Paul Davies, fisico di fama mondiale, è noto per le sue ricerche nel campo dei buchi neri, della cosmologia e della teoria quantistica. Ha insegnato nelle università di Londra, Cambridge, Newcastle e Adelaide. E’ autore di una ventina di libri alcuni dei quali sono inseriti nella mia ricerca. Vedi Bibliografia. 

Il libro inizia con una serie di domande alle quali Paul Davies cerca di rispondere con il suo consueto rigore scientifico. Ripercorre le tappe storiche di una ricerca iniziata con Aristotele e tuttora aperta. Il recente ritrovamento di fossili viventi negli strati caldi della crosta terrestre e la scoperta di possibili tracce di batteri in una meteorite marziana hanno costretto gli studiosi a riesaminare le loro idee sulla biogenesi. Dati sempre più numerose indicano, infatti, che il primo organismo è vissuto a grandi profondità, in ambienti un tempo ritenuti del tutto inospitali, e che microbi intrappolati nella roccia hanno viaggiato tra Terra e Marte, e chissà in quali altri luoghi nello spazio. Tra le varie ipotesi,  Davies privilegia infatti, la teoria della genesi dallo spazio, contemplando la possibilità di un universo auto-organizzato e governato da leggi che favoriscono l’evolversi della materia in direzione della vita e dell’intelligenza. Un universo in cui l’uomo ha il privilegio di essere spettatore, e di osservare queste meraviglie senza però arrivare a delle verità assolute.

Il secondo principio della termodinamica dice che dall’ordine si crea piano piano disordine.

Ci sono vari esempi per dimostrare questo, un bicchiere di acqua calda messo vicinissimo ad uno di acqua fredda cede calore fino a quando i due bicchieri avranno la stessa temperatura, equilibrio termico. Una tazzina di caffè se cade e si rompe, ci sarà aumento di entropia,  ( una tazzina di caffè intera, quindi ordine, quando cade si frantuma in più pezzi, disordine, la tazzina non può ricomporsi, cioè non può ritornare nell’ordine di prima ), da ciò il secondo principio della termodinamica ci suggerisce che il disordine è sempre in aumento, si dirà dunque che l’entropia è sempre in aumento. L’universo primordiale di oltre 10 miliardi di anni fa, cioè quando era molto più denso e quindi più ordinato, si trasforma in disordine per effetto della morte di migliaia di stelle, quindi la temperatura nel tempo di miliardi di anni scenderà sempre di più, fino alla morte termica, equilibrio termico. Dunque, massima entropia = massimo disordine. Da ciò possiamo dire che tutto quello che si trova nell’universo è soggetto a questa inesorabile seconda legge della termodinamica.

Ma come la mettiamo con la vita biologica compreso l’uomo, che crea ordine?

Il secondo principio è applicabile anche all’evoluzione biologica. La comparsa di una nuova specie segna un aumento dell’ordine, ma la teoria di Darwin individua con chiarezza il prezzo da pagare perché ciò sia possibile.

Affinché si evolva una nuova specie devono avvenire numerose mutazioni, gran parte delle quali sono dannose e vengono eliminate dal vaglio della selezione naturale. Per ogni mutante di successo che sopravvive, migliaia non hanno fortuna (non si adattano) quindi muoiono. La crudeltà della selezione naturale equivale ad un immane aumento di entropia che supera di gran lunga il guadagno rappresentato dallo sporadico mutante di successo. La conclusione, quindi, è che i sistemi biologici rispettano appieno il secondo principio della termodinamica. Finché l’ambiente fornisce loro l’energia utile, gli organismi possono continuare in tutta tranquillità a ridurre l’entropia e ad aumentare l’ordine nel loro cantuccio, contribuendo al contempo all’inesorabile aumento di entropia nell’universo nel suo complesso.

Energia nulla.  

Negli anni ottanta il dilemma della fonte dell’energia cosmica è stato risolto.

Si è scoperto che l’energia totale dell’universo potrebbe essere nulla, nel qual caso vivremmo in una situazione di <<  Nulla in cambio di nulla >>. Il motivo per cui l’universo può avere energia pari a zero e tuttavia contenere 10 alla cinquantesima tonnellate di materia, è che il campo gravitazionale ha una energia negativa, difatti i calcoli dimostrano che due contributi possono annullarsi a vicenda per dare un risultato pari a zero. E’ stato anche elaborato un meccanismo che spiega in modo convincente come l’energia positiva si sia incanalata a formare la materia, mentre quella negativa di eguale quantità ha dato origine al campo gravitazionale.

La spiegazione dell’informazione. 

La fonte originaria dell’informazione e dell’ordine che osserviamo nel mondo vivente è la gravitazione. Rimane irrisolto il problema della semantica.

Come è emersa nel cosmo un’informazione significativa?

Si potrebbe parlare di auto organizzazione della materia?

Che rapporto ha tutto ciò con la nascita della vita?

Risposte possibili: non possiamo individuare l’origine dell’informazione biologica nell’azione di forze o delle leggi della fisica moderna.  In particolare, la tanto ripetuta affermazione che la vita è scritta nelle leggi della fisica non può essere vera. Le origini dell’informazione biologica vanno ricercate in un contesto globale, che può rivelarsi semplicemente l’ambiente in cui ha avuto la biogenesi oppure che può coinvolgere qualche tipo di legge fisica tuttora non riconosciuta dalla scienza, che metta esplicitamente in relazione le dinamiche dell’informazione con quelle della materia.

La vita non è un caso. 

Qui Paul Davies traccia una breve sintesi di come sia difficile passare dalla materia inorganica alla vita vera e propria con la sua organizzazione strutturale.

Racconta dell’esperimento di Miller. Egli mise un po’ d’acqua , metano, idrogeno e ammoniaca in una ampolla di vetro, sigillò il tutto e fece passare attraverso l’ampolla delle scariche elettriche per simulare i fulmini. Dopo una settimana trovò che nel brodo si erano formati degli amminoacidi.

Euforia generale. Si pensava di aver scoperto la vita, dato che gli amminoacidi sono i mattoni della vita. Ma tutto questo si dimostrò non cosi interessante come si credeva. La materia organica si trova anche nello spazio, ma non la vita.

L’auto assemblaggio casuale delle proteine è reso poco plausibile da un’altra ragione fondamentale, che non riguarda la  formazione del legame chimico in se, ma l’ordine particolare in cui si legano gli amminoacidi. Le proteine non sono formate da catene di Peptidi qualsiasi, ma da sequenze di amminoacidi estremamente specifiche , dotate delle speciali proprietà di cui ha bisogno la vita.

Tuttavia il numero di combinazioni alternative che possono formarsi da una miscela di amminoacidi è super astronomico. Una piccola proteina contiene tipicamente un centinaio di amminoacidi di 20 tipi diversi. In una molecola di questa lunghezza gli amminoacidi possono disporsi in circa 10 alla centotrentesima sequenze diverse. Centrare a caso quella giusta non sarebbe un’impresa da poco.

Vediamo in dettaglio qual è il punto della questione.

Le molecole complesse presenti negli organismi viventi non sono di per sé vive.

Una molecola non è che una molecola; non è né viva né morta. La vita è un fenomeno riconducibile ad un’intera società di molecole che cooperano a milioni, secondo schemi originali e stupefacenti.

Non esiste una singola molecola depositaria della scintilla della vita, cosi come non c’è ancora alcuna catena di atomi che da sola costituisca un organismo.

Anche il DNA, la super molecola biologica non è vivo. Estratto dalle cellule resta inerte e incapace di svolgere il suo compito abituale, solo nel contesto di un sistema molecolare altamente specializzato una data molecola svolge il proprio ruolo vitale. Per funzionare a dovere , il DNA deve fare parte di una grande squadra, in cui ogni molecola esegue i compiti assegnati, cooperando con le altre.

Le probabilità contrarie alla sintesi puramente casuale delle proteine sono circa 10 alla 40.000.

E’ nota l’osservazione dell’astronomo britannico Fred Hoyle, secondo cui le probabilità che un processo spontaneo metta insieme un essere vivente sono analoghe a quelle che una tromba d’aria, spazzando un deposito di robivecchi, produca un Boeing 747 perfettamente funzionante.

La vita è dunque un miracolo? 

Breve sintesi della Biologia moderna: 

27 elementi dei 92 elementi chimici naturali sono essenziali per le diverse forme di vita.

I principali: CARBONIO – IDROGENO – OSSIGENO – AZOTO – FOSFORO – ZOLFO.  

Il CARBONIO è l’elemento più importante per formare 4 tipi di biomolecole: CARBOIDRATI – LIPIDI – PROTEINE – ACIDI NUCLEICI .  

70 % di acqua in un organismo.  

L’AZOTO  è alla base dei meccanismi di duplicazione della materia vivente.  

CARBOIDRATI = CARBONIO – IDROGENO – OSSIGENO.  

LIPIDI = riserva di energia – acidi grassi.  

PROTEINE = associazione di più molecole semplici – AMMINOACIDI ( lunga catena ).  

AMMINOACIDI =  sono 20 ciascuno formato da CARBONIO – IDROGENO – OSSIGENO AZOTO.  

Le combinazioni di 20 unità differenti portano ad avere circa 2 miliardi di miliardi di combinazioni.

E’ proprio per questa sequenza di unità che determina la forma e l’unicità della proteina e, di conseguenza la sua funzione.  

ENZIMI =  molecole proteiche che facilitano e accelerano le reazioni chimiche all’interno delle cellule.  

ACIDI NUCLEICI = DNA – RNA – le più grosse molecole, sono presenti sia nel nucleo sia nel citoplasma della cellula.  

DNA =  contiene registrate le informazioni che costituiscono il patrimonio ereditario di un individuo.

RNA = interviene nella trasmissione dei dati  

DNA =  lungo circa 1,5 metri, è formato da una doppia elica e da piccole unità disposte  una dopo l’altra dette NUCLEOTIDI. 

BASE AZOTATA=  ADENINA – GUAININA CITOSINA – TIMINA.

Sono elementi chiave della molecola si passa dalle 5000 che si possono trovare nei VIRUS molto semplici, agli oltre 5 miliardi in una singola cellula umana. 

Il DNA è duplicabile. 

Struttura e funzione RNA:

Ciò che differenzia strutturalmente RNA da DNA è l’essere composto da un unico filamento più corto, avere nella composizione dei NUCLEOTIDI uno zucchero diverso ( RIBOSIO al posto del DESOSSI RIBOSIO) e per quanto riguarda le BASI AZOTATE  L’URACILE al posto della TIMINA.

La principale funzione del RNA è quella di mettere in comunicazione il DNA con il CITOPLASMA della cellula dove sono presenti particolari ORGANULI,  i RIBOSOMI, al livello dei quali avviene la ricostruzione delle PROTEINE . 

DNA =  Centrale informativa del nucleo, qui un semplice codice che utilizza quattro sostanze, dirige i processi che sono alla base della vita. Le informazioni per costruire proteine di un organismo sono infatti contenute nel DNA delle cellule e il messaggio è scritto nelle BASI AZOTATE , più precisamente nell’ordine con cui esse si succedono.

Dopo molti studi si è arrivati a decifrare il codice con cui il DNA trasmette le informazioni che possiede, si è interpretato il suo linguaggio e si è visto che a un gruppo in sequenza di tre BASI AZOTATE  detto TRIPLETTA corrispondeva sempre uno specifico AMMINOACIDO e che a un certo numero di triplette in successione , corrispondeva una sequenza di AMMINOACIDI, ovvero una specifica PROTEINA .

La parte di DNA che contiene le TRIPLETTE che danno origine a una PROTEINA si chiama GENE e questo sofisticato modo di trasmettere le informazione è chiamato CODICE GENETICO. 

RNA = come fa il DNA del nucleo a mettersi in comunicazione con gli AMMINOACIDI  del CITOPLASMA . Qui entra in azione L’RNA , molecola molto più piccola del DNA che si forma nel nucleo a partire dal DNA. Il segmento di DNA che costituisce il GENE  diventa infatti, lo stampo per L’RNA che, attraverso le parete del nucleo entra il CITOPLASMA.

Proprio per questa attività di comunicazione è chiamato RNA MESSAGGERO: porta infatti il messaggio sul tipo di proteina da costruire. Ma per sintetizzare nuove proteine questo non è sufficiente, infatti oltre a passare l’informazione è necessario agire. Per l’azione vengono utilizzate altri tipi di RNA:  RNA di trasporto e RNA RIBOSOMIALE, anch’essi , sintetizzati nel nucleo passano poi a CITOPLASMA  dove svolgono le loro funzioni.

Il primo è addetto a riconoscere gli AMMINOACIDI necessari ad agganciarli e a trasferirli sul filamento di RNA MESSAGGERO, posizionandoli nella giusta sequenza, mentre il secondo, che opera a livello dei RIBOSOMI, scorre sull’RNA messaggero ed è una potente MACCHINA BIOCHIMICA, che prima legge il messaggio del DNA, poi favorisce i legami tra gli AMMINOACIDI  determinando cosi la produzione della proteina  e il suo distacco dall’RNA MESSAGGERO. Questo è il lavoro che ogni cellula svolge per produrre nuovo materiale per crescere o riparare le strutture danneggiate. 

Quando la cellula si duplica , la lunga catena del DNA si spezza in filamenti più piccoli: i CROMOSOMI, l’uomo ne ha 46 

La divisine cellulare non è, quindi altro, che una duplicazione, cioè un raddoppiamento di tutte le strutture esistenti. La prima cosa da duplicare è il DNA alla cui duplicazione corrisponde quella dei CROMOSOMI. 

MITOSI = Meccanismo di moltiplicazione cellulare CONSERVATORE  in quanto la quantità di DNA passa inalterata dalla cellula madre alle cellule figlie. 

Il seguito del libro è interessante , ma non troppo, analizza alcuni microrganismi che vivono ad estreme temperature, che si chiamano TERMOFILI e che possono vivere ad una temperatura di circa 170° C. Vivono per lo più nelle viscere della terra a qualche Km di profondità, alcuni si nutrono di Zolfo o Cobalto o atri elementi, quindi materia inorganica.

Continua la sua avventura nel Cosmo, prendendo in considerazione alcuni AMMINOACIDI che si troverebbero in tutto l’Universo, e da qui la sfida alla varie ipotesi di vita in altri mondi.

La vita viene dallo spazio? Dalle Comete? Dai Meteoriti? Pure congetture nulla di provato o di serio.

Poi c’è un capitolo relativo alla presunta vita su Marte, ma anche qui bisogna stare attenti ai falsi allarmi. Insomma il libro è avvincente perché vediamo un fisico nelle vesti di biologo, quindi è un libro diverso dal suo consueto stile, ma devo dire stimolante, e molto elegante nella forma.

Come al solito, in questi libri pieni di congetture, gli interrogativi brulicano e le certezze mancano, ma non per questo bisogna non documentarsi, la scienza ha dato moltissimo nel XX secolo ed è per questo che è necessario fare un’attenta valutazione su quello che è stato rigorosamente sperimentato e provato e non cadere nella trappola delle allettanti congetture scientifiche.