La vita è fisica (Parte II)

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Renoir_-_By_the_Water

P.-A. Renoir, “Presso l’acqua” (1880)

 

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La vita è fisica (Parte II)

Le basi quantistiche della vita

di Giorgio Masiero        

 

Nella Parte I ho descritto 4 fatti inspiegabili della biologia molecolare classica:

  1. l’accadere in vivo di reazioni chimiche che non si osservano in vitro;
  2. la velocità di molte reazioni biochimiche, nettamente superiore rispetto alle stesse reazioni in laboratorio;
  3. l’elevatissima efficienza di molte reazioni biochimiche, traccia diretta di fenomeni quantistici; e, più strabiliante di tutti,
  4. la presenza di codici organici, che guidano i cicli chimici nell’organizzazione funzionale a più livelli della vita.

Questi problemi rientrano nella questione dell’attenzionalità, che nomina quella caratteristica dei sistemi viventi per cui tutte le loro più minuscole componenti – a cominciare dalle particelle subatomiche, come vedremo – utilizzano le risorse dell’ambiente in un’organizzazione coordinata di miriadi di operatori per costruire, conservare e riprodurre i sistemi. L’attenzionalità è nella scienza moderna il concetto corrispondente in filosofia classica all’anima vegetativa, com’era chiamato il principio basico della vita, condizione dell’accrescimento, della nutrizione e della riproduzione. Tutte le specie, dagli archaea all’uomo, si supportano sulle funzioni vegetative.

L’attenzionalità rivela la presenza nella cellula, accanto al regime caotico descritto dalla statistica chimica, di un regime ordinato che può essere guidato solo da un campo fisico. Abbiamo visto anche che l’attenzionalità (e con essa la comparsa di forme esclusivamente vegetative di vita, ovvero l’abiogenesi) si potrebbero spiegare, se si riuscisse a risalire ad una struttura molecolare che derivi la sua individualità da una relazione tra due generi di processi fisico-chimici auto-organizzativi, dipendenti l’uno dall’altro. A questo punto si tratta di affiancare all’azione di smontaggio dell’organismo prodotta dalla biologia molecolare il metodo inverso della teoria quantistica dei campi (TQC), per provare a rimontare il “giocattolo”. Solo così si può sperare di superare l’angustia del riduzionismo che, rimuovendo dall’analisi della materia vivente la sua complessità, abdica a spiegare la vita ed anche solo a definirla.

Ora viene la pars construens: mi riprometto di descrivere – usando un linguaggio comprensibile ad uno studente di liceo – alcune delle più recenti ricerche di biologia e chimica integrate con la fisica quantistica, volte ad individuare i due tipi di processi intrecciati che sono all’origine dell’attenzionalità della vita. L’interdisciplinarità di biologia, chimica e fisica si basa su una concezione fisico-strutturalistica del fenomeno “vita” e le sue teorizzazioni producono predizioni sperimentalmente controllabili (corroborate, come vedremo nell’ultima Parte). Questa concezione si candida come nuovo paradigma scientifico della biologia del XXI secolo, alternativo alle speculazioni poetiche succedutesi per millenni nella storia umana. In particolare, lo strutturalismo fisico è alternativo al darwinismo, che è una superstizione storico-funzionalistica ferma al meccanicismo della (falsificata) fisica classica e costituzionalmente priva, come abbiamo visto nella Parte I, di predittività.

 

Alla ricerca del campo fisico che crea l’ordine biologico

Capita ancora d’udire in ambienti anti-evoluzionisti che l’ordine e l’auto-organizzazione del vivente siano violazioni patenti del secondo principio della termodinamica, con l’immediato corollario che la vita sarebbe un fenomeno in contrasto con le leggi della fisica o comunque ad essa sfuggente. Ciò non è vero, come ho spiegato in un articolo dedicato al rapporto tra entropia e biologia.

Già nella materia inanimata, seppure in misura molto meno spettacolare che nell’animata, avvengono fenomeni di comparsa d’ordine in apparente opposizione alla termodinamica. Uno di questi era usato dai cercatori d’oro per filtrare il metallo prezioso dal miscuglio minerale: agitando la miscela, essi sfruttavano il campo gravitazionale per separare le particelle più pesanti, che andavano nel fondo del setaccio, da quelle più leggere, che emergevano in superficie, con l’effetto anti-entropico di riordinare i minerali del miscuglio. Mentre nei casi comuni l’agitazione d’una miscela allo stato liquido provoca il veloce raggiungimento della massima entropia perché accelera la distruzione di eventuali isole d’ordine generatesi per scarsa diffusione, nei microaggregati[i] la stessa operazione è localmente anti-entropica in quanto esalta l’effetto ordinante della forza di gravità. Altri casi di anti-entropia locale, possibile grazie alla presenza di gradienti di energia gravitazionale, sono la formazione di vortici ordinati, i fenomeni atmosferici, l’erosione differenziale di rocce a diversa composizione di durezza, ecc. In generale, nei fenomeni inanimati ad apparizione d’ordine, è sempre l’interazione di un campo di forze (“driving field”, o campo pilota) con la materia a guidare l’evoluzione anti-entropica di un sistema aperto[ii], a prezzo dell’accelerazione entropica degli altri sistemi energeticamente comunicanti col primo. Complessivamente comunque, nell’unione di tutti i sistemi comunicanti, l’entropia aumenta in continuazione. Ciò stabilisce la freccia del tempo e l’irreversibilità dei processi naturali: “Tu non puoi, o mortale esistenza, discendere due volte il medesimo fiume, né occupare due volte il medesimo stato, ma per rapido scambio di ardore ogni cosa si scinde e si aggrega, non prima né dopo ma nel medesimo tempo, si unisce e si disfa, compare e scompare” (Eraclito[iii]).

Alcuni fenomeni eclatanti con apparizione improvvisa, per scatto di fase, di ordine stabile nella materia inanimata richiedono l’intervento di campi diversi dal gravitazionale e le spiegazioni della TQC. Per es., i cristalli. Abbassando lentamente la temperatura, a 0 °C interviene con discontinuità un cambio di stato dell’acqua: le goccioline precipitano in fiocchi di neve dalle infinite forme, geometricamente regolari, con l’esagono come tema costante (Fig. 1). Altre sostanze precipitano (ad altre temperature) in altre geometrie: cubi, prismi, romboedri, ecc. La fisica spiega la comparsa di quest’ordine con un principio: a date condizioni di temperatura e pressione, la configurazione delle particelle di ogni cristallo è quella di valore minimo dell’energia del campo elettromagnetico prodotto dal moto delle stesse particelle. Cosicché, la simmetria stabile del cristallo non è che un ordine pre-esistente nel campo elettromagnetico, il quale nella precipitazione della materia allo stato solido emerge parzialmente a livello macroscopico. Il “continuismo” – la concezione laplaciana dei piccoli passi come descrizione esaustiva dei processi naturali – è una delle tante assunzioni della meccanica classica falsificate dai fatti sperimentali.

  Fig. 1 – Fiocchi di neve

 

Altri fenomeni fisici spettacolari che nei cambi di stato (aeriformeliquidosolido, 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 di campi fisici, rotta spontaneamente dopo l’interazione contingente[iv] con la materia e con l’ambiente. La “rottura spontanea della simmetria” è un termine tecnico allusivo al fatto che non tutte le simmetrie possedute dal campo si trasferiscono allo stato finale del sistema aperto, andando alcune perdute nel suo attualizzarsi. In questo modo, l’ordine che emerge a livello macroscopico è predetto dalla TQC come l’esito necessario del flusso energetico tra specifiche strutture atomiche soggette a campi dotati di simmetrie pre-esistenti che almeno in parte si conservano.

Si noti infine che la fisica non s’interroga sull’origine delle simmetrie dei campi; le postula a priori in base a criteri di semplicità (principio di Ockam: “Entia non sunt multiplicanda praeter necessitatem”[v], le simmetrie essendo proprio un potente strumento matematico per minimizzare il numero delle variabili) e le giustifica a posteriori nelle predizioni controllate dall’esperimento che ne ricava: “All’inizio tiriamo a indovinare […] poi calcoliamo le conseguenze di un’ipotesi, per vedere quale sarebbe la conseguenza e cosa comporterebbe […] poi compariamo tali calcoli […] direttamente alle osservabili sperimentali per vedere se [l’ipotesi] funziona. Se non è in accordo con l’esperimento è sbagliata” (Richard Feynman[vi]).

Ora, come l’informazione all’origine dell’ordine nella materia inanimata è creata dalla simmetria d’un campo spontaneamente rotta nella sua interazione con le particelle atomiche, ci chiediamo:

Si può far risalire il contenuto informativo dei codici organici all’intreccio tra le simmetrie di un campo fisico e la struttura atomica delle molecole organiche? potrebbe uno dei 4 campi (gravitazionale, elettromagnetico, nucleare forte e nucleare debole) essere il driving field responsabile dell’auto-organizzazione della vita?

 

Fig. 2 – Radiolari

 

 

Le forze che hanno composto le forme sferiche, cilindriche ed ellissoidali dei radiolari (Fig. 2) sono oggi le stesse di 500 milioni di anni fa. I cristalli di neve sono oggi gli stessi di quando cadde la prima neve, miliardi di anni fa. Perché i primi  – che sono presenti nelle stesse forme e ovunque sulla Terra, sotto ogni clima, fin dalla loro comparsa – dovrebbero essere stati forgiati dalla selezione naturale, piuttosto che dalla stessa fisica che ha forgiato e forgia i secondi? Lo stesso potremmo chiederci per i foraminiferi.

Dal punto di vista della fisica – e quindi in termini di fondamenti materiali – non è questione né di tempo né di adattamento, ma solo delle forze che assemblano un organismo in una forma geometrica piuttosto che in un’altra e, per quanto sappiamo, le forze fisiche che agiscono oggi su Orbulina, Lagena o Nodosaria sono le stesse che ai tempi del Cretaceo. Anche Stephen J. Gould negò validità alla spiegazione darwiniana per questi protozoi: “Tali forme non sono soggette a specifiche ragioni di filiazione storica più di quanto non lo siano le varie forme dei fiocchi di neve o dei cristalli di quarzo[vii] e prima di lui D’Arcy Thompson nel “più fine lavoro di tutti gli annali di scienza scritto in lingua inglese[viii] scrisse: “A me non pare affatto che il modo usuale di ragionare del biologo sia adatto in questi casi, né che si possa impiegare necessariamente, tranquillamente o legittimamente il concetto di un’evoluzione storica continua[ix]. “Tranquillamente” era stato l’avverbio usato da Darwin per invocare l’evoluzione per selezione naturale anche in questi casi[x].

Che le forme dei radiolari e dei foraminiferi siano di origine adattativa ed ereditate da comuni antenati appare in contrasto col principio di Ockam, che vietando in generale di aggiungere nuove assunzioni quando bastano le precedenti, vieterebbe in questo caso di aggiungere una serie di altre congetture, per giunta incontrollabili (quali l’esistenza d’un comune antenato e l’ottimizzazione di ogni forma geometrica ad una funzione adattativa specifica in un dato habitat) a quella semplice, misurabile e corroborata di un campo, la cui simmetria si rompa spontaneamente nei radiolari e nei foraminiferi come nei cristalli in diversi solidi geometrici, in seguito all’incontro con la materia organica e con l’ambiente.

Come tutti sanno, dalle invenzioni di Tesla e di Marconi e dal corto raggio (10-18÷10-15 m) delle forze nucleari, l’unico campo fisico che veicola informazione mass-selective[xi] oltre il range tipico della cellula (1 micron = 10-6 m) richiesto per spiegare il funzionamento dei codici organici è il campo elettromagnetico.

 

Il campo elettromagnetico come sorgente dei codici organici

Vediamo prima di tutto come la presenza di un campo elettromagnetico, anche di debole intensità, risolverebbe i 4 “misteri” della biochimica ricordati all’inizio; come in particolare la dinamica del campo ordinerebbe le reazioni chimiche nei diversi cicli biologici. Nel paragrafo successivo vedremo quale sia la sorgente nei viventi di questo campo pilota. Userò un approccio conservativo, ovvero tutto quanto dirò si poggerà su risultati scientifici consolidati da decenni e descritti nelle riviste peer review. Anche se per evitare la matematica ricorrerò a metafore, mai mi riferirò a speculazioni infalsificabili o a teorie non ancora corroborate.

Cominciamo col dire che una molecola interessa ad un fisico per caratteristiche affatto diverse che ad un chimico. Per questi una molecola è un insieme di atomi, che può reagire in maniera diversa con altre molecole per dar luogo a nuove specie molecolari, ricombinandone gli elementi. Per il fisico (della materia condensata) invece, una molecola è un sistema di nuclei elettricamente positivi e di nubi elettroniche negative, che fluttua tra la configurazione “di base” (quella di minima energia) ed altre configurazioni (“eccitate”), diverse per ogni molecola. Questo è un punto fondamentale della fisica quantistica: in ogni molecola, rispetto al gradino più basso la scala delle configurazioni energetiche eccitate è composta di gradini di altezza definita e la frequenza di fluttuazione tra due configurazioni è proporzionale al salto di energia che le separa. Per il fisico quindi una molecola è un oscillatore e la cellula un insieme di oscillatori, dove ogni oscillatore ha uno spettro di frequenze caratteristiche sue proprie. Ti basti, lettore.

Interviene ora un teorema dell’elettrodinamica quantistica (EDQ) dello stato condensato, che è la sezione della TQC dedicata al campo elettromagnetico interagente con la materia solida o liquida. Eccolo:

  1. si abbia un campo elettromagnetico esteso in una regione, il quale oscilli ad una data frequenza e
  2. nella regione ci siano due molecole che oscillino con frequenze pressoché uguali[xii] tra loro e alla frequenza del campo,

allora tra le due molecole si esercita una forza attrattiva molto intensa rispetto alle normali forze chimiche e agli urti casuali.

Secondo il teorema dunque, in presenza di un campo elettromagnetico che ricopra il volume di una cellula (mediamente avente il range di 1 micron, che è 3÷4 ordini di grandezza superiore a quello delle molecole organiche), anche due molecole distanti della stessa cellula possono essere “riconosciute” dal campo e portate immediatamente a contatto. Per combinarsi chimicamente esse non devono aspettare di urtarsi casualmente, perché le guida attivamente il campo. L’unica condizione perché si realizzi questa attrazione di lungo range è che le molecole abbiano tra una coppia delle loro configurazioni un salto quantico uguale alla frequenza del campo pilota: allora, entrando in “risonanza” con il campo esse vi entrano tra loro, si attirano fino a collidere e danno luogo alla reazione chimica. È la stessa situazione delle comunicazioni wireless. Quando un telefonino da Milano ne chiama un altro a Londra i due risuonano stabilendo il contatto, mentre tutti gli altri cellulari anche più vicini al primo non rispondono perché non risuonano con esso.

Il teorema dell’EDQ spiega così, semplicemente, la selettività, l’azione a distanza e la velocità delle reazioni biochimiche, quando ci sia nella cellula un campo elettromagnetico suscettibile di oscillare in un adeguato spettro di frequenze!

Questo uso selettivo del campo elettromagnetico trova da qualche tempo applicazione in industria. Nell’industria chimica, avendo in soluzione acquosa molte specie molecolari e volendone estrarre una particolare, spariamo un raggio laser della frequenza della specie voluta: tutte le molecole di questa specie sono attratte all’interno del raggio, la cui pressione le spinge in un punto dove le possiamo raccogliere. Le altre, non risonanti, sono ignorate dal laser e residuano nella soluzione. Nell’industria nucleare, questo metodo è applicato al Los Alamos National Laboratory (New Mexico, USA) per arricchire l’uranio, estraendo l’isotopo 235 dal minerale. Un tempo (in Iran, ancora adesso) si usavano le centrifughe; oggi si usa un laser di frequenza risuonante col nucleo 235.

Ora, si sa che ogni reazione chimica è esotermica o endotermica, cioè produce o assorbe una dose di energia. Il valore (positivo o negativo) della dose deriva dalla ristrutturazione delle nubi elettroniche conseguente alla reazione, in ultima istanza dalle costanti cosmologiche[xiii]. In presenza del campo elettromagnetico, questa energia viene assorbita o ceduta dal campo, che in conseguenza varia in più o in meno la sua frequenza iniziale. A questo punto il campo capta altre molecole capaci di risuonare con la sua nuova frequenza, nuove molecole s’incontrano e riparte una nuova chimica. Nasce così uno schema biochimico dipendente dal tempo: in direzione top-down il campo seleziona in base alla sua frequenza attuale una reazione biochimica, la quale in direzione bottom-up modifica la frequenza del campo, ecc. I delta di energia scambiati tra le orbite elettroniche dei reagenti ed il campo elettromagnetico, dando luogo a frequenze specifiche che attirano molecole specifiche, ordinano le reazioni molecolari. Il campo elettromagnetico diventa veicolo d’informazione prescrittiva per la biochimica.

Codici organici direttamente eseguibili risultano dunque dall’intreccio tra due processi, EDQ e chimica, quando sia presente nella cellula un campo elettromagnetico capace di oscillare su un vasto spettro di frequenze! I codici sono l’esito della simmetria del campo elettromagnetico spontaneamente rotta nell’interazione con le molecole organiche, la cui reazione a sua volta rimodula il campo scandendo il programma del ciclo. Questa sinergia rimpiazza nel vivente il modus operandi affidato magicamente dalla biologia molecolare classica agli urti casuali. Per es., gli operatori di “ingegneria genetica naturale” proposti da James A. Shapiro[xiv] per spiegare le mutazioni genetiche risultanti da operazioni biochimiche ben definite, con la sensibilità di questi operatori ai fattori epigenetici, trovano nell’entanglement tra campo elettromagnetico e biochimica una loro base materiale.

Ricordiamo infine che l’attenzionalità inconscia può emergere senza intenzionalità cosciente dall’intreccio sinergico di due tipi distinti di processi fisico-chimici. Ebbene, il risultato dell’interazione del campo elettromagnetico con la biochimica è proprio una struttura molecolare dinamica, che deriva il suo sviluppo materiale da una relazione tra due processi auto-organizzativi distinti interdipendenti: l’entanglement EDQ-chimica risulta così esplicativo dell’attenzionalità e diviene un’assunzione misurabile e falsificabile atta a completare con gli ordinati processi quantistici gli attuali modelli chimici prebiotici caotici (di sistemi auto-catalitici, o di liposomi auto-riproduttivi, o della nascita dell’RNA) dell’abiogenesi.

A questo punto, dobbiamo rivolgerci all’identità del campo pilota:

Che cosa produce il campo elettromagnetico che fa da direttore d’orchestra e decide ad ogni istante di ogni vivente la sua attenzionalità, ovvero quali saranno le specie molecolari che entrando in gioco lo costruiranno e lo manterranno vivo? qual è la sorgente del driver field dei viventi?

 

Sorella acqua

Si dice che la medusa, essendo fatta per il 98% d’acqua, sia più pura dell’acqua minerale. Ma con l’aggiunta infinitesima di qualche additivo l’acqua è la linfa vitale anche d’uno scorpione o d’un cetriolo, d’un batterio della salmonella o d’un elefante. Quanto a noi uomini, siamo acqua per il 75% della nostra massa: per 2/3 l’acqua sta nelle cellule, per 1/3 è extracellulare (per lo più nel plasma sanguigno) e fluido interstiziale che bagna le cellule. Se poi contiamo il numero invece di misurare il peso, le molecole d’acqua – che sono leggerissime rispetto alle altre molecole organiche più blasonate: proteine, acidi nucleici, vitamine, ormoni, ecc. – salgono per tutti i viventi al 99%. La vita è acqua, dunque.

Per i biochimici ciò che conta è la reattività inter-molecolare e poiché l’acqua ha una reattività chimica modestissima, essa è da loro trascurata. Vuoi mettere le proteine, gli enzimi, ecc.? Certo, nessuno nega che l’acqua giochi un ruolo importante nei processi biologici: la maggior parte delle reazioni chimiche nel nostro organismo e in quello degli altri esseri viventi sono in presenza d’acqua come solvente; l’acqua è mezzo di comunicazione tra i tessuti cellulari (liquido interstiziale); mezzo regolatore delle funzioni; depura dalle scorie; trasporta i nutrienti; mantiene la pressione osmotica… Ma qui più o meno finisce l’interesse dei biochimici per l’acqua.

Per i biofisici ciò non può bastare. Come per i sindaci delle S.p.A., che contano in assemblea il numero di azioni, per i fisici vale il numero di oscillatori, e quando gli oscillatori dell’acqua vanno dal 99% al 99,99% del totale degli oscillatori di una cellula, l’esistenza di questa maggioranza silenziosa, “humile et pretiosa et casta” (Francesco d’Assisi), deve nascondere un significato! Quindi studiamo l’acqua.

L’acqua ha una formula chimica elementare: H2O. I 3 atomi che compongono una sua molecola isolata sono nella configurazione di base disposti a triangolo isoscele (Fig. 3), con l’ossigeno al vertice O di un angolo di 104,45° e i due idrogeni alla base H-H. I lati congruenti O-H misurano 0,96 Å. Questa disposizione fisico-geometrica di 3 nuclei circondati da una nube di 10 elettroni è, in termini di masse, forze, lunghezze ed angoli, una combinazione numerica sottile – uno dei tanti risultati del fine tuning al Big Bang – portatrice di proprietà che rendono l’acqua unica tra le 15 milioni di specie chimiche note, facendone la chiave della vita. Fosse, per es., l’angolo al vertice di pochi gradi minore di 104,45° (come accade per gli altri composti dell’idrogeno dove l’ossigeno è sostituito da un elemento dello stesso gruppo nella tavola di Mendeleev: il solfuro d’idrogeno H2S, o il seleniuro H2Se, o il telluriuro H2Te) o di pochi gradi maggiore, la vita non sarebbe possibile.

 

Fig. 3 – La configurazione di base della molecola d’acqua

 

 

Quale forza tiene uniti i 3 atomi nella molecola? È ciò che i chimici chiamano “legame  covalente polare”, e che i fisici spiegano con lo stato di minima energia consistente in una distribuzione della nube elettronica quasi totalmente spostata intorno al nucleo di ossigeno. Il vertice O del triangolo isoscele si carica così negativamente, mentre i 2 angoli alla base H-H (con i 2 idrogeni ridotti quasi a 2 nudi protoni) si caricano positivamente. Questa configurazione dipolare di base, dove comunque tutti gli elettroni sono fortemente legati ai nuclei, conferisce alla molecola la forma di una sfera schiacciata ai poli. Subito sopra questa configurazione, a +12,06 eV c’è una configurazione eccitata dalla forma bitorzoluta, con un elettrone in regime di quasi libertà per ogni molecola. L’energia di ionizzazione dell’acqua, necessaria a liberare un elettrone, è infatti 12,62 eV, appena mezzo elettronvolt sopra la configurazione bitorzoluta. Ci sono poi altre configurazioni eccitate, a più alta energia, di maggiore labilità.

Adesso interviene un altro teorema dell’EDQ, che sta alla base della fisica del laser scoperto negli anni ’50. Il teorema predice che in un sistema di oggetti elementari identici (atomi, molecole, ioni, elettroni, ecc.), alle 3 condizioni che esso

  1. abbia uno spettro discreto di livelli energetici,
  2. superi una soglia minima di densità e
  3. si trovi sotto un valore critico della temperatura,

la minima energia (dove il sistema trova il suo equilibrio dinamico) non si avvera in uno stato con oscillazioni indipendenti delle particelle, ma nello stato (detto di “coerenza elettrodinamica”) in cui tutte le particelle identiche si muovono con ugual frequenza e in fase, tra due livelli energetici, così originando un campo elettromagnetico della stessa frequenza e in fase con gli oscillatori elementari.

Che un moto di cariche elettriche produca un campo elettromagnetico sta nelle equazioni di Maxwell ed è pertanto cosa nota da molto tempo. Si è però portati a pensare, con un ragionamento solo all’apparenza corretto, che i campi elettromagnetici microscopici prodotti dalle oscillazioni di tante singole particelle cariche si orientino casualmente in ogni direzione e così si sommino a zero. La scoperta del laser ha mostrato che non è sempre così e che, in certe condizioni fisiche, le particelle danzano in sincronia come un corpo di ballo.

Eseguendo i calcoli, nel 1988 si è trovato[xv] che le condizioni del laser si possono verificare anche per l’acqua. Quella organica, ottemperando nelle normali densità e temperature alle 3 condizioni del teorema, si suddivide in due componenti, una ordinata ed una caotica:

        I.            una parte delle molecole, intrappolate in tanti volumi (detti “domini di coerenza”) della dimensione di 100 Å e contenenti alcuni milioni di molecole ciascuno, si muovono a ritmo oscillando tra i due stati energetici a forma di palla schiacciata e a forma bitorzoluta. L’oscillazione di queste molecole in fase produce un campo elettromagnetico duraturo, d’intensità paragonabile a quello terrestre, avente una frequenza dell’ordine di 1013÷1014 Hz[xvi];

      II.            resta, tra gli interstizi dei domini di coerenza, una frazione di molecole in moto disordinato, tanto più numerose quanto maggiore è la temperatura, che obbediscono alla statistica classica.

Già a fine ‘800 Röntgen[xvii], lo scopritore dei raggi X, aveva ipotizzato l’esistenza di due fluidi dell’acqua con caratteristiche fisiche diverse per spiegare alcune strane proprietà termodinamiche dei soluti. Ora l’EDQ lo conferma: se allo stato di vapore (sopra i 100 °C, alla pressione di 1 atm) ogni molecola d’acqua oscilla autonomamente e nessun campo elettromagnetico è prodotto, nello stato liquido invece, già a 90 °C, un 30% delle molecole oscilla in fase all’interno dei domini di coerenza producendo un campo elettromagnetico persistente. Con l’abbassarsi della temperatura diminuisce il volume occupato dagli interstizi d’incoerenza sul totale del liquido e cresce la coerenza insieme all’intensità del campo elettromagnetico da essa prodotto, secondo rapporti precisi[xviii]. Sotto i –70 °C tutta l’acqua (ghiacciata) diviene coerente[xix].

Per la frazione coerente dell’acqua organica accade come nei concerti di musica classica, dove inizialmente ogni strumentista suona per conto suo, poi si accordano gli strumenti ed infine ne esce… una melodia. Così, ad adeguate condizioni di densità e temperatura, tra le molecole d’acqua intrappolate nei domini di coerenza, dopo un’iniziale fase di fluttuazione disordinata, tutti i campi si saldano presto (in ~10-14 secondi) in un unico campo mesoscopico.

 

L’entanglement EDQ-chimica

Le due fasi coesistenti dell’acqua – i domini di coerenza e gli interstizi – sono entrambe fondamentali per la vita. Gli interstizi ospitano, oltre alle molecole d’acqua in moto non coerente, tutte le altre molecole organiche: tra queste, quelle che oscillano alla stessa frequenza del campo prodotto nei domini di coerenza si ammassano ai confini e danno luogo alle reazioni biochimiche. Le rimodulazioni della frequenza del campo operate dalle reazioni richiamano come sirene altre molecole degli interstizi ai confini coi domini e s’innesca il ciclo. Ecco perché la vita ha una temperatura minima sotto la quale non può scendere ed una massima sopra la quale non può salire: calando la temperatura, i domini di coerenza si dilatano e gli interstizi, divenuti troppo piccoli, non possono ospitare tutte le molecole organiche diverse dall’acqua necessarie ad innescare l’entanglement EDQ-chimica; viceversa, aumentando la temperatura, si contraggono i domini di coerenza e si riduce l’intensità del campo pilota dell’entanglement. A bassa temperatura non ci sono suonatori, ad alta temperatura mancano il direttore d’orchestra e lo spartito. La temperatura giusta (36÷37 °C nell’uomo) è quella in cui la dimensione della grandezza degli interstizi nell’acqua è della dimensione atta a contenere tutte le molecole biologiche: un altro fine tuning delle costanti cosmologiche che coniuga la soglia d’intensità del campo alla dimensione delle molecole!

Il campo elettromagnetico che dirige le reazioni biochimiche deriva quindi la sua esistenza dallo stato bi-fase dell’acqua organica, aggiuntivo ai 3 più noti di ghiaccio, liquido e vapore. Ciò che discrimina la chimica in vivo dalla chimica in vitro – la vita dalla non vita – è la presenza nella prima del campo elettromagnetico dell’acqua che dirige le reazioni e i cicli. Una chimica in vitro degli stessi reagenti invece, sarebbe la cacofonia del tipico reattore chimico industriale.

Che cosa fornisce ad una molecola d’acqua l’energia di 12,06 eV per saltare allo stato eccitato bitorzoluto, dal quale discendere per risalirvi ecc., decine di migliaia di miliardi di volte al secondo, in un modo di oscillazioni collettivamente coerenti, costruttive del campo pilota? che cosa scava il tunnel quantistico che permette alle particelle di superare il muro di 12,06 eV, senza violare il principio di conservazione dell’energia? La risposta è il vuoto.

Il vuoto quantistico non è il vuoto classico (coincidente col nulla metafisico), ma un serbatoio di oscillatori di tutte le frequenze. Ogni tanto emerge dal vuoto un quanto elettromagnetico (un “fotone”), che poi vi rientra, dopo un tempo inversamente proporzionale alla sua energia (o frequenza). Nel frattempo un altro ne esce… Consideriamo ora una molecola d’acqua (dimensione 1 Å) che faccia il salto alla configurazione bitorzoluta sfruttando un fotone dell’energia di 12,06 eV emerso dal vuoto. Un tal fotone ha una lunghezza d’onda di 1.000 Å e quindi, nell’acqua liquida intracellulare dove le molecole sono aderenti, legate in lunghi polimeri data la loro polarità, esso può eccitare un migliaio di molecole diverse. Comincia allora l’azione collettivizzante del fotone, che costringe alcune molecole ad oscillare a ritmo, nel corrispondente dominio di coerenza. La diversità di grandezza tra fotone e molecola d’acqua crea il campo elettromagnetico pilota! All’oscillazione in fase delle molecole nei domini di coerenza corrisponde una caduta dell’entropia, che può avvenire solo se il sistema cede energia all’esterno a spese del regime caotico interno che si riduce. L’instaurazione della coerenza è analoga alla transizione gas → liquido, che è sempre accompagnata dalla cessione di un tot di energia all’ambiente, chiamato “calore latente di liquefazione”. Ugualmente, man mano che i fotoni emersi dal vuoto creano coerenza nell’acqua liquida, questa si raffredda e salda così il suo debito energetico col vuoto, che aveva innescato il processo col prestito di fotoni. Il “laser cooling”, per cui è stato conferito il premio Nobel per la fisica nel 1997 a Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji e William Phillips, si basa su questo fenomeno.

 

Scale di auto-organizzazione del vivente

Esistono altre conseguenze del teorema di coerenza biologicamente rilevanti. La prima è che nell’acqua liquida la coerenza non coinvolge solo le molecole, ma anche il plasma di elettroni semi-liberi imprigionati nei domini. La matematica dell’EDQ predice che essi oscillano in vortici ordinati secondo un numerosissimo spettro di frequenze caratteristiche, separate di appena ~104 Hz. Poiché solo 0,56 eV separano la configurazione bitorzoluta dall’energia di liberazione d’un elettrone, quando provengano dall’esterno sollecitazioni energetiche anche minime (minori di 0,56 eV), gli elettroni semi-liberi all’interno dei domini di coerenza prendono ad oscillare in moti coerenti, capaci di selezionare finemente ai confini con gli interstizi specifiche reazioni chimiche appartenenti ad un altrettanto larghissimo spettro di frequenze. Il plasma elettronico si comporta così come un rigattiere che raccoglie dall’ambiente ogni tipo di energia di bassa qualità per incanalarla in un schema ordinato che poi, sulla base della risonanza, attua l’informazione chimica dei cicli. Quando l’accumulo elettronico supera la soglia di 0,56 eV (e l’energia totale accumulata nel dominio di coerenza è alle soglie dell’ultravioletto) gli elettroni si liberano del tutto, dando origine al trasferimento di elettroni tra una specie chimica e l’altra che interviene nelle reazioni di ossidoriduzione. Si risolve così anche il problema posto nel ‘57 da Szent-Györgyi sull’origine degli elettroni usati in grandi quantità dalla vita. Un modello specifico del fenomeno (“electron transfer”) ha meritato a Rudolph Marcus il premio Nobel per la chimica nel 1992.

Un’altra conseguenza importante è che il plasma elettronico permette alla coerenza di svilupparsi a più livelli gerarchici. Si dimostra[xx] che nel caso dell’acqua, a cagione della sensibilità dei plasmi elettronici alle più piccole sollecitazioni, anche l’insieme dei domini di coerenza oscilla dando luogo ad una coerenza di secondo livello tra domini, chiamata “supercoerenza estesa”. La ripetizione di questo processo, sempre possibile, richiama in parallelo la gerarchia biologica di organelli, cellule, organi, tessuti, individui, specie, nicchie, ecosistemi, società,…

Riassumendo, siamo arrivati a 6 risultati fondamentali, suscettibili di predizioni controllabili:

1.       l’acqua liquida, alle concentrazioni e temperature in cui è presente negli organismi viventi, produce un campo elettromagnetico del range efficace di una cellula;
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2.       l’azione di questo campo sulle molecole della cellula spiega la velocità, la selettività e l’efficienza dei processi chimici che vi avvengono;
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3.       la rimodulazione del campo operata dal feedback delle reazioni molecolari è all’origine dei codici che guidano i diversi cicli organici. Il campo elettromagnetico dell’acqua è il driver field dell’ordine dei viventi;
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4.       i vortici ordinati dei plasmi elettronici presenti nei domini di coerenza, oltreché consentire una modulazione fine del campo elettromagnetico (e quindi dei cicli chimici), accumulano l’energia utilizzata per liberare gli elettroni necessari alle reazioni biochimiche;
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5.       la dinamica del sistema complessivo dei domini di coerenza (“supercoerenza estesa”) può spiegare i vari livelli gerarchici dell’organismo pluricellulare e della tassonomia;
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6.       l’intreccio sinergico tra campo elettromagnetico e la struttura molecolare (e il vuoto quantistico) – l’entanglement tra fisica e chimica – giustifica l’attenzionalità ed è all’origine dell’abiogenesi.

Riguardo all’abiogenesi, il punto importante ora è di sapere se la condizione necessaria dell’entanglement EDQ-chimica sia anche sufficiente.

 

fasi ricerca

 Fig. 4 – Le fasi della ricerca scientifica in biologia

 

Ma ancora più importante prima, dal punto di vista scientifico, è verificare sperimentalmente le predizioni di queste teorizzazioni e la possibilità di ricavarne delle applicazioni tecnologiche. Gli studi di biologia molecolare, descritti nella Parte I, permettono di eseguire la fase osservativa; le teorizzazioni presentate in questa Parte II possono apparire solo delle congetture. Si tratta ora di confrontare le predizioni della teoria con le osservazioni (Fig. 4). Per questa verifica rinvio i lettori alla prossima, ultima Parte.

 


[i] I microaggregati sono sospensioni di particelle di peso diverso.

[ii] Cioè non isolato, ma che scambia energia con altri sistemi.

[iii] Frammento 91ab.

[iv] “Contingente” non implica alcun riferimento al caso, ma significa “in specifiche condizioni fisiche iniziali e al contorno”, quelle che in base al teorema di Cauchy attualizzano l’unica soluzione delle equazioni differenziali lineari.

[v]Gli enti non si devono moltiplicare oltre il necessario”.

[vi] Feynman, C.; Feynman, M. “The pleasure of finding things out” (1999).

[vii] Gould, S.J. “The structure of evolutionary theory” (2002).

[viii] Secondo Peter Medawar, premio Nobel 1960 per la medicina, in Bretscher, O. “Linear algebra with applications” (2005).

[ix] D’Arcy Thompson, W. “On growth and form” (1917).

[x] Nell’”Origine delle specie” (1859). Questo punto sarà ripreso nella Parte III.

[xi] L’altro campo di lungo range, il gravitazionale, non distingue tra un tipo di materia e l’altra e quindi non fa distinzione tra le molecole, essendo una manifestazione delle proprietà geometriche dello spazio-tempo dipendenti solo dalla distribuzione di massa-energia.

[xii] In natura è impossibile che due quantità siano esattamente uguali, in tutte le loro infinite cifre decimali: che cosa vuol dire allora “frequenze pressoché uguali”? L’uguaglianza va intesa nel senso dell’ottica quantistica, dove due frequenze f1 e f2 si considerano uguali quando la differenza energetica corrispondente hf1hf2 è minore in valore assoluto del rumore termico kT, con h la costante di Planck (h = 4,14 × 10-15 eV·s), k la costante di Boltzmann (k = 8,62 × 10−5 eV/°K) e T la temperatura assoluta. Alle ordinarie temperature, kT è dell’ordine di 0,026 eV, cosicché due frequenze sono considerate uguali quando differiscono per meno di ~1012 Hz.

[xiii] Le costanti cosmologiche sono le misure della massa del protone, della massa dell’elettrone, della carica dell’elettrone, della costante di gravità, ecc., per un totale di una ventina di numeri “gratuiti” nel modello del Big Bang, che risultano reciprocamente ultra-sintonizzati all’apparire della vita nell’Universo (fine tuning).

[xiv] Shapiro, J.A. “Rethinking the im-possible in evolution, or biological plausibility is not what you thought it was” (2011).

[xv] Preparata, G. “QED coherence in matter” (1995).

[xvi] È uno spettro di frequenze compreso tra l’infrarosso e il visibile.

[xvii] Röntgen, W.K. “The structure of liquid water” (1892).

[xviii] Arani, R. et al. “QED coherence and the thermodynamics of water” (1995).

[xix] Buzzacchi, M. et al. “Coherence of the glassy state” (2002).

[xx] Del Giudice, E.; Tedeschi, A. “Water and the autocatalysis in living matter” (2009).

 

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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.

32 commenti

    • Giorgio Masiero on

      Grazie a Lei, Anna.
      La contemplazione dell’attenzionalità a livello ultramicroscopico, nel lavorio ordinato ininterrotto di 3 milioni di molecole d’acqua e di un plasma di altrettanti elettroni semiliberi per ogni dominio di coerenza, e questo per milioni di domini per ogni cellula, lascia anche me senza parole!
      Possono parlare di “schifo” della cellula solo gli ignoranti: perché non provano a replicarne il meccanismo?!
      Quando Dawkins ha creduto di scoprire il meccanismo dell’abiogenesi nel “primo replicante” è partito dalla fine: ma chi è mai riuscito a fare un replicante? o solo a immaginarne l’engineering?

      • gabriele ferrari on

        la scienza un mondo infinito bellissimo ed affascinante,grazie infinite a voi che ci illustrate tutto cio’ che avviene

  1. Grazie di questo bel lavoro Giorgio, mi convinco sempre più che la nuova biologia nascerà dai fisici, i biologi sono troppo chiusi dentro il loro paradigma ottocentesco per poter guardare oltre.
    Aggiungo che non mi sorprenderei che non fossero neanche in grado di confrontarsi con questi argomenti.

    • Giorgio Masiero on

      La biologia, Enzo, è prigioniera di una superstizione (il racconto darwinista) che l’ha fatta arretrare a prima della rivoluzione scientifica. Anzi a prima di Aristotele, che non credeva alla favole cui crede la maggioranza dei biologi del XXI secolo.
      Per questo la pars construens dei team interdisciplinari di biologia-chimica-fisica è altrettanto importante della pars destruens dei siti come questo che tu hai creato.

  2. Grazie, prof, un lavoro stupendo, che mi fa vedere in maniera nuova la vita.
    Due domande: come spiegano i darwinisti le reazioni che accadono in continuazione nelle cellule? e lei, cristiano, come concilia la sua concezione dell’uomo con questa descrizione materialistica della vita?

    • Giorgio Masiero on

      Grazie, Wil.
      Un darwinista, come si è bene spiegato Maynard Smith, crede che la “prima” cellula si sia sviluppata per caso, per tentativi ed errori, questi ultimi progressivamente cancellati dalla selezione naturale. Quindi crede ai miracoli, perché il tempo non c’è stato per questi tentativi, come insegna la fisica.
      Ma c’è di peggio, molto di peggio, per il darwinista. Infatti il darwinista crede che la cellula di un batterio (e le centomila miliardi di cellule del nostro corpo) siano “uno schifo”, “una roba molle”, e non sa spiegarsi come in ogni momento, incessantemente, avvengano al loro interno milioni di reazioni chimiche “giuste” tra tutte le reazioni possibili immaginabili, che ci tengono in vita, ci fanno percepire, pensare, ecc. Forse i darwinisti attribuiscono tutto ciò ad una sfacciata fortuna continua. Mah! Roba da Cicap…
      Alla seconda domanda risponderò adeguatamente nel prossimo articolo. Per il momento Le dico, Wil, che io non so dove possa arrivare la potenza della materia, tantomeno quando si organizza come “carne” vivente.

  3. Grazie professore. E’ la prima volta che provo emozione nel leggere un lavoro scientifico. Ad maiora!

    • Giorgio Masiero on

      Grazie a lei, Amedeo. Tutta la “vera” scienza è meravigliosa, perché ci fa aprire gli occhi sulle “meraviglie” del creato.

  4. Una domanda. Se il salto quantico tra le due configurazioni dell’acqua e’ 12 eV e la costante di Planck e’ 4 x 10^[-15] eVs, non ne consegue che la frequenza del campo elettromagnetico prodotto dall’acqua dovrebbe essere 1) fisso e 2) uguale a 3 x 10^[15] Hz ? Grazie della risposta.

    • Giorgio Masiero on

      Complimenti per la domanda!
      In fisica della materia condensata, Anna, è fondamentale il concetto di quasi particella, introdotto da Landau.
      Nel dominio di coerenza, le molecole dell’acqua, il plasma di elettroni semi-liberi e i fotoni hanno perso la loro identità originale dando luogo a materia condensata, eccitata collettivamente, costituita da quasi-particelle, entangled tra loro. Per questa ragione i fotoni non possono uscire dal dominio di coerenza e la loro massa quadrata, che sarebbe zero per un fotone libero, diventa negativa per la quasi-particella (il fotone intrappolato), con aumento del periodo di oscillazione e quindi diminuzione della frequenza, la quale in questo caso scende ai valori dell’infrarosso e del visibile e può variare con continuità.

      Un valore negativo della massa quadrata implica l’impossibilità di propagarsi e la quasi-particella resta intrappolata dentro il dominio, garantendo la stabilità del sistema che altrimenti perderebbe energia con continuità. La concentrazione di energia in un piccolissimo numero di microstati (in linea di principio uno solo) a partire dal gran numero iniziale di microstati (corrispondenti alle molte configurazioni degli atomi non
      correlati) implica un crollo dell’entropia, che violerebbe il II principio della Termodinamica, a meno che una corrispondente quantità di energia non sia rilasciata all’esterno. Ma il sistema è aperto (se non fosse aperto, non ci sarebbe vita!), quindi il rilascio di energia dà luogo ad un energy gap,che implica che l’energia dello stato coerente è minore dell’energia dell’originario stato non coerente. L’energy gap previene il moto perpetuo: l’energia, prestata originariamente dal vuoto quantistico, è restituita attraverso il flusso esterno di energia, che come ho spiegato è nient’altro che il calore latente della transizione di fase. La conservazione dell’energia e il II principio della Termodinamica sono così soddisfatti!

  5. umberto fasol on

    Caro Giorgio,
    un grande lavoro, degno di un filosofo/scienziato che vuole ridisegnare il mondo.
    Tantissimi gli spunti di riflessione che ci offri ma io vorrei concentrarmi sulla tua sfida fondamentale: spiegare i codici della vita con la meccanica quantistica, cioè con le leggi della fisica.
    Io credo che i vari codici biologici, primo tra tutto quello genetico, del DNA, non siano riconducibili tout court a fenomeni di oscillazione del campo.
    La cosa che maggiormente trovo inspiegata è la semantica: il campo e le sue oscillazioni sono un fenomeno fisico privo di semantica.
    Insomma, tre nucleotidi disposti in una sequenza ordinata, significano un amminoacido che a sua volta è collocato in una posizione significativa della catena, che a sua volta è collocato in una posizione chiave di una rete metabolica, che a sua volta appartiene ad un organo, ad un apparato, ecc…
    A me sembra, caro Giorgio, che la vita, anche questa volta, intrappolata in una serie di griglie quantistiche, peraltro tutte vere e reali, se ne esca libera e bella come sempre per altra via.
    Non riesco a immaginare un campo fisico che contenga tutte le indicazioni per costruire un progetto così grandioso come quello di una cellula, di fronte al quale perfino il progetto dell’Universo impallidisce.
    Così come non riesco a ricondurre la grammatica e la semantica dei nostri due metri di DNA alle oscillazioni delle molecole d’acqua o similari…
    Cosa dici?
    CIAO

    • Giorgio Masiero on

      Caro Umberto, grazie degli apprezzamenti, ma non sono degno, nemmeno lontanamente, di essere avvicinato ad uno scienziato, e meno ancora ad un filosofo. Io sono solo un lettore appassionato e curioso, che si limita a setacciare tra le ricerche ALTRUI ciò che più gli sembra meritevole di essere divulgato.

      Venendo alle tue osservazioni, io lascerei fuori la semantica, che tratta del “senso” dei segni. La ricerca semantica è troppo umana (perché collegata al linguaggio simbolico, che è solo umano), troppo mentale, troppo intenzionale (perché le associazioni segno-senso sono arbitrarie). Mi ricordo che Hegel considerava il “senso” la parola più importante della filosofia. Poiché, dopo “Mind e Cosmos” di Nagel, io considero definitivamente chiuso (in modo negativo) il problema se la fisica potrà mai spiegare “la coscienza, la mente, la ragione, l’intenzionalità e la libertà umane” (Nagel), ovvero l’anima razionale, escludo che il significato possa rientrare nell’ambito del metodo galileiano della fisica e delle scienze sperimentali in genere. Il significato è un ente filosofico e lascio i “neuroscienziati” ai loro magnetometri. Parlare di DNA in termini di significato è parlare del sublime di Kant.

      E poiché, ancora con Nagel, ho parecchi dubbi se la fisica potrà mai spiegare anche le sole facoltà di “percezione, emozione, desiderio, paura, piacere, dolore”, ecc. , che caratterizzano l’anima sensitiva (degli animali e dell’uomo), ho deciso di limitarmi in questi 3 articoli all’aboutness, cioè ai puri aspetti vegetativi dei viventi, che rivelano alla base un’attenzione (inconsapevole) solo allo sviluppo, alla generazione e alla sopravvivenza. Qui, ti do ragione a pensare che “i vari codici biologici, primo tra tutto quello genetico, non sono riconducibili TOUT COURT” (maiuscole mie) alle sole oscillazioni del campo elettromagnetico; tuttavia, secondo me, non hai sufficienti ragioni per escludere che L’INTRECCIO DEL CAMPO CON LA CHIMICA delle molecole organiche che si ammassano selettivamente ai confini tra i domini di coerenza e gli interstizi SIA L’ORIGINE DELLA SELETTIVITA’ delle reazioni dei cicli, cioè di “codici” IMMEDIATAMENTE ESEGUIBILI (e quindi non veri codici come quelli dell’informatica umana, che hanno bisogno di “interpreti” che ne comprendano il “significato” operativo).

      Forse andrebbe eliminata dalla biologia scientifica la parola “codice”, che dopo la scoperta di Crick e Watson, ha assunto nell’immaginario collettivo un significato che carica impropriamente le reazioni chimiche organiche (selezionate nell’intreccio col campo) di essenze filosofiche, destinate inevitabilmente a sfociare nel caso o nel disegno.

      Alla biologia strutturalistica, insomma, basta mostrare la capacità della fisica a spiegare la selettività delle reazioni nella cellula, quella selettività (o informazione misurabile, di Shannon) che è del tutto assente in un reattore chimico industriale.

      Come mostrerò nel prossimo articolo queste teorizzazioni sull’intreccio tra campo e chimica organica hanno già portato a corroborazioni e ad applicazioni, diversamente dalle narrazioni sterili nate 150 anni fa.

  6. Alessandro Giuliani on

    L’ho letto tutto di un fiato, è bellissimo ! Grazie Giorgio, mi ha commosso veramente e mi ha ricordato di un altro grande Giorgio (Giorgio Careri) professore di fisica della materia qui a Roma, deceduto qualche anno fa, che nei lontani anni ottanta mi aveva fatto appassionare alle problematche dell’acqua.
    Giorgio Careri studiava un animaletto molto particolare chiamato Artemia Salina. E’ un gamberetto minuscolo che vive nelle pozze temporanee che si formano nelle zone aride durante la stagione delle pioggie. Se tutto va bene (se cioè il gamberetto incappa in un periodo di qualche settimana di pioggia in cui la sua pozza resiste) il suo ciclo vitale si svolge per intero senza disturbi, se però la pozza si secca il nostro va in uno stato di animazione sospesa in cui può rimanere anni. Quando l’acqua raggiunge di nuovo una certa soglia (è la famosa soglia di percolazione che rende possibile l’effetto tunnel e di conseguenza la dinamica enzimatica e il meatbolismo) zac !, come per miracolo il gamberetto ‘si sveglia’ e continua allegramente a vivere fino al termine della sua esistenza (due-tre settimane). La cosa fantastica è che queste serie di stop-and-go tra vita e cristallo possono essere lunghissime, durare anni, alla fine il ‘tempo biologico’ dell’animale è sempre lo stesso e anche se disperso in anni di stop-and-go alla fine sempre due-tre settimane campa.
    Ognuno di noi può divertirsi a rifare gli esperimenti (l’Artemia salina è il componente base della cosiddetta ‘farina per pesci’ che si vende nei negozi di Acquari).
    Ora questa è una dimostrazione meravigliosa di come una rete di ‘acqua legata’ generi letteralmente il metabolismo, dovrebbe essere una cosa su cui gran parte dei biologi del mondo si dovrebbero tuffare con brama..invece (quasi) niente:

    http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cphc.200800662/abstract;jsessionid=403FE5E55D5022120ED909901EEAB195.f03t04?deniedAccessCustomisedMessage=&userIsAuthenticated=false

    Il lavoro di Oleinikov et. al. che riporto è uno dei pochissimi e si trova in un fascicolo di una rivista che commemora Giorgio Careri….ma forse ora il tempo è arrivato…
    Ancora Complimenti caro Giorgio !

    • Giorgio Masiero on

      Grazie, Alessandro. Gli stop-and-go dell’Artemia salina sono una bellissima illustrazione del ruolo dell’acqua nella vita!

  7. La constructio di una nuova biologia fondata sulla TQC e, per ragione della natura adatta allo scopo descrittivo ed esplicativo del relativo campo, della EDQ, si spera essere la futura prossima frontiera della ricerca di questa «nuova» biologia fisico-strutturale.
    Si parla da anni tuttavia, in riferimento ad un commento postato poco più su, di come alcune interpretazioni della realtà quantistica (e, ahimé, soprattutto le relative “volgarizzazioni”) definiscano una visione, in un certo senso, «semantica» (suddette «volgarizzazioni» di ciò, peraltro, si prestano con sempre maggior successo ad asservire sciocchi sofismi pseudo-orientalistici e New Age).
    Come far fronte intelligentemente ai punti deboli di queste teorie, che ci dicono addirittura che tutti noi viviamo «dentro» la Matematica, e al cattivo impiego di «codice» e «linguaggio» nella scienza, diventa molte volte anche lavoro del comune buon senso.

  8. Christian Parolini on

    In primis mi accodo alla serie di complimenti per questo nuovo articolo sull’argomento, per la chiarezza dell’esposizione e per avermi introdotto alla TDC, fino ad ora a me sconosciuta.

    Le volevo chiedere: “Da un punto di vista teorico, come si potrebbe conciliare il modello chiave-serratura del catalizzatore specifico (l’enzima, nel caso delle molecole biologiche) col modello EDQ e relativo campo generato dalle specie chimiche ?”

    Secondo Lei cioè, si potrebbe interpretare la reazione biochimica nel seguente modo: due specie reagenti si avvicinano, si “incastrano” nel sito dell’enzima grazie ad interazioni elettrostatiche ed al corretto ingombro sterico (anche grazie alle onde generate dai rispettivi campi), poi alla giusta temperatura i campi in fase dei reagenti permettono l’interazione tra le due molecole (cioè la reazione chimica) ?

    Grazie di nuovo per l’articolo e per la risposta che vorrà fornire.

    • Giorgio Masiero on

      Grazie, Parolini. Non saprei rispondere con certezza alla Sua domanda. Da un lato, il campo e.m. prodotto dall’acqua ha solo il ruolo di selezionare, avvicinandole, le molecole organiche che entrano in reazione (enzimi compresi), dopodiché tutto sarebbe lasciato alla chimica. Dall’altro lato però, ricerche recenti mostrano un ruolo attivo anche dell’acqua direttamente sull’attività enzimatica in ambiente quasi anidro: esisterebbe una coincidenza dell’onset della funzione biologica in diversi enzimi con la soglia percolativa relativa al moto dei protoni sulle catene di acqua legata superficialmente alla proteina e l’acqua legata superficialmente esibirebbe anche un comportamento tipo vetro di spin.
      Siamo appena all’inizio…

      • Christian Parolini on

        La ringrazio lo stesso per la risposta.

        Riallacciandomi ad uno dei suoi argomenti iniziali dell’articolo, dove cioè spiega che l’ordine può derivare dal disordine (a patto che l’entropia di tutto il sistema universo aumenti):

        a) concordo col fatto che dal magma disordinato si possano formare cristalli ordinati anche di dimensioni notevoli (l’elevata temperatura oltrepassa l’energia di attivazione, favorisce i continui tentativi e corregge gli errori di impaccamento degli atomi, fino a formare con un lento raffreddamento un reticolo ordinato e stabile entalpicamente);

        b) concordo col fatto che catene biologiche disordinate e libere possano formare delle strutture secondarie ordinate tridimensionalmente, grazie a continue correzioni degli errori di impaccamento e sfruttando i legami deboli fra i vari gruppi funzionali (cosa che avviene anche in vitro nella chimica supramolecolare), portando alla formazione di strutture stabili entalpicamente.

        Quello che mi lascia perplesso sul meccanismo che la scienza propone per l’abiogenesi (ed è per questo che sono particolarmente scettico sull’argomento) è che da una miscela di molecole inorganiche, in condizioni non proprio blande si possano formare dei legami covalenti puri e che col tempo dalla miscela iniziale sono eliminati via via i sottoprodotti; … tali legami non possono essere corretti così facilmente con dei continui tentativi e correzione degli errori come accade per i legami deboli.

        Es.: la struttura ciclica della molecola del ribosio (costituente le catene di RNA) contiene 4 centri stereogenici; la formazione di questa molecola, partendo da molecole inorganiche semplici, achirali, in assenza di catalizzatori specifici ed in condizioni non stereospecifiche, potrebbe portare alla formazione di 16 isomeri differenti (mentre l’isomero del ribosio che costituisce l’RNA è uno solo di questi possibili 16); se poi si pensa che 1/16 di tutta questa enorme massa di molecole (tralasciando per ora la presenza di altre specie molecolari) deve incontrarsi per formare delle catene di centinaia di unità stereochimicamente pure … insomma, 1/n per n che tende a numeri enormi … senza contare che le catene miste sarebbero la stragrande maggioranza e sarebbero comunque presenti nel brodo primordiale.

        Mi scuso di questa lunga e tediosa premessa (sono sempre portato a vedere la chimica come “luogo” di spiegazione più familiare); volevo chiederLe come la TQC oltrepassa questo ostacolo entropico e come cerca di ipotizzare il meccanismo dell’abiogenesi.

        • Giorgio Masiero on

          Caro Parolini, Lei ha ragione ad essere perplesso di fronte ai problemi enormi, tuttora aperti, a spiegare l’abiogenesi. A quelli da Lei citati io ne potrei aggiungere altri. Confermo pertanto che è ridicola la pretesa di dire che il problema dell’abiogenesi è stato risolto, o quasi. Ricordo che Odifreddi è venuto a dire, qui in CS, che dell’abiogenesi abbiamo non una sola soluzione, ma tante soluzioni diverse e l’unico problema è quale scegliere! O, ancora più scandaloso, sul sito dell’ANISN (Associazione Nazionale Insegnanti di Scienze Naturali) si legge che la formazione della vita nel nostro pianeta è un problema “ancora non completamente chiarito”, quasi che il problema fosse risolto, se non per qualche dettaglio!

          Ciò che io sostengo sull’abiogenesi si può così sintetizzare:
          1) Il problema è tuttora “irrisolto” (S. Kauffman) e rimarrà tale fino a quando non potremo replicare artificialmente una cellula in laboratorio, così corroborando una (futura) teoria completa dell’abiogenesi di cui ancora non disponiamo.
          2) Una cellula non è un reattore chimico: uno dei problemi più importanti è spiegare la selettività delle reazioni chimiche ed i cicli che avvengono nella cellula.
          3) Non è vero ciò che sostengono i darwinisti che si possa ricorrere al caso per spiegare la nascita del “primo replicante”, perché nell’Universo non ci sono stati sufficienti tempo ed energia. Chi pensa al caso, deve fare la scelta del multiverso come Koonin ed entrare in un ambito metafisico inconsistente. Pertanto tutti i modelli chimici di abiogenesi che ricorrono al regime caotico sono destinati al fallimento.
          4) Occorre introdurre anche un regime ordinato di reazioni chimiche. Non è vero però ciò che sostiene l’ID che l’ordine, o l’informazione, non possono essere dati dalla fisica, perché come credo di aver dimostrato in questo articolo, il campo e.m. quantistico prodotto dall’acqua può veicolare l’ordine dei cicli.
          5) L’ordinamento delle reazioni deriva dall’entanglement tra campo e chimica organica.
          6) Deacon e Sherman hanno mostrato che si potrebbe spiegare l’abiogenesi con una struttura molecolare auto-assemblantesi, che derivi da una relazione sinergica tra 2 processi fisico-chimici auto-organizzativi. I 2 processi potrebbero essere proprio l’entanglement tra campo e.m. e chimica.

          Questa mi pare una strada scientifica che potrebbe (forse) portarci a risolvere il problema dell’origine della vita vegetativa nel XXI secolo. Sempre che si impegnino nella ricerca scientifica risorse adeguate, magari sottratte a quelle ora impegnate nella produzione di fantasia…

          Dello stato di questi studi parlerò più approfonditamente nel prossimo articolo.

    • Fra l’altro, lo stesso Stephen Hawking, la cui autorità internazionale è indiscussa, ha applicato il concetto dei teoremi di Incompletezza di Goedel nella medesima accezione

      • Giorgio Masiero on

        Non è necessario scomodare Hawking: anche un bambino capisce che se ci sono problemi di aritmetica che non sappiamo risolvere neanche in tempi astronomici (teorema d’incompletezza di Goedel), poiché la scienza naturale usa l’aritmetica, ne consegue la possibilità che esistano problemi scientifici che non possiamo risolvere! Si chiama sillogismo.

          • Giorgio Masiero on

            Certamente, Alio, avevo compreso lo spirito del Suo intervento! A me premeva solo mostrare che viviamo veramente tempi bui se ad un matematico, come dichiara di essere il mio contestatore anonimo, non risulta ovvio ciò che è ovvio ad un bambino…, oltre che ad Hawking.

  9. Michele Forastiere on

    Caro Giorgio, purtroppo non ho avuto ancora tempo di leggere l’articolo per bene… ma già da quel poco che sono riuscito a vedere mi sento di affermare che è una cosa straordinaria. Non vedo l’ora di potermelo gustare con tranquillità!

    • Giorgio Masiero on

      Grazie, Michele, non puoi immaginare quanto io tenga al tuo giudizio di fisico con una grande conoscenza e con amore verso la biologia, cui mi hai avvicinato per primo.

  10. Alessandro109 on

    Trovo l’articolo indubbiamente affascinante e faccio al prof. Masiero i miei complimenti. Anche e soprattutto perché riesce, come promesso, a rendere i contenuti comprensibili anche a chi, come me, ha un altro tipo di percorso di studio.
    Vorrei chiedere al prof. Masiero (che ho già apprezzato sul sito UCCR) quale sia il ruolo che egli personalmente di sente di riservare a Dio creatore in tutto questo. Grazie

    • Giorgio Masiero on

      Grazie, Alessandro.
      Questo articolo è di natura strettamente scientifica e quindi volutamente, per statuto di scienza naturale, mi sono limitato alle cause “fisiche” (cioè in termini di trasformazioni di materia-energia nello spazio-tempo) della vita (vegetativa). Nel prossimo farò un cenno anche alle domande, fuori dell’ambito scientifico e di ambito filosofico e teologico, che interpellano i più esigenti che richiedono risposte più profonde. Se vorrà, riprenderemo il discorso quando sarà pubblicato il prossimo articolo.
      Per intanto, può leggerSi se crede un mio recente articolo apparso qui: http://www.enzopennetta.it/2014/02/i-sottintesi-teologici-della-scienza-moderna/

  11. Bellissimo articolo. Come fa, prof. Masiero, una carica elettrica in moto a produrre un campo magnetico?

    • Giorgio Masiero on

      Storicamente il magnetismo è stato scoperto dalle proprietà di alcuni minerali. Però nel 1820 Oersted scoprì che anche una corrente elettrica (cioè il moto di cariche elettriche) ha l’effetto di deflettere un ago magnetico, come fa una calamita. Matematicamente, l’effetto di produzione di un campo magnetico è descritto dall’equazione di Biot-Savart, e più in generale il campo e.m. dalle equazioni di Maxwell.