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Perché la vita è fisica, non chimica?
Nella storia della scienza ci sono molti esempi di semplici cambiamenti di prospettiva che portano a profonde intuizioni sulla natura del cosmo. L'invenzione del telescopio ne è forse un esempio. Un altro è la consapevolezza che l'energia chimica, l'energia termodinamica, l'energia cinetica e simili sono tutte manifestazioni della stessa sostanza. Puoi sicuramente fornire le tue istanze preferite qui.
Uno degli esempi più importanti nella scienza del XX secolo è che la biologia è il risultato dell'evoluzione, non il contrario. In questo modo, se si pensa, l'evoluzione è un processo, persino un algoritmo; anche se con un potere inimmaginabile. Sfrutta l'evoluzione e c'è poco che non puoi ottenere.
Negli ultimi anni, gli scienziati informatici hanno iniziato a sfruttare lo straordinario potere dell'evoluzione. Una cosa che hanno sperimentato più e più volte è il cieco progresso dell'evoluzione. Metti in funzione un algoritmo genetico ed esso esplorerà il panorama evolutivo, alla ricerca di minimi locali. Quando ne trova uno, non si sa se è la migliore soluzione possibile o se si trova a poca distanza da un abisso evolutivo che rappresenta una soluzione di un ordine di grandezza completamente diverso.
Ciò suggerisce la possibilità che la vita così come si è evoluta sulla Terra non sia che un minimo locale in un vasto panorama di possibilità evolutive. Se è così, i biologi stanno studiando una frazione pietosamente piccola di qualcosa di più grande. Molto più grande.
Oggi, abbiamo una visione importante di questo stato di cose grazie a un affascinante articolo di Nigel Goldenfeld e Carl Woese dell'Università dell'Illinois. Goldenfeld è un fisico di formazione mentre Woese, anche lui fisico, è una delle grandi figure rivoluzionarie della biologia. Negli anni '70 definì un nuovo regno della vita, gli Archae, e sviluppò una teoria sull'origine della vita chiamata ipotesi del mondo a RNA, che ha guadagnato molta fama o notorietà a seconda del punto di vista.
Insieme suggeriscono che i biologi devono pensare al loro campo in un modo radicalmente nuovo: come una branca della fisica della materia condensata. La loro congettura di base è che la vita sia un fenomeno emergente che si verifica in sistemi che sono molto fuori equilibrio. Se si accetta questa premessa, allora sorgono subito due domande: quali leggi descrivono tali sistemi e come dobbiamo ottenerli.
Goldenfeld e Woese affermano che il modo chiuso di pensare dei biologi su questo argomento è incarnato dalla frase: tutta la vita è chimica. Niente potrebbe essere più lontano dalla verità, dicono.
Hanno un'analogia interessante per sostenere il loro caso: l'esempio della superconduttività. Sarebbe facile guardare alla superconduttività e immaginare che possa essere pienamente spiegata dalle proprietà degli elettroni mentre si trasferiscono dentro e fuori gli orbitali atomici esterni. Potresti andare oltre e dire che la superconduttività è tutta atomi e chimica.
Eppure la vera spiegazione è molto più interessante e profonda. Si scopre che molti dei problemi della superconduttività sono spiegati da una teoria che descrive la relazione tra i campi elettromagnetici e l'ordine a lungo raggio. Quando la simmetria in questa relazione si rompe, il risultato è la superconduttività.
E non accade solo nei materiali sulla Terra. Questo tipo di rottura della simmetria emerge in altri luoghi esotici come i nuclei delle stelle di quark. La superconduttività è un fenomeno emergente e ha poco a che fare con il comportamento degli atomi. Un chimico sarebbe sbalordito.
Secondo Goldenfeld e Woese, la vita è come la superconduttività. È un fenomeno emergente e dobbiamo comprendere le leggi fondamentali della fisica che ne governano il comportamento. Di conseguenza, solo una disciplina affine alla fisica può rivelare tali leggi e la biologia come viene praticata oggi non rientra in questa categoria.
È un'idea coraggiosa e provocatoria che potrebbe non sorprendere completamente l'ultima generazione di biofisici. Per gli altri dovrebbe essere una chiamata alle armi.
Osserveremo i risultati con interesse.
Rif: arxiv.org/abs/1011.4125 : Life Is Physics: l'evoluzione come fenomeno collettivo lontano dall'equilibrio