, un nuovo campo?

La risposta positiva alla prima domanda può essere ricercata esplorando le opzioni aperte nella seconda, ma non è garantita. C’è infatti (almeno) un livello di complessità in più tra l’informazione dei cristalli (e degli altri fenomeni fisici citati) e quella dei sistemi viventi, che riguarda la capacità auto-organizzativa di questi ultimi. Per capire la differenza tra i due tipi, si osservi l’ordine dei sassolini di una spiaggia prodotto dal moto ondoso e lo si confronti con quello di un castello di sabbia costruito da un bambino: l’ordinamento trasversale dei sassi secondo la loro massa è di tipo ripetitivo, periodico, contiene poca informazione (tutti gli ordinamenti di sassi, di tutte le spiagge del mondo, sono uguali); le simmetrie del castello sono creative, aperiodiche e contengono molta informazione (ogni castello di bambino è diverso da un altro). Il salto di complessità dei due ordinamenti è codificato nella differenza di quantità d’informazione pre-esistente nella seconda legge della dinamica rispetto a quella ideata dalla mente del bambino. Ebbene, se si vuole superare l’ingenuità darwiniana, senza ricorrere alla “magia” e rispettando la legge dell’entropia – che guida i fenomeni fisici ad evolvere dalle configurazioni macroscopiche a maggiore informazione a quelle a minore – una teoria fisica dei cloroplasti deve assumere a priori un contenuto informativo non minore di quello dei cloroplasti che intende spiegare.

Il successo del metodo in fisica dimostra che la massa informativa dei postulati non implica necessariamente la violazione della parsimonia di Occam, quando la loro codificazione in un sistema formale producesse equazioni risolubili da un calcolatore e capaci di estrarre dalla simmetria del campo, nella logica del teorema di Noether, strutture biologiche conservate come, per es., “il profilo largamente invariante di espressione genica dei soli 200 tipi di tessuto necessari a costruire tutti gli animali o le poco più di 1.000 forme che rendono ragione di tutte le proteine esistenti” (Alessandro Giuliani in un suo articolo).

Nello stesso articolo e in un altro di Michele Forastiere, si sono spiegate le ragioni scientifiche per abbracciare in ricerca biologica un metodo top-down, attraverso le teorie di sistemi e reti, la statistica, la teoria della complessità, ecc. C’è anche un’altra ragione per doverlo fare, di complessità algoritmica: in meccanica quantistica, quando sono coinvolte una decina di particelle, non si può risolvere l’equazione di campo nemmeno approssimativamente con i computer d’oggi, né del futuro, perché la memoria richiesta supera la massa dell’Universo. Così, in fisica dello stato solido e in fisica del plasma, il ricorso alla statistica non è un’opzione, ma un obbligo. Tanto meno si possono conoscere le soluzioni delle equazioni nei casi delle macromolecole biologiche, contenenti centinaia o migliaia di particelle. Bene ha fatto quindi Ilya Prigogine (che ha cercato per tutta la vita di spiegare l’auto-organizzazione delle molecole organiche nelle macromolecole complesse dei sistemi viventi) ad evitare il riduzionismo sterile della biologia molecolare e a perseguire un approccio sistemico, che coniugasse la teoria quantistica dei campi con tecniche matematiche olistiche. Anche chi professa il riduzionismo filosofico deve inchinarsi alla complessità algoritmica, se vuole fare scienza. Prigogine, tuttavia, non s’è reso conto della necessità di dover pagare a priori il prezzo dell’alto contenuto informativo contenuto nel DNA e nelle proteine, se ne voleva spiegare l’auto-organizzazione, ed anziché postularlo nella matematica della teoria, l’ha affidato al dogma del potere della chimica organica di creare informazione: non significa questo precludersi a priori una teoria della vita coerente con la termodinamica? Nessuna meraviglia, quindi, che egli abbia dovuto infine confessare: Il problema dell’ordine biologico coinvolge il passaggio dall’attività molecolare all’ordine super-molecolare della cellula. Questo problema è lungi dall’esser risolto (Ilya Prigogine and Isabelle Stengers, “Order Out of Chaos”, Bantam Books, New York, 1984, p. 175). Se Peter Higgs 50 anni fa non avesse pre-assunto le simmetrie d’un campo a spin 0, doppietto in SU(2) con ipercarica U(1) e privo di colore, avrebbe predetto il meccanismo che dà massa all’Universo, guidando un esperimento che l’ha confermato solo ieri?

In fondo è in gioco una questione epistemologica: il significato di spiegazione scientifica. Se vi assumiamo la versione naïve di “ragionamento di riduzione all’evidenza controllato dall’osservazione”, resteremo in biologia prigionieri dello schema darwiniano, fatto di racconti infalsificabili, tautologie, infinite sequenze improbabilissime di casi improbabilissimi: in una parola, nella magia della biologia molecolare. Se assumeremo invece il significato moderno di “modello matematico capace di previsioni falsificabili”, la biologia si renderà scientificamente accettabile. Forse diverrà tanto fertile di predittività quanto di applicazioni. Ed i capitali finanziari torneranno a investirvi.

 

 

 

 

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About Author

GIORGIO MASIERO: giorgio_masiero@alice.it Laureato in fisica, dopo un’attività di ricercatore e docente, ha lavorato in aziende industriali, della logistica, della finanza ed editoriali, pubbliche e private. Consigliere economico del governo negli anni ‘80, ha curato la privatizzazione dei settori delle telecomunicazioni, agro-alimentare, chimico e siderurgico, e il riassetto del settore bancario. Dal 2005 interviene presso università italiane ed estere in corsi e seminari dedicati alle nuove tecnologie ICT e Biotech.

31 commenti

  1. stò cò frati e zappo l'orto on

    Il secondo principio della termodinamica.Abbiamo anche ritrovato le parole inglesi driving field.

  2. Alessandro Giuliani on

    Caro Giorgio,

    ottimo articolo, il ricorso alla ‘parte magica’ è così sfacciato che addirittura per rendere ragione del fatto che il modello a collasso idrofobico non riesce a spiegare il tempo di ripiegamento (folding) delle proteine più grandi di 200 residui aminoacidici invece di ammettere semplicemente che il modello va modificato e integrato si afferma tranquillamente che l’universo delle proteine è diviso in due parti: una dominata dalla chimica fisica ed una dominata dalla selezione naturale come se quest’ultima fosse appunto magica e non dovesse obbedire alle leggi della chimica fisica, come se una proteina odierna con più di 200 aminoacidi non avesse il problema di ripiegarsi a formare una struttura 3D QUI E ORA ma si svincolasse automaticamente dal mondo materiale per ‘essere dominata dalla selezione naturale’ (vedi figura 2 dell’articolo qui sotto):

    http://www.pnas.org/content/109/25/9851.short

    bisogna ancora lavorare molto…

    • Giorgio Masiero on

      Molto istruttiva la “ricerca scientifica “ che hai linkato, Alessandro: chissà che cosa direbbero i contribuenti che con loro lavoro quotidiano sostentano questi giochetti. Parafrasando il motto del sito: onesto è colui che cambia il proprio modello per accordarlo alla realtà (se non riesce ad ammettere di non sapere), piuttosto che colui che restringe il mondo all’orto dominato dal suo modellino matematico!
      Tra parentesi: spero che ci farai dono, in un articolo, del tuo discorso di ieri al convegno su Kauffman!

      • Alessandro Giuliani on

        Caro Giorgio,

        sono contento ti sia piaciuto, sono stato un pò troppo piacione come al solito e un pochino troppo strafottente è che però sto sviluppando una leggera forma di antifilosofite derivante dal fatto che cominciano a venirmi le bolle a sentire ripetere mondo complesso = necessità di matematica sofisticata oppure mondo complesso = non esiste una matematica così sofisticata e mi fermo alle chiacchere quando è proprio il contrario.

      • Mi associo alla richiesta di Giorgio, direi che se ti va sarebbe bello anche contestualizzarlo all’interno della giornata.
        E magari non sarebbe male averne anche uno di Di Bernardo che non conoscevo e ho veramente apprezzato in questa occasione.

  3. Grazie per questo articolo Giorgio, da tempo le difficoltà della teoria con il secondo principio erano state nascoste letteralmente “sotto al tappeto” nascondendosi dietro spiegazioni alla Dawkins.

    La “scalata al monte improbabile” che lui propone si dimostra essere invece una scalata al monte impossibile, a meno che non si introduca un “driving field”, come fai tu, e che in effetti anche egli fa, ma senza ammetterlo.

    Questo testo potrà diventare un riferimento su tale argomento.

    • Giorgio Masiero on

      Il riferimento che hai fatto a Dawkins, Enzo, mi ha fatto venire in mente che proprio Dawkins, nell’Orologiaio cieco, per simulare il lavoro di ordinamento biologico della selezione naturale, fa l’es. della disposizione (trasversalmente ordinata secondo la massa) dei sassolini di sabbia per mostrare che le forze della natura possono creare ordine. Dawkins così commette però 2 errori. Il primo sulla consecuzione dei tempi: la seconda legge della meccanica, F=ma, agisce “prima” a disporre i sassi, e quindi è “causa” del loro ordine; la selezione naturale agisce “dopo” (per selezionare la forma più adatta a replicarsi e a sopravvivere nell’ambiente dato) e quindi non può essere la causa (non dico dell’evoluzione delle specie, ma nemmeno del fonding delle proteine, ecc.) se i tempi fisici (nel caso dell’evoluzione, centinaia di milioni d’anni; nel caso delle proteine, in media minuti) sono infinitesimi rispetto ai tempi richiesti ad esplorare tutte le scansioni possibili (>>10^100 anni). Invocare la selezione naturale, in queste spiegazioni, vuol dire farla intervenire “dopo”, e quindi usarla finalisticamente! La cosa si vede, in modo molto divertente, nell’articolo citato da Giuliani nel suo commento poco sopra: tanto poco sono convinti i biologi molecolari della spiegazione offerta dalla selezione naturale che nei giorni di lavoro ricercano spiegazioni con driving fields (tipo il modello a collasso idrofobico per le proteine), e quando credono di averlo trovato – perché funziona in un piccolo dominio della natura – allora si ritirano contenti la domenica, lasciando al rituale deus ex machina della selezione naturale l’incarico stanco di “spiegare” il largo dominio complementare non spiegato dal loro modello!
      Il secondo grave errore commesso da Dawkins è confondere l’ordine dei sassolini (e in generale della materia inanimata della fisica: cristalli, superconduttività, ecc.), periodico e a pochissimo contenuto informativo, con la complessità auto-organizzativa non periodica ad altissimo contenuto informativo della biosfera. Ma chi gli ha dato la laurea?

      • Giorgio Masiero scrive:
        26 ottobre 2012 alle 10:48

        “Dawkins così commette però 2 errori. Il primo sulla consecuzione dei tempi: F=ma, agisce “prima” a disporre i sassi, e quindi è “causa” del loro ordine; la selezione naturale agisce “dopo””

        Si questo e vero, ma ci sono molti processi chimici / naturali che agiscono dopo un evento preciso. Inoltre il tempismo conta ben poco in questo caso conta il risultato finale.

        “Il secondo grave errore commesso da Dawkins è confondere l’ordine dei sassolini (e in generale della materia inanimata della fisica: cristalli, superconduttività, ecc.), periodico e a pochissimo contenuto informativo, con la complessità auto-organizzativa non periodica ad altissimo contenuto informativo della biosfera.”

        Il caso che ha indicato era di facile comprensione per i lettori. Se vuoi un esempio di complessità auto-organizzativa non periodica ad altissimo contenuto informativo, basta guardare sotto il tuo letto. Non ho idea come si chiamano in italiano ma in inglese si chiamano “Dust bunnies”, conglomerati molto complessi di polvere batteri e quant altro si trova in una casa. Sono unici auto-creanti, con vastissime quantita di informazioni, sono per natura auto-organizzativi. Altri esempi sono pianeti e stelle o semplicemente il mandelbrot di Dewey.

        Penso che questi link ti possono essere “of enlightment”.

        Adami dimostra come la selezione naturale è causa della complessità.
        http://www.pnas.org/content/97/9/4463.full

        Lenski indica come organisimi piu complessi sono piu favoriti rispetto a organismi meno complessi.
        http://www.nature.com/nature/journal/v400/n6745/full/400661a0.html

        Wicken ci dimostra come la complessità e neccessaria perche processi che generano complessità dissipano l’entropia generata dal energia solare in accordo con la seconda legge della termodinamica.
        http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0022519379903618

        • Adesso ci tira fuori i ‘gatti di polvere’?
          Fa danni non avere concezione di campo di forza,principio di causa effetto etc etc..
          Eh si ..i gatti di polvere sono proprio auto organizzanti e con vastissime quantita di informazioni..si si..
          Beh chi è a contatto con l’elettronica li conosce bene..ed in certi casi posson essere anche un problema..qui siamo alla follia pura ,prima si era in una situazione di beata ignoranza,che già portava a finirla li..ma adesso si è proprio al delirio..

          E’ perfettamente inutile,forse anche dannoso,andare a leggere e consultare peer reviewed se si ignorano importanti concetti e nozioni fondamentali..e se non si sa ricconoscere la differenza fra concetti simili ma decisamente differenti.
          E’ perfettamente ovvio che un bibliotecario che sistema ordinatamente libri a casaccio non sfida le leggi della temodinamica..così come è banalmente ovvio che una libreria ordinata sarà preferita ad un posto in cui ci sono libri buttati a casaccio in tanti scatoloni..

          Il lavoro di Adami, per esempio,dice né più né meno quanto esprime concettualmente il prof.Masiero così come gli altri..Si prende coswcienza di quelle cose,e la logica conseguenza è così,delle mutazioni he aumentano la fitness vengano mantenute etc..ma dove si trova anche un misero esempio di questa cosa in cui si possa vedere un aumento di informazione o comunque “nuova informazione” e quindi l’ingresso di una “nuova funzione”? “nowhere”

          Comunque credo di aver finalmente capito al 100% perchè hanno iniziato e portato avanti l’ID..perchè è già così tanto sostenuto inconsapevolmente dai neodarwinisti che avevano già la strada spianata…

          P.S.
          Fra l’altro nei lavori che cita si dice chiaramente l’importanza della teoria dell’informazione che lei aveva chiaramente detto come inutile…tanto per dire..ciò ne consegue che tiri fuori conclusioni totalmente errate,evidentemente non conoscendola quasi per nulla..non si può sostenere una cosa ded il suo inverso..
          Infatti vengono ribaditi tutti i concetti che fino a qui le sono stati mossi contro e lei li va ad usare in sua difesa…”great”!

          p.p.s.

          http://www.enzopennetta.it/2012/10/grazie-arber-adesso-e-chiaro-che-la-nostra-opposizione-non-e-per-motivi-religiosi/#comment-8766
          http://www.enzopennetta.it/2012/10/grazie-arber-adesso-e-chiaro-che-la-nostra-opposizione-non-e-per-motivi-religiosi/#comment-8764
          http://www.enzopennetta.it/2012/10/grazie-arber-adesso-e-chiaro-che-la-nostra-opposizione-non-e-per-motivi-religiosi/#comment-8794

          • P.p.p.s.
            http://www.enzopennetta.it/2012/10/grazie-arber-adesso-e-chiaro-che-la-nostra-opposizione-non-e-per-motivi-religiosi/#comment-8820

            Visto che avevo linkato i precedenti colgo occasione per gagiungere questi ultimi e quotare tutto quanto vi è scritto ,il che è perfettamente applicabile anche in questo contesto.

            Specialmente:
            “è solo la vostra voglia di vedere quello che desiderate a farvi pensare che si tratti di una prova dell’evoluzione.”

            che si chiama volontà di potenza.E con questa non c’è nulla da fare…

            Quoto anche quanto sopra detto molto chiaramente dal proff.Masiero

            p.p.p.p.s

            e poi volevo cogliere l’occasione per fare una precisazione su un esempio con i numeri naturali e non riportato in quella discussione che potrebbe apparire un po’ confusivo..che era poi in risposta ad un esempio con lettere dell’alfabeto,il che ad ogni modo era qualcosa di abbastanza sciocco..
            Se ho 2 numeri interi che mi caratterizzano inizio e fne di una sequenza di interi di cui non so determinare il numero di elementi che la compongono quando ne trovo alcuni ed ho un criterio per inserirli fra i 2 estremi posso si trovare in futuro non si sa bene quanti altri interi che possono inserirsi in quell’intervallo.
            (conosco il numero massimo di interi perchè conosco la lunghezza dell’intervallo ovviamente ma è necessario astrarre un po’ la cosa)
            Però come avviene per i fossili ogni intero caratterizza (ovviamente)una cosa a se e non una transizione fra due nteri come 1.2 si pone fra 1 e 2.Ed anche in uesto caso a seconda di quante cifre si considerano dopo la virgola è vitualmente possibile inserire un’infnità di numeri.
            Il problema non è però quello quanto il fatto che non esistano forme di transizione,ossia che vengono mostrati 1,2,3…N in sequenza e si dice che esistono una non definita quantità di 1.2 3.455 etc etc..ma non v’è prova di questo nè di come potrebbe avvenire..

          • Leonetto scrive:
            26 ottobre 2012 alle 14:17

            Prima di tutto ti ricordo che ti sei dimenticato di rispondere alle domande che ti ho fatto. Gradirei una risposta anche perche è tutto a tuo vantaggio rispondere.

            “Adesso ci tira fuori i ‘gatti di polvere’?
            Fa danni non avere concezione di campo di forza,principio di causa effetto etc etc..
            Eh si ..i gatti di polvere sono proprio auto organizzanti e con vastissime quantita di informazioni..si si..”

            Ah ecco come si chiamano Gatti di polvere… preferisco l’inglese. Cmq si i gatti di polvere sono auto organizzanti e unici, si vede che e da tempo che non pulisce sotto il suo letto, la quantita di informazioni bastata sulla quantita e posizione di atomi ai loro interni e vastissima.

            “Il lavoro di Adami, per esempio,dice né più né meno quanto esprime concettualmente il prof.Masiero così come gli altri..Si prende coswcienza di quelle cose,e la logica conseguenza è così,delle mutazioni he aumentano la fitness vengano mantenute etc..ma dove si trova anche un misero esempio di questa cosa in cui si possa vedere un aumento di informazione o comunque “nuova informazione” e quindi l’ingresso di una “nuova funzione”? “nowhere””

            Non sei in grado di misurare le informazioni e neanche cambiamenti di informazioni. per essere chiara anche se ci fosse nuova informazione non ei in grado di capirlo. Rispondi alle mie domande per provare il contrario.
            http://www.enzopennetta.it/2012/10/grazie-arber-adesso-e-chiaro-che-la-nostra-opposizione-non-e-per-motivi-religiosi/#comment-8825

            “Fra l’altro nei lavori che cita si dice chiaramente l’importanza della teoria dell’informazione che lei aveva chiaramente detto come inutile…”

            Inanzi tutto non ho detto che era inutile in tutti i campi è inutile nel campo della biologia perche incapace di rispondere alle domande che vorresti che rispondesse. (Vedi le mie domande sopra.)

          • Sta facendo i soliti sofismi e giri di parole..
            E nessuno pretende cose impossibili,semplicemente né più né meno di quello che si chiede alle altre teorie affinchè possano dirsi scientifiche.
            Si chiede corroborazione e un criterio di falsificabilità tanto per incominciare.
            Che non ci sono ed altrimenti mi citi un criterio di falsificabilità per la teoria,ma non baggianate,ah già scusi probabilmente ignorerà questo concetto quindi niente..

            A parte ricordare che S.J.Gould disse:

            “Gli alberi evoluzionistici che adornano i nostri libri di testo contengono solamente i dati alle punte dei rami ed alle basi;il resto è pura speculazione,tutt’al più ragionevole ,ma con nessuna prova nei fossili
            Evolutions Erratic Pace Natural History vol.5”

            per completare il discorso su questa cosa dove lei,fra le altre cose,aveva impunemente sbagliato la nomenclatura binomia.

            “Ah ecco come si chiamano Gatti di polvere… preferisco l’inglese. Cmq si i gatti di polvere sono auto organizzanti e unici, si vede che e da tempo che non pulisce sotto il suo letto, la quantita di informazioni bastata sulla quantita e posizione di atomi ai loro interni e vastissima.”

            Mmm..direi piuttosto che ce ne deve essere un allenamento sul suo libro di fisica(che deve essere fra l’altro sotto al letto o sotto un mobile)qualora ne abbia mai visto uno…

            Ricordiamo che ha portato un esempio sconclusionato riguardo a cosa l’ha proposto della sabbia nel barattolo che è analogo a quello dei gatti o conigli di polvere che dirsi voglia.
            Ci si addentra in distribuzioni multivariate ma poi stringi stringi non c’entra un fico secco con quanto sostiene,e comunque,la selezione naturale entrerebbe sempre e comunque a giochi fatti.

            E continua ad essere evidente che ha una scarsa concezione di cose come campo di forza,distribuzione,informazione etc..

            Per il resto,nuovamente,in natura checchè si classifichi ogni organismo che sta sotto al sole e non,si trovano una gran quantità di viventi animali e vegetali,molti estinti,raggruppabili in “tipi”(kind se preferisce)dei quali poi si osservano numerose varietà o è possibile ricondursi a qualcuno di questi tipi dalle varietà oggi presenti.
            Qundi cavalli,zebre etc..o antilopi come il kudu e l’eland,o gatto,lince,gattopardo o elefante idiano,africano,mammuth,meganodonte o coyote,lupo,cane,sciacallo,volpe,lupo australiano,cane selvatico africano ..

            Affinchè si generi un nuovo tipo da un altro,perchè questo deve accadere per la teoria neodarwiniana se ne faccia una ragione(e ciò deve avvenire in tempistiche fornite da interpretazione concordata e presentata da neodarwinisti)della documentazione fossile.
            Così una balena(lei citava balena ed ippopotamo)deriverebbe da un mammifero a 4 zampe,antenato a comune con l’ippopotamo.
            Di questa cosa oltre a non esserci documentazione fossile,per coprire lo zilione di differenze che legano i due tipi di animale non esiste neanche una corroborazione del fatto che si possano con meccanismi neodarwiniani verificare le mutazioni necessarie.L’unico dato oggettivo è che le specie proseguono per tutta la loro esistenza solo con segni di microevoluzione, l’affermazione che invece siano avvenuti dei cambiamenti più rilevanti è solo una congettura che non può e non deve essere spacciata come realtà.E questo è quanto diciamo e portiamo avanti.
            In che modo si aggiunga o comunque ottenga nuova informazione.Come sorgano le nuove funzioni..
            Se io prendo informazione già esistente e la vado a selezionare o si aggiustano certe cose in modo da potersene servre in altri contesti,se avviene quindi un adattamento,una serie di cambiamenti ma resto totalmente nel tipo non posso avere evoluzione ne nell’immediato(sepur minima)né in un gilione di anni..
            L’idea del “gene egoista” che potrebbe venire in iuto di questa visione viene demolita dalla teoria dell’informazione che lei ovviamente sfugge..
            La teoria dell’informazione le ho già spiegato del perchè è importante e lo ricordano persino gli articoli da lei linkati è utile nel campo delle scienze naturali e nello studio quindi anche dell’evoluzione che non è assolutamente un campo di indagine esclusivo della biologia.Aggiornarsi!
            La genetica poi fra l’altro non le dice nulla eh?
            Bioinformatica?Biofisica?nulla?
            ma andiamo su…
            Come detto il genoma non è da intendersi come un’accozzaglia di solisti, ma è da intendere come un’orchestra in cui lavorano in modo organico e secondo una linea prestabilita tanti bravi musicisti,ed in questo diventa determinante la teoria dell’informazione.

            Il fatto è che lei non comprende i fatti che emergono dagli studi che propone,ma lei (è in buona compagnia però)li interpreta secondo il paradigma ,è solo la vostra voglia di vedere quello che desiderate a farvi pensare che si tratti di una prova dell’evoluzione(poi fra l’altro ricordo che si parla di neodarwinismo non di evoluzione in se),ma,al più si trattano di cose che banalmente non la contraddicono,di implicazioni,non di prove,non di corroborazioni…

            ma se lei non ha determinati concetti e soprattutto se mette comunque sempre avanti il paradigma per forza che poi vede quel che vede.

            Ma come detto a certi livelli,in cui anche Enzo ha osservato sia sceso il livello della discussione è inutile discorrere..si entra in loop si deve sorbirsi i suoi sofismi,castronerie alla Dawkins(Masiero scrive “Ma chi gli ha dato la laurea? “)link che non mostrano nulla di quanto è richiesto etc etc..

            Quoto quanto ha scritto Enzo:

            “Questa sua ultima considerazione mi convince che il livello del confronto si sta abbassando, oltre a tornare sempre sulle stesse cose già dette, e quindi non mi sembra il caso di proseguire.”

            E’ solo per chi viene a leggere queste pagine che ho risposto ancora.

            Tanti saluti..

          • Leonetto scrive:
            26 ottobre 2012 alle 22:13

            Noto che non hai ancora risposto alle domande semplici semplice, perche? Non sara mica che non sai rispondere? Guarda che il rispondere ti darebbe molta credibilità.

            Interessante che citi libri del 1977. Guarda caso antecedente a tutte le richerche che ho postato io o che puoi tranquliamente consultare anche te. http://scholar.google.it/scholar?q=case+gradual+evolution&btnG=&hl=it&as_sdt=0%2C5

            Oggi giorno non e piu possibile nascondersi, le informazioni sono a portata di mano perche le ignori?

            Detto questo, ripeto non sono contraria alle conclusioni di Gould dico solo che abbiamo casi di entrambe i tipi. E cmq entrambe le soluzioni come indica Gould sono compatibili con la TdE. Quindi caso chiuso.

            “in “tipi”(kind se preferisce)dei quali poi si osservano numerose varietà o è possibile ricondursi a qualcuno di questi tipi dalle varietà oggi presenti.”

            Ah i Kind bibblici wow, sei andato a rispolverare la Bibbia, non ti faccevo religioso… Mi potresti dare una definizione di “kind” visto che non esiste come classificazione scientifica.

            “Affinchè si generi un nuovo tipo da un altro,perchè questo deve accadere per la teoria neodarwiniana se ne faccia una ragione(e ciò deve avvenire in tempistiche fornite da interpretazione concordata e presentata da neodarwinisti)della documentazione fossile.”

            Si concordo assolutamente.

            “Così una balena(lei citava balena ed ippopotamo)deriverebbe da un mammifero a 4 zampe,antenato a comune con l’ippopotamo.”

            Si esatto

            “Di questa cosa oltre a non esserci documentazione fossile,per coprire lo zilione di differenze che legano i due tipi di animale non esiste neanche una corroborazione del fatto che si possano con meccanismi neodarwiniani verificare le mutazioni necessarie.”

            Ehm ma leggi le ricerche che ti giro? O siccome sono scomode le ignori?
            Ecco cosa ci mostrano i fossili (ho postato un link ma le ricerche sono un centinaio):
            http://www.ias.ac.in/jbiosci/nov2009/673.pdf

            Noterai che ogni fossilie porta solo glieve modifiche.

            Queste sono le prove molecolari del legame fra ipopotamo e balena.

            http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/265/1412/2251.short

            Ora hai una scelta:
            1) Ignori le ricerche che ho postato
            2) Posti delle ricerche che le contradicono
            3) Accetti i fatti

            Faccio una previssione, secondo me lei scegliera la soluzione 1. Anche se spero vivamente che scelga la 2.

            Mi ricorda la scena che ha fatto Behe in tribunale quando sosteneva che il sistema immunitario era prova di creazione divina, poi l’avvocato l’ha sommerso di ricerche scentifiche che comprovano l’evoluzione e lui ammise che non ne aveva letta nessuna.

            “L’unico dato oggettivo è che le specie proseguono per tutta la loro esistenza solo con segni di microevoluzione.”

            Puoi postare un link di una ricerca peer reviewed che afferma questo cosi da mostrare che non e solo una tua supposizione fantasiosa?

            Quanto alle sue divagazioni sul informazioni, se lei non e neanche in grado di rispondere a domande semplice che potrebbero dimostrare come si usano come pretendi di continuare ad insistere… Francamente lo trovo assurdo , dai su risponda alle domande. Ci svela il segreto usa qualsiasi teroria del informazione per rispondere a quelle domande che sono FONDAMENTALI per sostenere la sua posizione.

            Io insieme a diversi lettori attendono con impazienza…

        • Giorgio Masiero on

          @ southstar
          Le cause che agiscono “dopo” l’evento, come la selezione naturale, proprio perché agiscono dopo che l’evento si è verificato, non possono aumentare la probabilità relativa che quell’evento si verifichi tra tutti gli eventi equiprobabili, ma solo aumentare la frequenza con cui quell’evento è conservato e registrato (dopo il suo accadimento) tra gli altri accaduti. E se il tempo necessario per la scansione di tutti gli eventi possibili è infinitamente superiore al tempo con cui un evento si realizza (come accade per es. col folding delle proteine, dove il rapporto sono pochi minuti rispetto a 10^300 anni), la selezione non ha il tempo d’intervenire ed occorre ricercare un meccanismo che agisca a priori per eliminare a priori le conformazioni non utili. Per questo, la selezione naturale non può spiegare il paradosso di Levinthal ed occorre trovare un meccanismo chimico-fisico diverso, operante da subito nelle dinamiche del ripiegamento.
          Sul fenomeno di auto-organizzazione della vita, La ringrazio dei Suoi esempi che vanno ad integrarsi con i miei citati nell’articolo. Vede, southstar, qui il problema non è se esista o no auto-organizzazione nella biosfera (chi negherebbe questa che è la principale caratteristica della vita?!); né il problema è se la complessità sia “necessaria”, come si mostra negli articoli da Lei citati, per l’auto-organizzazione biologica (chi lo nega, se già il più semplice dei batteri è di una complessità superiore a qualsiasi manufatto umano? Chi lo nega, se non sappiamo tutt’ora come codificare una singola proteina?). Il problema è che non sappiamo “come” l’auto-organizzazione emerge dalla complessità. Qualche passo in avanti è stato fatto, ma a nessuno di questi passi ha dato, né può dare un contributo (per i motivi evidenti che ho sopra spiegato) la selezione naturale.

          • Giorgio Masiero scrive:
            26 ottobre 2012 alle 14:46

            “E se il tempo necessario per la scansione di tutti gli eventi possibili è infinitamente superiore al tempo con cui un evento si realizza (come accade per es. col folding delle proteine, dove il rapporto sono pochi minuti rispetto a 10^300 anni), la selezione non ha il tempo d’intervenire ed occorre ricercare un meccanismo che agisca a priori per eliminare a priori le conformazioni non utili.”

            Interessante… perche dice che la selezione non ha tempo? E probabile che alla nascita dei primi sistemi prebiotici la selezione naturale coincidesse con leggi di chimica e fisica. Un sistema molto semplice autoreplicante tipo quelli creati da Ghadiri et al. dopo tutto funzionano cosi.

            Un altra considerazione un po piu astratta riguarda il “frame of reference”. Mentre è vero che la selezione naturale agisce dopo una determinata situazione essa in qualche modo e anche determinante. In condizioni particolarmente ostili la vità non puo formarsi. Non mi ricordo chi disse: In un mondo con solo macdonalds mangermo solo macdonalds.

            “E se il tempo necessario per la scansione di tutti gli eventi possibili è infinitamente superiore al tempo con cui un evento si realizza (come accade per es. col folding delle proteine, dove il rapporto sono pochi minuti rispetto a 10^300 anni), la selezione non ha il tempo d’intervenire”

            Per giungere alla conclusione lei che calcoli di probabilità ha fatto? Ha usato un sistema di prove sequenziali assegnado un tempo ad ogni prova?

          • Giorgio Masiero on

            @ southstar
            Nel caso del folding delle proteine, le conformazioni spaziali a priori sono 10^300, come ha calcolato Levinthal, già per le più piccole. Anche se il moto intramolecolare per ripiegarsi avvenisse alla velocità della luce, la scansione non potrebbe farne (dividendo la dimensione di un atomo d’idrogeno per la velocità della luce) più di 10^18 al secondo. Quindi la scansione totale richiederebbe 10^282 secondi (che è 10^266 volte l’età dell’Universo!). E invece molte proteine si ripiegano in qualche millesimo di secondo, perfino in milionesimi di secondo: CHE COSA LE GUIDA? Io non credo ai miracoli, e Lei?
            Non parliamo dell’auto-organizzazione di una (singola) cellula! Qui, per vedere i numeri in gioco, può leggersi il recente articolo “The Levinthal paradox of the interactome”, di P. Tompa P e G.D. Rose, ricercatori al VIB Department of Structural Biology, Vrije Universiteit Brussel, Bruxelles, Belgio.

  4. Michele Forastiere on

    Articolo bellissimo, Giorgio, molto “fisico”! 🙂
    Scrivi:
    L’ordine locale degli organismi viventi può essere costruito e conservato perché è guidato da meccanismi pre-esistenti (DNA, membrane biologiche, proteine, ecc.), senza cui esso non potrebbe avverarsi dal caos.
    A tale proposito, mi sembra molto interessante questo lavoro che riguarda il “paradosso di Levinthal” (http://it.wikipedia.org/wiki/Paradosso_di_Levinthal) applicato alle cellule:
    http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21987416
    Gli autori pongono così il problema:
    “Unlike protein folding, self-assembly of the interactome has not yet prompted such widespread attention, and for understandable reasons. It is a problem of bewildering complexity…Where does one begin? Our goal here is to show that assembly of the interactome in biological real-time is analogous to folding in that the functional state is selected from a staggering number of useless or potentially deleterious alternatives.”
    E concludono:
    “[O]ur calculations of combinatorial complexity [show] that the emergent interactome could not have self-organized spontaneously from its isolated protein components. Rather, it attains its functional state by templating the interactome of a mother cell and maintains that state by a continuous expenditure of energy. In the absence of a prior framework of existing interactions, it is far more likely that combined cellular constituents would end up in a non-functional, aggregated state, one incompatible with life…The spontaneous origination of a de novo cell has yet to be observed; all extant cells are generated by the division of pre-existing cells that provide the necessary template for perpetuation of the interactome.”. (“interactome”=”rete complessa delle interazioni biochimiche della cellula”)

    • Giorgio Masiero on

      L’articolo che ci hai linkato, Michele, è estremamente significativo, non tanto per il contenuto scientifico (che per noi due è ormai ovvio: ne abbiamo fatti anche noi alcuni calcoletti per i nostri articoli, Michele), ma soprattutto perché ormai mostra allargarsi sempre più nella comunità scientifica la convinzione che i 2 meccanismi della contingenza (io la chiamerei così: il “caso” di Monod non appartiene alla scienza, ma ad una concezione filosofica nichilista) e della selezione naturale non sono da soli SUFFICIENTI a spiegare la meraviglia che ci attende appena guardiamo fuori dalla finestra della nostra stanza piena di COSE (inanimate), per riempirci gli occhi con le manifestazioni della VITA che pullula sulla Terra!
      Ieri c’è stato a Roma un convegno su S.A. Kauffman, il grande biologo che ha sempre ricercato una spiegazione vera, scientifica dell’evoluzione, ricercando delle leggi potenti che potessero almeno prevederne la forma generale, se non le esatte diramazioni dell’albero della vita. Kauffman aveva fiducia sull’esistenza di queste leggi, e su questa base è riuscito a tratteggiarne alcune. E questo perché? Secondo me, perché Kauffman accompagnava ad una solida base epistemologica (che gli faceva sapere nettamente i numeri in gioco e, di conseguenza, distinguere ciò che è scienza da ciò che è storiella), anche una sempre più rara cultura interdisciplinare (biologica, fisica, chimica, matematica, filosofica) e, last but not least, una grande umanità. “Io sono convinto”, diceva “che noi siamo a casa nell’Universo, che qui siamo previsti, piuttosto che presenti contro ogni probabilità”: questo assioma filosofico è stato il suo driving field epistemico per la sua ricerca scientifica!

  5. Chiedo ai professori, è possibile che gran parte delle contraddizioni stanti attualmente fra la fisica e la biologia siano dovute al fatto che entrambe tendono a ignorare, nella loro descrizione dell’universo, la legge della sintropia formulata da Luigi Fantappiè, che deriva dalla soluzione negativa alle equazioni che uniscono la relatività ristretta alla meccanica quantistica? E’ grazie a questa legge infatti che -a mio avviso- si può spiegare la “magia” biologica della vita e al contempo non violare il secondo principio della termodinamica. Che ne pensate?

    • alessandro giuliani on

      Il punto con la sintropia di Fantappiè (che io conosco attraverso la divulgazione approfondimento fatti dai fratelli Arcidiacono) è che i processi sintropici (per far capire anche a chi non è addentro alla teoria il grande matematico Fantappiè dimostrava, a partire dalla teoria della relatività l’accoppiamento necessario in ogni singolo evento tra un ‘orizzonte entropico’ (aumento progressivo dell’incertezza nello spazio delle fasi, l’onda che si allarga nello stagno a partire dal sasso che vi ho gettato che le causa) e un ‘orizzonte sintropico’ (il raccogliersi e correlarsi di una serie di eventi inizialmente inspiegabili in un fine che li giustifica, come ad esempio lo sviluppo embrionale il cui fine ‘rende ragione’ raccogliendoli in un solo punto obiettivo di uno spazio inizialmente disperso).
      Ora è chiaro che la struttura nativa delle proteine (il folding finale) o appunto lo sviluppo embrionale possa essere visto come un processo sintropico con la causa ‘che tira dal futuro’ e lo stesso potremmo dire dell’albero che nasce dal seme e così via ma, come ammetteva lo stesso Fantappiè noi possiamo accedere sperimentalmente alla sola ‘parte entropica’ dei processi e riferirci alla sintropia solo ex-post e questo purtroppo (nonostante la sintropia sia una suggestione interessante) non aiuta nella pratica.

  6. Questo fatto viene talvolta indicato in meccanica statistica come morte termodinamica dei sistemi isolati: infatti, per tempi lunghi, l’entropia tende a raggiungere un valore massimo, che corrisponde a una temperatura uniforme ovunque nel sistema. In questo caso, il sistema non è più in grado di compiere alcun lavoro. Per i sistemi non isolati, invece, l’entropia può rimanere costante, o anche diminuire, ottenendo però un aumento di entropia delle sorgenti o dei sistemi con cui comunica che supera in valore assoluto la diminuzione dell’entropia nel sistema considerato.

    • Giorgio Masiero on

      Grazie, è esattamente quello che ho scritto. Aggiungendo però, che la diminuzione momentanea di entropia in un sistema aperto a spese d’un altro sistema, collegato al primo per scambi di materia-energia, può avvenire comunque soltanto se pre-esiste un meccanismo [il driving field: un campo gravitazionale, o elettromagnetico, ecc.], che esegua i cicli chimico-fisici anti-entropici. In sua assenza, una diminuzione non avviene spontaneamente, nemmeno localmente tra sotto-sistemi aperti dello stesso sistema isolato. Qual è il driving field fisico dell’evoluzione dalla materia inanimata alla prima forma di vita e da questa a tutte le specie? I soli meccanismi del caso (per introdurre cambiamenti) e della selezione naturale (per filtrare i più adatti alla sopravvivenza) non produrranno mai da soli, nei tempi fisici dell’Universo, un meccanismo anti-entropico come un frigorifero. Per questo il neodarwinismo è, quanto meno, incompleto.
      Le linee di come integrarlo, per toglierne gli aspetti magici e farne una teoria autenticamente scientifica, sono state da me accennate nella terza parte. Esse sono di tipo matematico (teorie della complessità) e di tipo fisico (elettrodinamica quantistica) e sono purtroppo oggetto di ricerca di gruppi minoritari rispetto al monopolio della biologia molecolare. Ma su questo avremo modo di ritornare in futuro.

  7. Giorgio Masiero scrive:

    “Quindi mai capiterà nella vita dell’Universo, che è infinitesima rispetto al tempo richiesto alle N molecole per esplorare tutte le combinazioni, una distribuzione diversa da una uniforme.”

    Questo però è in disaccordo da quanto afferma la moderna meccanica quantistica: ovviamente se l’età dell’Universo fosse infinita avremmo la certezza (probabilità = 1) che l’evento estrememente improbabile si verificherà, tuttavia non è necessario avere un tempo infinito ed analizzare tutte le possibili combinazioni perchè questo accada.
    Sarebbe come sostenere la necessità di giocare tutte le combinazioni al superenalotto per poter vincere il premio, in realtà si può giocare una schedina ed avere il colpo di fortuna al primo colpo, molto improbabile ma non impossibile.
    Rimane insomma la possibilità a livello teorico che la vita si sia originata per un puro processo casuale.

    • Giorgio Masiero on

      La scienza moderna, Federico, si basa sui numeri, non sulle metafore. Nel caso del superenalotto, noi non proviamo alcuna meraviglia a sapere che ogni domenica ci sono dei vincitori, tant’è semmai che i giornali riportano la notizia con clamore quando “non” ci sono vincitori. A differenza del superenalotto dove si passa da una configurazione ad un’altra in maniera discreta, il sistema di un gas in un recipiente è un sistema dinamico, dove le particelle sono in moto in tutte le direzioni, con velocità distribuite secondo la statistica di Maxwell. Nel gioco tutte le configurazioni (elementari) sono equiprobabili, e quindi ogni configurazione ha una probabilità piccola non nulla, uguale al reciproco del numero totale delle configurazioni, che diviene “quasi certezza” col numero N di giocatori domenicali, che è dello stesso ordine di misura del numero delle configurazioni.
      Questa equivalenza matematica degli ordini manca del tutto nella fisica del gas, anzi non potrebbe essere più lontana. Nel sistema dinamico delle N molecole ripartite in due bombole in comunicazione, per passare dalla configurazione (N/2, N/2) a quella (0, N) bisogna prima passare alla configurazione (N/2 – 1, N/2 + 1), poi da questa a (N/2 – 2, N/2 + 2), poi ecc., ecc., ad ogni passaggio con improbabilità crescente. Con N ~10^23 molecole, la velocità media delle molecole << c e un tempo dell’Universo t ~10^18 sec, la probabilità è “quasi nulla”, dove la locuzione ha il significato tecnico di << 10^(-100). Dalla “quasi” eguaglianza di questo numero con lo zero, i fisici hanno tratto il secondo principio della termodinamica, che considerano all’unanimità la più certa di tutte le leggi scientifiche.
      Naturalmente Lei, Federico, è libero di rifiutarSi di credere a questo principio e, di conseguenza, a tutte le scienze in blocco, le cui altre leggi sono molto, molto più incerte, per rifugiarsi solo nella metafisica e nella matematica, dove le leggi hanno validità assoluta. Contemporaneamente, Lei è libero di credere che la vita (e tutto ciò che vede fuori della Sua finestra: alberi, gatti, automobili, ecc.) sia frutto del caso, ma non di spacciare questa sua ultima credenza come coerente alla scienza.

    • Si..chiedigli un po’ quale sarebbe questa “teoria alternativa” che ridimensiona il ruolo della selezione naturale e spiegare in che moso spiega l’evoluzione secondo meccanismo di caso -necessità e contingenza e come realmente poi vada a minimizzare l’effetto della selezione naturale e derive genetiche varie..
      Son le solite fregnacce di quelli abbagliati da lustrin che si tolgono ogni dubbio allorchè gli vien detto
      “eh ma la sintesi estesa non è mica darwinismo”
      Che è vero,ma il problema ed il paradigma di fondo è sempre quello.Anzi fra l’altro era più credibile(fintanto che le conoscenze scientifiche non l’hanno sbugiardato)il Darwinismo che vedeva nella trasmissione dei caratteir acquisiti dell’uso e disus uno strumento evolutivo.

      Che facciano esempi concreti e portno fatti e corroborazioni,dire ci sono teorie ora che …non vuol dire nulla.

      Ah fra l’altro Pievani,che vuol poi dire Pikaia trova nella selezione naturale l’elemento più importante dell’evoluzione neodarwiniana.
      Che glielo vada a dire.

      • Gliel’ho chiesto. Ha fatto orecchie da mercante.
        Ha parlato di Gould.
        Il troll continua imperterrito.

        • Eh già..beh un copiancollatore a caso..
          E perchè Gould,kimura et all non sono forse neodarwinisti?
          Dove sarebbe un’altra teoria?
          Non sono fossse tutti innesti nel gran calderone della sintesi estesa?
          Fra essi vi è un andare oltre e differentemente al paradigma di caso-necessità e contingenza che poi si traduce in “Caso” .(punto) con la C maiuscola?
          Gould e Kimura di fatto poi hanno “peggiorato” le cose nel tentativo di salvarle.
          Di fatto entrambi hanno incrementato il fattore casuale aleatorio eil livello di indetrminazione e Kimura con la deriva genetica,molto rigettata e confutata dai fatti in cui si può constatare deriva genetica,propone una visione assurda.
          Gould si può vedere l’articolo e commenti relativi sotto. La teoria degli equilibri punteggiati(neodarwiniana) di Gould ed Eldredge parla di tempi per l’evoluzione che vanno da 5000 a 50.000 anni.I fossili ( e con loro Gould ed Eldredge) dicono che in quei milioni di anni non succedeva niente “stasi”, e che l’evoluzione avveniva proprio in quel breve periodo di 5 – 50 mila anni.ora Kimura e Gould sono “collegati ..infatti:
          In piccole popolazioni, la deriva genetica diventa il meccanismo dominante per il trasporto delle mutazioni, e bastano poche migliaia di generazioni per fissarle definitivamente e trasformare la popolazione in modo irreversibile. La teoria degli equilibri punteggiati va pertanto a riconoscere che la deriva genetica è stato il meccanismo chiave che ha prodotto le speciazioni, anche se ha operato solo a tratti intermittenti nella storia della vita.una volta apparse le specie resterebbero costanti per lunghi periodi di tempo,periodi stasi,che rappresentano anch’esse(secondo G&E) un fenomeno non più passivo ma attivo, poichè le specie possono realizzarla solo con meccanismi,dicono, che si oppongano attivamente al cambiamento continuo.
          Gould e Eldredge si accorsero che la loro teoria ha una conclusione teorica dirompente;se tutte le specie operano attivamente per la loro conservazione, allora non si può più dire che esse si trasformano in modo graduale per esprimere sempre meglio le caratteristiche dei taxa superiori…siccome la stasi non può essere illusoria deovettero postulare una sorta di “selezione delle specie”complementare la selezione naturale. Ma anche questo come tutto il resto non rappresentò ne rappresenta una soluzione del problema.. Non abbiamo nessuna prova,nessuna corroborazione di questo fenomeno
          Gould ha dichiarato che:
          “l’assenza di prove fossili per gli stadi intermedi(forme di transizione)è un problema persistente e fastidioso(nagging scrive come un martellamento continuo..)per la teoria dell’evoluzione”

          Vedasi:
          http://www.enzopennetta.it/2012/05/su-pikaia-una-replica-a-cs-che-sia-un-dibattito-questa-si-che-sarebbe-evoluzione/
          http://www.enzopennetta.it/2012/07/evoluzione-esiste-un-principio-di-indeterminazione/
          http://www.enzopennetta.it/2012/05/neodarwinismo-alla-deriva/
          http://www.enzopennetta.it/2012/07/neodarwinismo-alla-deriva-3-ancora-una-prova-a-sfavore-della-teoria-neodarwiniana/

    • Giorgio Masiero on

      La dimostrazione matematica, Piero, della differenza irriducibile tra macro- e micro-evoluzione è già apparsa, in inglese, nelle riviste scientifiche. Penso che presto ne vedremo una versione divulgativa in italiano anche in CS!