Vita e percezione della vita: riflessioni a partire dalle neuroscienze 5 – Le “macchine biologiche”

Penso che la relazione tra materia inanimata e materia vivente possa essere caratterizzata come quella di una «parziale discontinuità», cioè né totale discontinuità né totale continuità. Per caratterizzare questo rapporto è opportuno introdurre la distinzione tra Natura (greco fysis) e Tecnica (greco téchne, latino ars). La Natura è l’oggetto di studio del fisico e del medico (6) oltreché del biologo, del geologo, eccetera. La Tecnica è primariamente dominio dell’ingegnere, e produce tra l’altro macchine, che servono all’uomo per dominare la Natura e metterla al suo servizio (è da notare che per dominare la Natura occorre conoscerla). Sebbene la distinzione tra Natura e Tecnica appaia oggi molto meno netta che in passato (i fisici, i medici, i biologi collaborano con gli ingegneri per costruire strumenti per conoscere la fysis e agire su di essa), essa permette di introdurre il concetto di macchina anche per caratterizzare i processi elementari degli organismi viventi. La materia vivente può dunque essere caratterizzata come un insieme di «macchine naturali» o «macchine biologiche», di natura fisica-chimica, più o meno complesse e di dimensioni che vanno dal microscopico (per esempio i motori molecolari) al macroscopico (per esempio il sistema cardio-circolatorio), che sostengono la vita degli organismi viventi. Il concetto di «macchina biologica» è importante perché esprime implicitamente il fatto che i processi vitali che avvengono nell’organismo possono essere analizzati con metodi matematici, e confrontati con il funzionamento delle macchine artificiali, costruite dall’uomo. Conosciamo i meccanismi di funzionamento di queste macchine biologiche grazie a tecnologie che ci permettono di isolarle e studiarle «in vitro», ossia al di fuori del contesto dell’organismo vivente. Per studiare le proprietà di queste macchine biochimiche vengono per esempio costruite delle macchine «ibride» naturali-artificiali.
Per esempio per studiare il meccanismo di funzionamento del motore molecolare actina-miosina, che è alla base della contrazione muscolare, la porzione della molecola di miosina che si lega al filamento di actina e, così facendo, genera forza, può essere agganciata a una biglia microscopica; in presenza di energia metabolica (ATP) le molecole di miosina «camminano» sui filamenti di actina trascinando con sé il carico della biglia! Questi artifici sperimentali permettono per esempio di calcolare la forza generata da un singolo motore molecolare, utilizzando la classica equazione della dinamica F = m a. Il meccanismo che è alla base di questo motore è il moto browniano, infatti i motori molecolari sono anche chiamati «motori browniani».
Tra l’altro il fatto che queste «macchine ibride» funzionino così bene suggerisce che vi sia un legame profondo tra Natura e Tecnica, che già Aristotele aveva espresso nel noto aforisma «L’arte imita la Natura, dunque è necessario che la Natura abbia una certa similitudine con l’arte».
Possiamo dunque pensare che la materia vivente sia una materia altamente differenziata costituita da un gran numero di macchine naturali (di natura fisico-chimica): un organismo vivente è costituito da un numero più o meno elevato di macchine fisico-chimiche, ma l’organismo vivente non è in sé una macchina fisico-chimica. Infatti, per quanto altamente differenziate, queste minuscole macchine fisico-chimiche soggiacciono separatamente al secondo principio della termodinamica (tendenza a passare da uno stato di ordine a uno stato di disordine) mentre l’organismo vivente è caratterizzato, come ha giustamente osservato Schrödinger, da un’entropia negativa (neg-entropia).(7)

NOTE
6. È interessante notare per inciso che i corrispondenti termini moderni inglesi, physicist e physician, sottolineano la comunanza di prospettiva. Nel Medioevo, l’esercizio della medicina era suddiviso tra il medicus fisicus ed il medicus chirurgus, divisione giustificata dalla stretta separazione imposta dalle leggi medioevali tra l’arte della medicina e gli uffici manuali. Questa distinzione sopravvive ancora oggi nella distinzione tra physician e surgeon.
7. E. Schrödinger, Che cos’è la vita?, Sansoni, Firenze 1988