Che cos'è la vita? Dalle intuizioni di Schrödinger alla scienza della complessità

Scienza e Fisica Quantistica

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Nel 1944 Erwin Schrödinger pubblica Che cos'è la vita?, un saggio che avrebbe segnato una svolta nel pensiero scientifico moderno. Quest'opera getta le basi teoriche della biologia molecolare e anticipa l'applicazione della fisica quantistica ai sistemi viventi. L’approccio di Schrödinger influenzò profondamente generazioni di scienziati, aprendo nuove prospettive sull’origine e sul funzionamento della vita.

Il cristallo aperiodico e l'informazione genetica

Uno dei contributi importanti del fisico austriaco è l'ipotesi dell'esistenza di un "cristallo aperiodico" come supporto dell'informazione genetica. Si tratta di una struttura molecolare stabile, ma non ripetitiva, capace di immagazzinare una grande quantità di informazioni ereditarie. Questa intuizione anticipa la scoperta della doppia elica del DNA da parte di Watson e Crick, premiati con il Nobel nel 1962.

Schrödinger intuì che il DNA, localizzato nel nucleo cellulare, non solo contiene le istruzioni genetiche ma è in grado di replicarsi autonomamente. Alla fine degli anni '80 divenne evidente che due meccanismi fondamentali legano DNA e proteine:

• La trascrizione dal DNA all’mRNA;

• La traduzione dell’mRNA in proteine.

Questa visione portò alla nascita della biologia molecolare, fondata sull'idea che ogni gene codifichi una specifica proteina.

La negentropia e il ruolo dell'informazione

Affrontando il problema dell'entropia, Schrödinger osservò che gli organismi viventi sembrano contraddire la seconda legge della termodinamica, secondo la quale ogni sistema isolato tende al disordine. Introdusse così il concetto di negentropia (entropia negativa): per mantenere la propria organizzazione interna, i viventi assorbono ordine e rilasciano disordine nell’ambiente.

Schrödinger propose inoltre che le mutazioni genetiche possano derivare da salti quantici, ovvero transizioni tra stati energetici discreti, collegate alla meccanica quantistica. In questo quadro, la vita non è riducibile alla somma delle sue parti: se da un lato si affermava l’olismo, dall’altro si assisteva al successo del riduzionismo e del determinismo genetico, secondo cui conoscere le condizioni iniziali del sistema permette di prevederne l'evoluzione. Tuttavia, questa visione nascondeva una forma di materialismo genetico, secondo la quale l’organismo vivente è solo il risultato delle interazioni chimiche tra geni. Per Schrödinger, invece, l’elemento fondamentale non è la materia, ma l’informazione contenuta nella struttura dell’organismo, che si manifesta attraverso l’interazione tra le sue parti.

Vita e autopoiesi: sistemi emergenti

Secondo la teoria dell’autopoiesi, sviluppata da Maturana e Varela, gli esseri viventi sono sistemi operazionalmente chiusi, ma termodinamicamente aperti: pur contenendo tutta l’informazione necessaria al proprio funzionamento, dipendono da un flusso costante di energia e nutrienti dall’ambiente. L’organismo e l’ambiente si co-definiscono attraverso un processo cognitivo di interazione continua.

Un sistema autopoietico è in grado di rigenerarsi attraverso una rete di reazioni interne. In questo senso, la vita è un sistema di sistemi autopoietici interconnessi, e il prodotto ultimo di questi sistemi è la loro auto-organizzazione.

Proprietà emergenti e complessità

Nella visione sistemica, la vita è considerata una proprietà emergente: le caratteristiche vitali non appartengono ai singoli componenti, ma emergono dall’interazione tra essi. Come osservava Leonardo da Vinci: “La linea è fatta di punti in movimento; la superficie dal movimento della linea; il corpo dal movimento della superficie”.

Nessuno degli elementi fondamentali di una cellula (acidi nucleici, proteine, lipidi, zuccheri) è vivo in sé. Tuttavia, in un contesto spazio-temporale adeguato, questi elementi danno origine alla vita stessa. Questo fenomeno si manifesta nei sistemi dinamici, in cui le strutture evolvono nel tempo attraverso processi non lineari.

Prigogine e le strutture dissipative

Il premio Nobel Ilya Prigogine ha approfondito il comportamento dei sistemi biologici lontani dall’equilibrio. Attraverso la teoria delle strutture dissipative, ha mostrato come nei sistemi aperti la dissipazione di energia possa generare ordine e nuove strutture. Queste strutture, pur mantenendosi stabili, possono evolvere aumentando il flusso di energia e materia, dando luogo a transizioni verso stati più complessi, noti come biforcazioni.

In queste transizioni emergono nuovi attrattori, con configurazioni differenti, secondo la dinamica non lineare. Prigogine descrive questa capacità dei sistemi viventi di generare nuove forme come una vera e propria espressione di creatività biologica.

Scrive Prigogine:

“Oggi il mondo che vediamo fuori e il mondo che vediamo dentro stanno convergendo. Questa convergenza dei due mondi è forse uno dei fatti culturali più importanti della nostra epoca.”

Dall’ordine al disordine: la vita come equilibrio dinamico

La vita si colloca tra due estremi: l’ordine rigido del cristallo e il disordine caotico dell’anello di fumo. È in questo spazio intermedio che si manifestano i comportamenti complessi, ed è qui che il “cristallo aperiodico” di Schrödinger trova la sua rilevanza.

Questa visione ha contribuito allo sviluppo della cosiddetta scienza della complessità, che dagli anni ’90 ha ricevuto nuovo impulso grazie alle ricerche del Santa Fe Institute e del biochimico Stuart Kauffman.

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