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FISICA/ La meccanica quantistica entra nel “bio” e illumina la fotosintesi

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L’idea è accattivante, e costringe a richiamare uno dei più misteriosi problemi della meccanica quantistica, messo in evidenza per la prima volta da Einstein insieme a Podolski e Rosen nel paradosso quantistico che porta il loro nome (“paradosso EPR”): l’entanglement, il particolare “legame” quantistico per cui, sotto certe condizioni, particelle lontane si influenzano istantaneamente anche se molto distanti.

Nella scia di questi problemi tanto nuovi quanto appassionanti, un gruppo dell’Istituto di Fotonica e di biochimici dell’Università di Glasgow è riuscito per la prima volta a realizzare una serie di “fotografie” a livello molecolare distanziate temporalmente di un femtosecondo (10-15 secondi, cioè un milionesimo di miliardesimo di secondo), per cercare di visualizzare in sequenza il cammino dell’energia dalla superficie della foglia al suo interno. Qui si trovano conferme alle idee sopra esposte: la coerenza quantistica si manifesta nelle catene di proteine che assorbono come antenne la radiazione solare e la trasportano ai centri di reazione fotochimica dove avviene la sintesi chimica.

Niek Van Hulst è il responsabile del lavoro di ricerca e ha guidato il gruppo a spingere le tecniche di spettroscopia ultra-veloce già note alla scala delle singole molecole. Van Hulst e il suo gruppo sono riusciti ad apprezzare i percorsi utilizzati per il trasporto energetico di antenne proteiche separate individualmente, ma identiche dal punto di vista chimico, ma non solo: hanno mostrato che ogni proteina usa un percorso differente e che - fatto assolutamente sorprendente - i percorsi possono variare all’interno della singola proteina, adattandosi in modo ottimale alle condizioni esterne. «Questi risultati – ha commentato Van Hulst - mostrano che la coerenza quantistica, un effetto genuinamente quantistico dovuto alla sovrapposizione di stati, è responsabile del mantenimento degli alti livelli di efficienza nel trasporto energetico nei sistemi biologici, anche nel momento in cui devono adattare i loro percorsi di trasporto energetico a causa dell’influenza di cambiamenti ambientali».

Il risultato è straordinario dal punto di vista sperimentale, perché segna un punto di non ritorno per quanto riguarda le tecniche di misura e di osservazione. Lo è ancora di più perché permette un avanzamento nella comprensione di fenomeni naturali che potrebbero influenzare in modo determinante sviluppi tecnologici: basta pensare a cosa potrebbe offrire in termini di produzione energetica la realizzazione di celle solari a base biologica, che imitino il trasporto energetico del processo di fotosintesi. Questo lavoro, come altri, infine, apre nuove e interessantissime domande sulla storia evolutiva delle piante e sul legame fra effetti quantistici e biologia. È infatti da capire se e come l’evoluzione abbia in guidato l’uso pieno degli effetti quantistici della fotosintesi, preferendoli ad altri.

Il tema è, però, se possibile, ancora più vasto. Il lavoro dei biofisici pone infatti un elemento di novità nella grande impresa scientifica, sotto la spinta di un tratto assolutamente connaturato alla ragione umana, e cioè che la ragione sempre desidera superare i confini sovraimposti. Vogliamo abbracciare tutto e abbiamo la ragionevole speranza che la realtà, in fondo, sia unita, cioè che esistano reali nessi fra oggetti e discipline a prima vista lontani, come diceva Ugo di San Vittore già nel XIII secolo: “cortata scientia iocunda non est”.

Ciò significa che discipline differenti debbano essere superate da una nuova super disciplina universale che rischia di non fare apprezzare adeguatamente metodi e parti specifiche delle discipline stesse? Impossibile generalizzare. Che questa modalità trasversale di ricerca sia utopica pretesa di riduzione del reale ai nostri schemi o ragionevole allargamento delle possibilità e dei metodi di conoscenza, lo può dire solo un confronto duro e leale con la realtà da parte di ricercatori sempre più aperti e in cerca di nuove possibilità di spiegazione. Nel rapporto col reale, infatti, la novità è sempre dietro l’angolo… 



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