Vita e percezione della vita... 6 – Il paradosso dell’entropia nei viventi.

La considerazione degli organismi viventi dal punto di vista termodinamico si è enormemente arricchita grazie alla termodinamica lontano dall’equilibrio (non-equilibrium thermodynamics) sviluppata da Prigogine e collaboratori. Un organismo biologico è un sistema «termodinamicamente aperto», che è costantemente attraversato da un flusso di materia e di energia. Anche nella natura inanimata possiamo trovare esempi di sistemi fisici aperti che si mantengono lontano dall’equilibrio grazie al costante apporto di materia ed energia dall’esterno: un esempio classico è un uragano marino, che viene «alimentato» da un costante apporto di calore e acqua. Non a caso, alcuni biologi hanno evidenziato l’analogia tra un «vortice» e un organismo vivente.(8) Negli organismi viventi, materia ed energia vengono utilizzate per mantenere attivamente il proprio ordine, la propria organizzazione, e ciò malgrado non troviamo apparentemente all’interno di esso nessun principio materiale che sia in grado di spiegare questo fatto: tutti gli elementi materiali che vi troviamo obbediscono alla seconda legge della termodinamica. Prigogine ha dimostrato come in un sistema aperto, anche se complessivamente vale il secondo principio della termodinamica, per il quale l’entropia del sistema aumenta costantemente nel tempo, è possibile raggiungere localmente dei minimi di entropia, cioè osservare l’insorgenza e il mantenimento dell’ordine in determinati punti, in apparente violazione del secondo principio (cfr. il concetto di neg-entropia di Schrödinger), dando luogo a fenomeni di auto-organizzazione.
«Se comprimiamo fra due lastre di vetro un sottile strato di liquido e lo riscaldiamo, vedremo formarsi nel liquido - per convezione - una caratteristica struttura a nido d’api, costituita da cellule esagonali. È un risultato sconcertante per chiunque sia fermo alla concezione del mondo tradizionale, basata sulle situazioni di equilibrio. Più calore riceve il sistema dall’esterno, più frenetico e disordinato dovrebbe essere il moto delle molecole del liquido. Perché mai da questo disordine dovrebbe emergere un’organizzazione? La struttura a nido d’api dei fenomeni di auto-organizzazione fu scoperta per la prima volta dal ricercatore francese Henri Bénard nel 1900. Un tentativo di spiegazione fu fatto da Lord Rayleigh nel 1916. Oggi si sa che quel caratteristico tipo di struttura è una conseguenza di quella che è stata chiamata l’instabilità idrodinamica di Rayleigh-Bénard.» (9)
È importante sottolineare la differenza tra un reticolo cristallino (organizzazione statica) e una struttura dinamica dissipativa come l’esempio della struttura a nido d’api o l’uragano, che richiedono il costante apporto di energia; si parla di struttura dissipativa perché l’entropia, invece di aumentare all’interno del sistema e portare all’aumento del grado di disordine, viene dissipata nell’ambiente per mezzo del calore. L’esempio dell’instabilità di Rayleigh-Bénard è rilevante per i processi vitali, perché dimostra che l’energia somministrata in determinate condizioni (non in «qualsiasi» condizione, la distinzione è importante) è in grado di creare e mantenere l’ordine, anzi è necessaria per il mantenimento dell’ordine. Il processo di Rayleigh-Bénard (e altri fenomeni di auto-organizzazione costruiti in laboratorio) altro non è che una struttura artificiale relativamente semplice nella quale vengono create le condizioni alle quali può avvenire un processo di auto-organizzazione. Anche l’organismo vivente trae materia ed energia dall’ambiente. Potremmo dunque affermare, per analogia, che un organismo vivente è quella struttura naturale che crea e mantiene le condizioni affinché, grazie allo scambio costante di materia ed energia con l’ambiente, avvengano dei processi di auto-organizzazione. (10) L’insieme di queste condizioni è ciò che chiamiamo «vita», e quando l’organismo non è più in grado di mantenere queste condizioni, esso muore.

NOTE
8. Cfr.: G. Cuvier, Le Règne Animal distribué d’après son Organisation, Paris, Deterville, t.1, 1817.
9. Cfr.: P. Coveney, R. Highfield, La freccia del tempo, Rizzoli, Milano 1991
10. Dunque, al contrario di quanto sosteneva Bichat (cfr.: Recherches physiologiques sur la vie et la mort, nuova ed., Masson e Charpentier, Parigi 1852) non esiste un vero e proprio antagonismo tra organismo vivente e natura inanimata, ma piuttosto un’armonia.