Il libro di Schrodinger, Che cos'è la vita?, basato su una lezione tenuta sullo stesso argomento nel 1943 al Trinity di Dublino, fornisce quello che si potrebbe dire come il punto di partenza per la fisica dell'evoluzione e della vita, un libro che è stato di ispirazione per gli stessi Crick, Watson e Wilkins. Nel testo Scrodinger parte dalla fisica classica per addentrarsi via via sempre in maggiore profondità nell'argomento, utilizzando ben poche equazioni matematiche, ma con un discorso semplice, basato sulla statistica, sugli esempi e sui concetti di base della meccanica quantistica.
Erwin Schrodinger
Le mutazioni sono, secondo Schrodinger, la base della teoria di Darwin e l'unico elemnto che va introdotto per aggiornare la sua teoria:
D'altra parte, a causa della loro ereditarietà, le mutazioni sono il terreno adatto su cui può lavorare la selezione naturale e produrre le specie nel modo descritto da Darwin, coll'eliminare gli inetti e lasciar sopravvivere i più adatti. Non si ha che da sostituire nella teoria di Darwin la parola mutazioni alle parole piccole variazioni accidentali (esattamente come nella teoria dei quanti, ai processi continui di cessione dell'energia, sostituisce i salti quantici). Per il resto, ben pochi cambiamenti è necessario apportare alla teoria di Darwin, che è, se io ho ben capito, il punto di vista accettato dalla maggior parte dei bilogi.L'esame statistico ad esempio delle coltivazioni d'orzo sono il punto di partenza di un capitolo estremamente interessante, dove ad esempio viene ricordato come fondamentale il contributo alla teoria dato da Mendel, abate agostiniano.
Altro punto interessante è l'esame delle unioni tra consanguinei, che rendono il rischio di rendere manifesta una malattia dovuta a difetti genetici da 0 a 1/16. In questo senso, dunque, troviamo la giustificazione statistica dell'impedimento a tali unioni; il discorso, però, che introduce ai difetti ereditari, si sposta rapidamente alla selezione stessa. Mentre prima tale selezione veniva fatta, ad esempio nella società spartana, con l'eliminazione dell'individuo che presenta il difetto, al tempo di Schrodinger, e quindi anche oggi, tale soluzione è inaccettabile. Questo vuol dire che si deve innanzitutto prestare attenzione a tali argomenti e, quindi, ecco arrivare un messaggio pacifista, contro la guerra che ha ormai perso anche la sua pur piccola valenza positiva nell'ottica della sopravvivenza della tribù più adatta.
L'effetto antiselettivo della moderna strage in massa della gioventù sana di tutte le nazioni non è affatto compensato dalla considerazione che in condizioni più primitive la guerra può avere un valore selettivo positivo nel far sì che sopravviva la tribù più adatta.Si stabilisce, quindi, che le mutazioni debbano essere eventi rari. Nell'esame, poi, delle mutazioni indotte da raggi X ecco un discorso che 70 anni più tardi sarà sposato da Bressanini:
Le mutazioni prodotte per questa via [raggi X] non differiscono in nulla (tranne che per essere molto più numerose) da quelle che si producono spontaneamente e si ha l'impressione che ogni mutazione "naturale" possa anche essere indotta artificialmente mediante raggi X.Dopo aver stabilito le due leggi sulle mutazioni, ecco arrivare il cuore di tutto il libro: Prova del carattere quantistico delle mutazioni.
Alla luce delle conoscenze attuali, il meccanismo della ereditarietà è strettamente legato, anzi fondato, sulle stesse basi della teoria dei quanti.Descriviamo, seguendo Schroedinger (che a sua volta si basa sul lavoro di Heitler e London) e la descrizione classica, la teoria dei quanti. Mentre nel mondo macroscopico siamo soliti immaginare il movimento e quindi l'energia come un continuo, nel mondo microscopico, per spiegare tutta una serie di osservazioni, è necessario immaginare che la realtà sia quantizzata, ovvero che esistano dei movimenti e delle energie stabiliti, e che quindi le particelle possano occupare posizioni stabilite e non altre all'interno dell'atomo e quindi corrispondenti stati di energia ben precisi e non altri. Una situazione del genere la si ritrova non solo a livello atomico, ma anche a livello molecolare.
A questo punto supponiamo di avere una data molecola nel suo stato energetico fondamentale. Per farla passare al suo stato immediatamente successivo è necessario fornirle energia, ovvero aumentare la sua temperatura. Questo può essere fatto semplicemente mettendo la nostra molecola all'interno di un sistema di altri atomi e molecole a temperatura superiore: gli urti con questi altri oggetti aumenteranno la temperatura della molecola, aumentando di conseguenza la probabilità che avvenga la transizione al livello successivo. Maggiore è la differenza di temperatura tra la molecola e il gas all'interno del quale l'abbiamo inserita, maggiore sarà la probabilità che la temperatura passi al livello desiderato.
Per valutare questa probabilità di transizione si definisce una sorta di tempo di vita medio, detto da Schrodinger tempo di attesa, definito come: \[t = \tau \, {\text e}^{\frac{\Delta E}{kT}}\] dove $\Delta E$ è la differenza di energia tra i livelli molecolari $T$ la temperatura a cui si trova il gas misurata in gradi kelvin, $\tau$ una costante temporale dell'ordine di $10^{-13} \div 10^{-14}$.
In tutto questo discorso, le transizioni più importanti, quelle che interessano allo studio sono quelle tra stati stabili, ovvero stati in cui l'energia ha un minimo. L'energia di transizione necessaria per il passaggio da un minimo a un altro, però, non è data semplicemente dalla differenza tra i due stati, ma dalla differenza di soglia. Ovvero tra i due minimi esiste un massimo e quindi la molecola deve prima raggiungere questo massimo e poi, cedendo parte della sua energia, cadere nel minimo che ci interessa.
Nel seguito viene esaminato il modello di Delbruck(2) applicato alla genetica, e come la base della scelta delle mutazioni sia dovuta proprio alla loro stabilità, una stabilità definita dal punto di vista quantistico, come è stato fatto sopra.
Senza togliervi il gusto della lettura, comunque, la conclusione del libro viene affidata all'entropia e alla possibilità che la fisica sia in grado di spiegare le leggi fondamentali della vita: non è la presunzione del fisico che cerca di spiegare con la sua conoscenza l'intero creato, ma l'umiltà del ricercatore che propone una nuova idea, una nuova strada e che per farlo si avvicina a conoscenze che non sono così vicine alla sua formazione.
Un libro fondamentale per la fisica, la genetica e la scienza in generale.
In rete: è possibile scaricare il testo originale (in pdf) e c'è per giunta un intero blog d'arte dedicato al libro di Schrodinger. Il seminario da cui è tratto il testo ha poi ispirato una serie di conferenze, le Schrodinger Lectures, iniziate a dicembre 1995 e da allora tenutesi sempre, ogni anno, in uno degli ultimi tre mesi.
Su Schrodinger, infine, c'è un piccolo sito dedicato a un exhibit organizzato in suo onore nel 1999 in Austria, dalla Zentralbibliothek für Physik.
(1) In effetti alla scoperta diedero un fondamentale contributo anche Raymond Gosling e Rosalind Franklin.
(2) Vedi anche The nature of the intermolecular forces operative in biological sciences di Pauling e Delbruck.
Nessun commento:
Posta un commento