Venerdì 24 Maggio 2013 - Libertà

Biologia e ontologia: uno sguardo nuovo

L'approfondimento

di ANDREA VOLONNINO
Perché un convegno sulla teoria quantistica dei campi? Cosa ci può dire sulla conoscenza della realtà? Domani si svolgerà un particolare convegno all'auditorium della Fondazione di Piacenza: "Uno sguardo nuovo sulla realtà: fisica, biologia, neuroscienze, ontologia e la teoria dei quanti".
La teoria quantistica dei campi (in inglese Quantum field theory o QFT) è l'applicazione della meccanica quantistica ai campi. Essa fornisce un sistema di riferimento ampiamente usato in fisica delle particelle e in fisica della materia condensata. Ma la QFT si sta aprendo nuovi orizzonti di ricerca anche nelle scienze mediche e biologiche per descrivere la realtà della materia e dell'informazione nello sviluppo della vita.
Tutto ciò fa sì che oggi la teoria duale (organismo costituito inscindibilmente di materia e informazione), sia di fatto la più praticata nell'ambito scientifico, visto che ormai non esiste libro o testo di biologia o di scienze cognitive che non usi il termine "informazione" e i concetti ad esso associati, per descrivere e/o spiegare cosa studia. Uno straordinario salto in avanti in questo senso si è avuto in questi ultimi dieci anni con lo sviluppo in biologia della cosiddetta epigenetica, ovvero dello studio di come i livelli più alti di organizzazione dell'individuo, il suo "ambiente cellulare" interno all'organismo medesimo, durante lo sviluppo ontogenetico e oltre, retroagiscano informazionalmente, mediante cioè specifici segnali biochimici sul medesimo corredo genetico delle cellule, orientando l'espressione genica del DNA in maniera assolutamente individuale e senza modificare il DNA stesso, ma solo attivando/disattivando segmenti di esso e quindi i relativi geni. E' dall'epigenesi e non solo dal genoma che dipende sia la specializzazione individuale delle cellule embrionali toti-potenti (in grado cioè di riprodursi per costituire qualsiasi genere di tessuto) verso cellule via via più specializzate, sia la de-specializzazione di esse per riprodurre da cellule adulte specializzate, cellule multi/toti-potenti, avendo sempre e tutte, comunque, il medesimo DNA.
L'approccio duale nella biologia e nelle neuroscienze ha oggi una rigorosa fondazione fisica a livello di sistemi dinamici nella cosiddetta QFT che coerentemente abbraccia tutti gli ambiti delle scienze naturali, dalla fisica quantistica e dalla cosmologia, alla chimica, alla biologia, alle neuroscienze.
Il punto di partenza di tale approccio, in grado di modificare profondamente l'ontologia moderna della realtà naturale, è l'evidenza che ad ogni realtà fisica, dal big-bang, alle particelle fondamentali subnucleari, agli atomi, alle molecole, ai sistemi chimici, biologici e neurali e alle loro interazioni, noi stessi inclusi, soggiace un campo di forze irriducibile - il cosiddetto vuoto quantistico - che costituisce il sostrato comune di ogni realtà fisica.
In tal modo, viene eliminata la credenza fondamentale alla base dell'ontologia fisica moderna che possano esistere particelle isolate nel vuoto meccanico - nessuna realtà è una monade, come "nessun uomo è un'isola". In ogni caso, la condizione di "vuoto quantistico" come sorta di matrice universale da cui tutto deriva - la "materia prima" di Aristotele, o "la materia informe e vuota" del secondo versetto della Genesi - si caratterizza come assoluta mancanza di ordine. In tal senso ogni evento dinamico al suo livello più fondamentale consiste "nel mettere ordine nel caos". La stessa "massa" delle particelle generata dall'ormai ben reclamizzato "bosone di Higgs" è legata ad una forma di coerentizzazione dell'energia del vuoto quantistico primordiale.
La QFT a livello di sistemi biologici ci sta aiutando a comprendere meglio la biochimica. E cioè come le funzioni vitali, intese al loro più fondamentale livello come sequenza ordinata e "coerente" di reazioni chimiche, non dipendono soltanto dagli agenti chimici e dalle loro interazioni a differenti livelli dell'auto-organizzazione della materia vivente, ma dipendono anche, e criticamente, da chi e come si organizza "il traffico molecolare" fra i partner chimici. Infatti tutte le interazioni chimiche (per esempio le forze di van der Waals) funzionano solo a brevi distanze. Il fatto che una molecola arrivi nella prossimità del proprio recettore chimico, così da rendere possibile una reazione chimica, non dipende però né dalle leggi chimiche, né dai soli cosiddetti "processi diffusivi", secondo la pionieristica ipotesi della morfogenesi di Turing, di cui quest'anno celebriamo il centenario. Il solo modo per "canalizzare" in maniera efficace le molecole, ciascuna oscillante con frequenze caratteristiche che dipendono da leggi quantistiche, consiste nel sottometterle a dei campi elettromagnetici, oscillanti anch'essi secondo specifiche frequenze. In tal modo molecole specifiche si possono riconoscere l'un l'altra anche a distanza ed in mezzo ad una moltitudine di altre mole cole. Il mezzo materiale in cui tali campi elettromagnetici di riconoscimento si attivano è l'acqua, che costituisce il 70% dei nostri corpi e l'80% delle nostre molecole, in cui tutte le proteine, tutte le cellule, tutti i tessuti, neuroni inclusi, del nostro corpo sono immersi, ed in cui soltanto tutte le biomolecole sono attive. Siamo insomma delle sorte di "buste di acqua salata, con altra materia sciolta all'interno". Quindi, per sintetizzare, "la materia vivente può essere considerata come un insieme di dipoli elettrici la cui simmetria rotazionale è stata rotta".
Di questo e altro parleranno Giuseppe Vitiello, professore di fisica teoretica all'università di Salerno, Carlo Ventura, professore di Biologia Molecolare a Bologna, Walter Freeman, professore emerito di Biologia Molecolare a Berkeley in California, e Gianfranco Basti, professore di Filosofia della natura e della scienza a Roma.