LA BUSSOLA DEL PETTIROSSO

Come si orientano i pettirossi nel loro migrare dal Nordeuropa all'Africa? La biologia molecolare cerca di darne una spiegazione.

Riccardo De Sanctis

La bussola del pettirosso

La fisica quantistica dell’infinitamente piccolo, lo strano comportamento di particelle che possono influenzarsi a vicenda anche distanti l’una dall’altra, per tentare di spiegare cos’è la vita? Sembra un’impresa un po’ folle ma è quello che fanno da circa vent’anni due scienziati inglesi dell’Università del Surrey.

Jim Al-Khalili è un fisico teorico e un divulgatore, Johnjoe MacFadden un biologo molecolare. I due ci hanno messo tre anni per scrivere il primo libro sulla biologia quantistica dedicato a un pubblico non di soli addetti ai lavori. Un’impresa e un volume affascinanti (Life on the edge. The coming of age of quantum biology).

La biologia molecolare, si basa sulla chimica e sulla fisica convenzionale. È difficile immaginare che le piccolissime particelle quantistiche (parliamo di scale nanoscopiche ), che posseggono strane proprietà come quella di essere contemporaneamente in più posti, la capacità d’attraversare barriere d’energia, o di interagire anche a grandi distanze, possano avere un ruolo decisivo nel macro mondo della biologia. Che la fisica quantistica in altre parole possa addirittura aiutare a comprendere il mistero dei misteri: cos’è la vita, come funziona, cos’è la coscienza.

La tesi di fondo del libro è che svariati processi del vivente, dai metodi degli uccelli per orientarsi alla fotosintesi o alle reazioni provocate dagli enzimi, si basano su effetti quantistici.
Molte specie di animali, come le balene, le aragoste, le rane, gli uccelli e perfino le api, sono in grado di compiere viaggi che metterebbero a dura prova anche esperti esploratori umani. Come fanno a orientarsi è stato un mistero per secoli.

Oggi si è scoperto che adoperano diversi metodi: seguendo il corso del sole o delle stelle, o facendosi guidare dagli odori... Ma il senso di navigazione più misterioso di tutti è quello di cui è dotato un uccellino: il pettirosso europeo (Erithacus rubecula). Questo uccello, due volte l’anno, vola dalla Svezia all’Africa e viceversa per migliaia di miglia. Il meccanismo che gli permette di sapere per quanto tempo volare e in che direzione è nel suo Dna. È una specie di sesto senso per orientarsi con il campo magnetico terrestre.

Il problema è che questo per essere individuato deve poter provocare una reazione chimica da qualche parte nel corpo dell’animale (è il modo con cui tutte le creature viventi, noi inclusi, abbiamo percezione di un segnale esterno), ma la quantità di energia fornita dall’interazione del campo magnetico terrestre con le molecole dentro le cellule viventi è di un miliardesimo inferiore all’energia necessaria per creare o infrangere un legame chimico. Come fa allora il pettirosso – si chiedono i nostri scienziati – a percepire il campo magnetico ?

La spiegazione è quantistica. Quando un fotone (una particella luminosa) viene percepito da un certo fotorecettore nell’occhio del pettirosso, crea due elettroni “intrecciati” (i fisici lo chiamano entaglement). Cioè, semplificando, e di molto, lo stato di uno dipende da quello dell’altro anche se sono separati e distanti l’uno dall’altro. Una delle proprietà più misteriose della fisica quantistica... E i due elettroni “intrecciati” che ruotano nell’occhio sono estremamente sensibili alle variazioni del campo magnetico e funzionano per il pettirosso come una bussola quantistica. Questa ovviamente è una sintesi semplificata di molte pagine del libro, dove tutto è spiegato anche con ragionamenti non sempre facili da seguire.

Capitolo dopo capitolo i nostri autori affrontano tanti altri “misteri”. Come – ad esempio – percepiamo il profumo di una rosa, o come i nostri geni riescono a replicarsi con estrema precisione. E tanti di questi fenomeni sono spiegabili ipotizzando un ruolo importante della fisica quantistica. La fotosintesi, ad esempio, si basa su particelle subatomiche che hanno la capacità di essere in diversi posti allo stesso tempo.

O gli enzimi che costruiscono le molecole all’interno delle n ostre cellule: una delle loro funzioni principali è quella di spostare gli elettroni nelle molecole o trasferirli da una molecola all’altra (l’ossidazione). Nel farlo producono un’accelerazione che la chimica e la biologia tradizionale non riescono a spiegare fino in fondo. Se però applichiamo la fisica quantistica, si potrebbe trattare di “quantum tunneling”. Cioè le particelle subatomiche (elettroni e protoni) usano le strane proprietà della quantistica che le immagina anche come “onde” e quindi in grado di superare una barriera energetica.

Negli ultimi capitoli del libro ci si occupa anche della mente e del problema dei problemi, che cos’è la coscienza e se anche questa possa essere attribuita alla quantistica. Gli autori sono cauti, coscienti di essere su un campo minato, ben consapevoli della tesi del matematico Roger Penrose che la ipotizzava già alla fine degli anni Ottanta. Preferiscono lasciare al lettore la decisione.

Più di una volta si ritorna alla domanda su cosa sia la vita. Nonostante gli straordinari successi della scienza – basti pensare alla biologia sintetica e alle tecniche di clonazione – sino ad ora nessuno ancora è riuscito a creare la vita se non dalla vita. Oggi Al-Khalili e MacFadden si domandano: che l’ingrediente essenziale mancante sia nella fisica quantistica?

Il Sole 24 ore – 29 marzo 2015