GLI INGRANAGGI DI DIO

Peter M. Hoffmann

GLI INGRANAGGI DI DIO

Bollati Boringhieri, 2014

pp. 319, € 22,00

ISBN 9788833925059

 

di Gregorio Zanacchi Nuti

ill. di Pietro Boschi


Gli ingranaggi di Dio” segna l’esordio di Peter M. Hoffmann, professore alla Wayne State University, nel mondo della divulgazione scientifica. Dopo la laurea in Fisica e Matematica alla Technische Universität Clausthal in Germania, l’autore si è occupato di osservazioni mediante AFM, un microscopio a forza atomica utilizzato per studiare minuscoli campioni di materia. Grazie a queste ricerche, Hoffmann si è appassionato sempre più allo strapotere del caso su scala atomica e, quando gli è stato proposto di contribuire con le sue conoscenze degli AFM alle ricerche contro il cancro, si è avvicinato alla biologia molecolare. Affascinato dallo studio delle macchine molecolari, ha deciso di dare alle stampe un volume per condividere la sua esperienza e descrivere il rapporto tra ordine e caos che si instaura negli scenari incredibilmente piccoli definiti nanoscale. Hoffmann ci accompagna in questo viaggio alla scoperta delle meraviglie di un minuscolo mondo, tracciando un percorso che, a partire da una grandiosa ouverture all’insegna della natura (“la vita è la danza di un’ape e il ruggito di un leone. E’ l’intrico di una foresta tropicale e la battaglia mortale tra i batteri e l’organismo ospite. La vita è l’ameba e l’elefante, l’evoluzione e l’estinzione; è il potere di trasformare il pianeta.” p.18), arriva a contemplare la danza delle molecole di chinesina lungo le superstrade delle nostre cellule.

L’opera fornisce anzitutto gli strumenti necessari per comprendere le ultime scoperte circa lo sviluppo della vita, a cominciare da una rapida ma efficace storia della forza vitale, la misteriosa proprietà che secondo gli antichi dava vita al corpo umano. Attraverso questo affresco, che si snoda dalle religioni animiste alle teorie di Darwin, abbiamo modo di vedere come, a fianco della necessità, si faccia faticosamente strada all’interno delle teorie di filosofi e fisici il caso: dapprima guardato con sospetto, è poi tiepidamente tollerato e infine assunto a fulcro della teoria dell’evoluzione darwiniana. Alleati indispensabili della nozione di caso sono gli studi sulla probabilità, grazie al progredire dei quali è stato possibile introdurre razionalmente la nozione di alea non soltanto in biologia, ma anche all’interno delle teorie della fisica. Il primo trionfo in questo campo è stato la formulazione della meccanica statistica da parte di J. Willard Gibbs, seguita dalla formulazione delle molteplici teorie che daranno vita, tra Ottocento e Novecento, alla meccanica quantistica. Quest’ultima compie una vera e propria rivoluzione all’interno del pensiero precedente, sciogliendo la rigidità e i dogmatismi della fisica tradizionale e sostituendo la nozione di necessità, ormai stantia, con una miriade di probabilità in attesa di essere quantificate. Un simile cambiamento si riflette anche in biologia tramite gli studi sui raggi X: dimostrando che essi potevano essere fonte di mutazioni nei tratti genetici di una specie, si abbatteva finalmente la barriera che separava i processi biologici da quelli fisici, ora legati all’occhio dello scienziato da un vincolo inscindibile.


Grazie a questa fortuito incontro tra i due campi di studi nasce la biologia molecolare, disciplina che tenta di penetrare il mistero della vitastudiando le interazioni delle molecole che ne costituiscono la base.

L’orizzonte delle nanoscale, dimensione privilegiata della nuova disciplina, appare come un territorio sorprendente, caratterizzato da situazioni e leggi uniche. All’interno di esso molti effetti che nel macromondo sono risibili diventano fondamentali, e forze che ci impensieriscono divengono invece trascurabili. Un esempio lampante è il rapporto che lega superfici e volumi: all’interno della nostra quotidianità le proprietà delle superfici godono di un’importanza ridotta se comparata ai problemi risultanti da peso e gravità, ma più il rapporto tra le due diminuisce, più le forze di superficie guadagnano importanza. Per ricorrere ad un esempio dello stesso Hoffmann, se in una partita di baseball la difficoltà risiede nella forza e nell’angolazione con cui colpire la palla, in una partita di nanobaseball il problema maggiore è separare la mazza dalla palla. Proprietà peculiare di questo minuscolo mondo è anche la sorprendente capacità di convertire l’energia da una forma all’altra, indispensabile per lo sviluppo della vita. All’interno delle nanoscale molte forme di energia mostrano ordini di grandezza quasi equivalenti, grazie ai quali è possibile un gran numero di trasformazioni , prima tra tutte quella che converte l’energia del cibo nel movimento necessario a sostentare la vita.

ill. Pietro Boschi
ill. Pietro Boschi

Queste molteplici potenzialità ci appaiono ancora più sorprendenti se osserviamo il contesto in cui si muovono le molecole della vita: esse sono incessantemente sferzate da una tempesta di atomi, un moto vorticoso che le bombarda con una pioggia di particelle. La prima domanda degli scienziati che si sono trovati innanzi a questo scenario è stata come potessero i minuscoli aggregati di corpuscoli che garantiscono la vita, definiti da Hoffmann “macchine molecolari”, operare in un caos simile. I passi avanti compiuti dalla nanobiologia hanno permesso di confutare le prime ipotesi, che attribuivano alle macchine una struttura particolarmente solida in grado di sopportare gli urti senza batter ciglio, e giungere ad un modello decisamente più affascinante.


Le macchine molecolari non resistono alla tempesta esibendo una strenua resistenza, bensì beneficiano del caos che le circonda e imbrigliano la sua forza per compiere lavoro: esse sfruttano gli urti casuali delle altre molecole come energia di attivazione delle loro reazioni, convertendo il caos in ordine senza bisogno dell’intervento di alcun principio. Ogni macchina molecolare è però bisognosa di una fase di reset, all’interno della quale viene ristabilita la sua morfologia iniziale per consentirle di compiere nuovamente il proprio lavoro. Questa fase è raggiunta mediante la conversione di energia libera in calore, trasformazione che da adito ad un processo la cui irreversibilità è garantita dall’azione di cricchetti molecolari, le macchine molecolari di struttura asimmetrica a cui si riferisce il titolo inglese. Qualora la fase di reset facesse uso di una diversa conversione, il processo diverrebbe reversibile, compromettendo il lavoro del corpuscolo: un meccanismo che ha la stessa probabilità di avanzare in avanti e indietro non può infatti portare alla creazione di lavoro utile. Giunti a questo punto resta irrisolto un ultimo dilemma: le macchine molecolari sono alla base della vita,ma come hanno fatto a svilupparsi? La risposta è la stessa del quesito riguardante lo sviluppo delle forme di vita macroscopiche: evoluzione. Tramite una dettagliata osservazione del loro comportamento, sappiamo che anche questi minuscoli ammassi di molecole sono sottoposti ad una selezione naturale, che porta ad emergere quelli via via più utili per affrontare le circostanze in cui si trovano immersi. Quest’ultima scoperta apre ad una definizione di vita olistica, in cui il processo vitale non può essere riassunto né nelle macchine molecolari, che ne sono tuttavia responsabili, né nelle informazioni contenute nelle molecole di DNA; bensì può trovare spiegazione solo in relazione alle reti di rapporti che intercorrono tra i vari livelli di grandezza in cui possiamo ripartire la materia vivente.


Con questo testo Hoffmann coglie l’occasione di esporre una forma di giusto mezzo empiricamente dimostrata, avversando sia le posizioni di chi,come Jacques Monod, considera il caso fulcro di tutto, sia chi, come i vecchi vitalisti e i moderni creazionisti, legge all’interno della varietà delle forme di vita l’intervento di una divinità benevola. Gli ultimi studi di nanobiologia sembrano dimostrarci che alla base della molteplicità della vita sta un peculiare equilibrio tra caso e necessità, il primo incarnato dal turbine incessante della tempesta molecolare e la seconda dalle interazioni che regolano i rapporti della materia, da noi definite leggi fisiche.