L’enigma dell’abiogenesi e l’esperimento di Miller

 
 
di Michele Forastiere*
*insegnante di matematica e fisica in un liceo scientifico.

 

Il problema della nascita della vita dalla materia inanimata (la cosiddetta “abiogenesi”) è sicuramente centrale nel dibattito sull’evoluzione. Sappiamo bene quanto facilmente questo argomento tenda a riscaldare gli animi nelle controversie sul darwinismo. D’altro canto – comunque la si pensi – è innegabile che la storia dei viventi sulla Terra deve essere cominciata in un momento ben preciso, prima del quale non esisteva che materia inanimata.

In primo luogo, occorre tenere presente che ogni attività svolta dagli organismi viventi comporta una lotta costante contro la tendenza della materia a decadere verso il disordine. Detto in altri termini, la vita è un fenomeno “anti entropico”. Ciò è permesso dal Secondo Principio della Termodinamica, poiché la biosfera è un sistema che scambia energia con l’esterno. Come si sa, la fonte energetica primaria è il Sole, grazie al quale avviene la fotosintesi – che permette la crescita degli organismi autotrofi (le piante) – che costituiscono la fonte di energia biochimica per alcuni organismi eterotrofi (gli erbivori) – che sono il nutrimento di altri organismi eterotrofi (i predatori). Avrò semplificato un po’ troppo: però le cose vanno oggi più o meno così.

Ma cosa succedeva all’inizio della storia? Molti studiosi ritengono che i primi viventi, comparsi qualcosa come tre miliardi e mezzo di anni fa, fossero eterotrofi. È però evidente che, se una parte di loro non si fosse molto presto avviata verso la fotosintesi, non sarebbe stata possibile l’evoluzione di organismi complessi (si sarebbero esaurite prima le risorse). Ciò nonostante, non vi era alcun vantaggio evolutivo immediato (nell’accezione darwiniana) nella comparsa sulla scena degli autotrofi. Come dire: se capita, capita; ma un salto del genere non è destinato ad accadere in virtù di qualche legge fondamentale. E il fatto che sia capitato è stato indubbiamente un gran bel colpo di fortuna.

Ma se non fosse stato quello il colpo di fortuna più grosso? Proviamo a riflettere sul momento preciso della transizione da materia inanimata a vita. Non mi addentrerò nelle inesauribili polemiche che ruotano intorno al famigerato esperimento di Miller; diamo pure per scontata l’esistenza di un “brodo primordiale” traboccante delle molecole essenziali per la vita primitiva – lipidi, amminoacidi, nucleotidi. La prima cosa da osservare è che il processo di replicazione del DNA/RNA – presente anche nelle più semplici forme di vita – non è una reazione chimica spontanea, perché corrisponde a una diminuzione del disordine. In altri termini, l’avvio dell’evoluzione biologica richiede per forza l’esistenza di una “macchina” associata, cioè un processo in grado di diminuire l’entropia del sistema. Il problema dell’abiogenesi si riduce, dunque, all’individuazione del primitivo “motore” termodinamico che avrebbe dato il calcio d’inizio all’inesauribile catena di reazioni biochimiche che sostengono la vita.

Girando su Internet mi sono imbattuto nel video divulgativo prodotto da Jack W. Szostak, professore della “Harvard Medical School”. Szostak ritiene di aver trovato il meccanismo all’origine dell’evoluzione biologica. Il ragionamento seguito è grosso modo il seguente: 1) Nel “brodo primordiale” si formano spontaneamente microscopiche bolle formate da una pellicola di grasso (vescicole lipidiche) che permettono l’ingresso delle molecole piccole (nucleotidi isolati), ma non l’uscita delle molecole grandi (una doppia elica di nucleotidi in successione casuale, che definiamo “DNA/RNA casuale”). 2) La riproduzione spontanea del “DNA/RNA casuale” avviene intorno alle fumarole sottomarine, dove si generano correnti circolari che permettono la rottura della doppia elica (nei punti in cui l’acqua è calda) e la sua successiva riproduzione (dove l’acqua è fredda). 3) Una vescicola grande tenderà a “risucchiare” le vescicole piccole, ingrandendosi; a un certo punto, poi, si frammenterà ripartendo il proprio “materiale genetico” tra le “vescicole figlie”. 4) In questo modo verrà selezionato il “DNA/RNA casuale” che si ricombina più velocemente. 5) Analogamente, in seguito verrà selezionata qualsiasi mutazione casuale capace di accrescere l’efficienza di riproduzione e di “predazione” delle vescicole.

E, conclude Szostak, “Questo è tutto”! Secondo me, però, questo sarebbe tutto… se la faccenda fosse davvero così semplice. Il modello di Szostak, infatti, non ha niente a che vedere con alcun microorganismo reale, neanche nella più primitiva versione ipotizzabile. In effetti, Szostak non descrive affatto un plausibile “motore” molecolare interno per la duplicazione del DNA/RNA, bensì un gigantesco e inefficiente “motore” esterno! Provo a fare un paragone: diciamo che una cellula vivente equivale a un telefono cellulare. Bene, in questa ottica il modello appena visto descriverebbe una locomotiva a vapore. È vero che i due oggetti hanno in comune alcuni principi fisici fondamentali; però nessuno si sognerebbe di affermare che un cellulare funziona più o meno come un treno a vapore, né che la costruzione del primo si deduce banalmente da quella del secondo. Neanche Szostak, dunque, risolve il dilemma di partenza: come potrebbe essere comparso il “motore” biochimico primordiale, se non per puro caso?

Se di caso si deve parlare, allora, vale la pena di chiedersi se la nascita della vita possa essere stata davvero solo un evento fortunato, e di provare a calcolare quanta fortuna sia stata coinvolta in esso. Un calcolo del genere ha senso, perché coinvolge solo processi chimici, che possono essere sottoposti ad analisi probabilistica. In realtà, c’è chi lo ha già fatto: e sembrerebbe che la fortuna occorrente sia veramente tanta – anche avendo a disposizione tutte le galassie dell’Universo e tutto il tempo trascorso dalla sua nascita.

Ma questo, come si diceva una volta, lo vedremo nella prossima puntata

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30 commenti a L’enigma dell’abiogenesi e l’esperimento di Miller

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  1. Norberto ha detto

    Molto interessante, forse un pò troppo “specialistico”…che il processo di replicazione del DNA/RNA non possa essere frutto del mero caso credo sia un’intuizione che trova sempre più approvazioni. In particolare anche per i meccanismi di auto-correzzione nel procedimento che lo rendono esponenzialmente più complesso.

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    • Michele Forastiere ha detto in risposta a Norberto

      In uno scambio di opinioni con la redazione dell’UCCR, mi è capitato di fare questa osservazione: mi pare che tante volte gli scientisti provino a far passare le loro idee divulgando delle banalità (facili da capire ma più o meno false – tipo la storia del collo della giraffa) e nascondendo invece le magagne (che si trovano proprio nella versione “tosta” delle teorie). In un certo senso, penso che questa sia proprio una delle battaglie che l’UCCR e i suoi collaboratori si sforzano di combattere: quella, cioè, di cercare di mettere a nudo le magagne. Il guaio è che ci si trova a combattere su un terreno in cui domina il gergo specialistico; e se pure si riesce a scoprire i punti deboli di un ragionamento, tante volte risulta più complesso riportarli sul terreno della divulgazione, eliminando il fumo dei tecnicismi inutili.

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      • Norberto ha detto in risposta a Michele Forastiere

        Chiarissimo…e capisco anche che sia proprio così. D’altraparte se si vuole tentare di spiegare tutto per non usare un gergo tecnico si rischia di scrivere dei papiri infiniti. I suoi studenti magari ci mettono un anno a capire certe cose e non è possibile farle tutte capire in un articolo a chi non le conosce. E’ indispensabile dare qualcosa per “già saputo”. Grazie!

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  2. Tano ha detto

    Più che “enigma” non possiamo parlare di “bufala”?

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  3. Franz ha detto

    L’abiogensi, oltre a ciò di cui parla il dott. Forastiere, pone tanti altre contraddizioni..in particolare non si capisce proprio la cosa più ovvia: come può dalla materia inanimata nascere qualcosa di “animato”…la razionalità come può apparire…capisco che possa essersi evoluta e regolata, ma come ha potuto proprio “nascere”? I concetti razionali che definisco propriamente l’uomo, in che modo la cultura laicista ne spiega la nascita. Non parlo di evoluzione, perché l’evoluzione implica che qualcosa già ci sia, ma proprio la comparsa, da un momento all’altro.

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  4. Felice ha detto

    alla prossima puntata mi piacerebbe quanto sia quantificata questa fortuna (e perché no Fortuna)..

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  5. Guerrino ha detto

    Chiedo scusa se anche stavolta faccio il copia-e-incolla e ripeto esattamente quello che ho appena scritto in un thread precedente. Ma l’argomento trattato mi obbliga a farlo.
    Contrariamente alla convinzione di molti atei, oggi è proprio l’ateismo ad essere messo male nei confronti della scienza contemporanea. Lo so, io sono estremamente ripetitivo, ma devo ribadire quanto segue:
    1) Nessuno vuole disconoscere l’importanza delle scienze biologiche come la genetica, ma tutta la scienza moderna ha come base la matematica e non la biologia. Purtroppo per gli uaarini, se c’è una scienza che ha messo veramente in crisi il pensiero ateo, questa è proprio la matematica. Si provi a rivolgere ad un ateo queste domandine velenose: che cos’è veramente la matematica? perché le natura è governata da rigorose leggi matematiche? A partire dall’illuminismo, gli atei (o comunque gli esponenti dell’epistemologia laica) hanno compiuto sforzi sovrumani nel tentativo di dare risposte razionali a queste domandine terribili, ma hanno sempre fallito. Ha fallito il povero Kant, che nella sua monumentale Kritik der reinen Vernunft scrive che tutte le proposizioni matematiche sono giudizi sintetici a priori e, coerentemente con questo assunto, ritiene la geometria euclidea l’unica geometria possibile – neanche a farlo apposta, proprio nell’Ottocento vengono scoperte le geometrie non euclidee. Hanno fallito i positivisti come Comte, i quali non sono stati capaci di andare oltre un approccio banalmente classificativo nello sforzo di spiegare la matematica e tutte le altre scienze moderne. Come è noto, l’ultimo tentativo “illuminista” rilevante di ridurre la matematica a qualcosa di puramente umano è stato il programma finitista di Hilbert – i due teoremi di incompletezza di Godel (detti comunemente il teorema di Godel) lo hanno liquidato definitivamente, e con esso hanno messo fuori gioco anche l’illuminismo. Sipario. Purtroppo per gli atei (e segnatamente per voi uaarini) il cristianesimo può dare una risposta al problema grave della matematica e dei suoi rapporti strettissimi con la fisica. Se si legge con attenzione il Simbolo Niceno-Costantinopolitano, salta subito agli occhi che uno dei dogmi più importanti dichiara esplicitamente la mediazione del Verbo nell’atto creativo: per mezzo di Lui tutte le cose sono state create. Che senso ha questo dogma alla luce dell’epistemologia contemporanea? La creazione del mondo deriva da un atto assolutamente libero e gratuito della volontà divina, ma alla base di esso deve esserci un vero e proprio sacramento, altrimenti non si comprende in che cosa debba consistere la mediazione del Verbo. Un sacramentum creationis, appunto. Ma quale può essere questo sacramentum creationis, se non la matematica stessa? A questo punto, qualcuno può facilmente obiettare che si tratta solo di un dogma e che può essere accettato solo mediante un atto di fede. E chi se lo nasconde? Però questo dogma, questo atto di fede, riesce a dare un senso a tutta la matematica, e soprattutto riesce a spiegare perché le leggi di natura sono rigorosamente matematiche. Mentre bisogna constatare amaramente che l’epistemologia laica di origine illuminista ha solo miseramente fallito.
    2) Contrariamente a quello che pensavano i filosofi greci, l’universo non è affatto eterno. Studiando gli sviluppi matematici della relatività einsteiniana, padre Georges Lemaitre scopre che l’universo ha preso origine da una singolarità fisico-matematica. Mai sentito parlare di Big Bang? Adesso, uno può girare e rigirare la frittata nella padella tutte le volte che vuole, ma alla fine la verità nuda e cruda rimane una sola: se l’universo non è eterno, evidentemente Qualcuno l’ha creato. Chi sarà mai questo Qualcuno? Forse il fondatore dell’UAAR?
    3) Se c’è una scienza, che piace da impazzire agli atei e riesce a mandare in visibilio gli uaarini, questa è proprio la biologia. È vero che Mendel era un frate agostiniano e Darwin era tutt’altro che ateo – ma si tratta di sottigliezze irrilevanti, che non turbano più di tanto i nostri cari amici uaarini. In particolare, è proprio l’evoluzionismo biologico che, secondo loro, confermerebbe la necessità di non versare più l’8×1000 alla Chiesa Cattolica e di spostarsi nelle grandi città usando gli ateobus. A differenza del fondamentalismo evangelico, il cattolicesimo non ha mai avuto difficoltà ad accettare la versione scientificamente corretta dell’evoluzionismo biologico, anzi sono proprio gli scienziati cattolici ad avanzare serie perplessità sul cosiddetto Intelligent Design. Tuttavia, se guardiamo le cose in modo obiettivo e senza paraocchi ideologici, non possiamo non riconoscere che tante (troppe!) coincidenze fortunate hanno consentito la nascita e l’evoluzione della vita nel nostro universo. Mi limito a rilevarne soltanto una. Senza le proprietà elettroniche, veramente uniche, dell’atomo di carbonio non potrebbero affatto esistere le complesse molecole organiche, che sono i mattoni insostibuibili della materia vivente; ma queste proprietà elettroniche dell’atomo di carbonio sono strettamente dipendenti dalle leggi matematiche della meccanica quantistica (vedi equazione di Dirac) e soprattutto dal valore assunto dalla costante di Planck: se soltanto quest’ultima avesse avuto un valore leggermente diverso da quello che ha effettivamente, già la vita non sarebbe mai potuta né nascere né evolversi. Adesso, se la nascita e l’evoluzione della vita nell’universo sono state rese possibili da una sequenza sconcertante di coincidenze una più fortunata dell’altra, ha ancora un senso logico tirare in ballo il Caso? Quanto poi al principio antropico, mi limito ad osservare che c’è più razionalità scientifica nella favola della gallina dalle uova d’oro che in esso. A buon intenditore…

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    • Max ha detto in risposta a Guerrino

      Suggerisco di leggere “Just Six Numbers: The Deep Forces That Shape the Universe” (2000) di Martin Rees, che gia’ conosciamo. L’autore nota che le costanti fisiche nel nostro Universo sembrano adatte alla nascita della vita, ma nota anche la cosmologia moderna sospetta la possibile esistenza di altri universi, in cui le leggi fisiche sono differenti dalle nostre. Magari in altri universi nessuna vita e’ possibile, in altri ci sono forme di vita diverse dalla nostra.

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      • Max ha detto in risposta a Max

        Volevo inserire un nuovo messaggio ma non come replica di quello di Guerrino. Chiedo scusa.

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        • Guerrino ha detto in risposta a Max

          @Max
          Io invece inserisco un nuovo messaggio proprio in risposta al tuo. Che vuoi che ti dica? Continuiamo pure a girare e rigirare la frittata nella padella per dare ragione agli atei. Temo però che ‘sta povera frittata ormai si sia bruciata. A te non sembra?

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          • Guerrino ha detto in risposta a Guerrino

            In risposta a quanto affermato da Rees, mi limito a questa banale considerazione: anche mia nonna, se avesse avuto le ruote, sarebbe stata un carretto – però, se non ricordo male, la nonna buonanima non aveva le ruote e pare che non fosse un carretto…

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          • Max ha detto in risposta a Guerrino

            Con il massimo garbo, ma dissento sull’interpretazione “atea” dell’abiogenesi.
            La scienza non dovrebbe dir nulla riguardo una origine “soprannaturale” della vita, a regola del metodo scientifico stesso. Quando le molecole finirono insieme per formare la prima cellula, cio’ avvenne per caso per i non credenti, per volonta’ di Dio, che agisce secondo le “cause seconde”. Non si deve favorire ne’ l’una ne’ l’altra interpretazione “metafisica”. Chi usa l’abiogenesi per affermare che Dio non esiste e’ in grave errore.

            Aggiungo: come facciamo ad essere al 100% sicuri che, se le costanti fisiche fossero state diverse, nessun altra forma di vita sarebbe stata possibile? Certo, alcuni valori delle costanti avrebbero reso ogni forma di vita del tutto impossibile. Su altre, come si fa ad essere sicuri?

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            • Michele Forastiere ha detto in risposta a Max

              Dici molto bene. Il guaio è che quando si cerca di parlare di “magisteri non sovrapponibili” (come ha fatto il buon SJ Gould) si assiste a una levata di scudi IMPRESSIONANTE da parte degli scientisti, Dawkins in testa. Per quanto riguarda i valori delle costanti fisiche “perfettamente accordate” (“fine-tuned”) dell’Universo… è vero, non conviene farci troppo affidamento. Non ho mai (volutamente) approfondito molto la questione, perché non penso sia essenziale alla critica anti-scientista; però credo che, almeno per alcuni parametri universali, variazioni minime renderebbero impossibile la fusione nucleare (quindi l’esistenza di stelle stabili), o troppo rapida la combustione, e così via… mi sembra di ricordare che una particella apparentemente inutile come il neutrino sarebbe invece essenziale per la disseminazione degli elementi pesanti in seguito all’esplosione delle supernovae; e che se la sua interazione con la materia fosse solo di poco diversa, ciò non sarebbe possibile. E’ vero, però, che si potrebbe immaginare l’esistenza di forme di vita che non dipendono da stelle e pianeti… chissà! In ogni caso, sono arci-convinto che la fede non ha NULLA da temere dalla (vera) scienza!

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    • Michele Forastiere ha detto in risposta a Guerrino

      Giustissimo. E’ peraltro molto interessante vedere il modo in cui ha affrontato il tema della contingenza uno scientista come Telmo Pievani nell’ultimo libro, “La vita inaspettata”. Abbastanza sorprendentemente (per me) Pievani sembrerebbe finalmente accettare il fatto che l’ultradarwinismo sia in crisi, riconoscendo sostanzialmente il crollo dell’ideologia gradualistica e il fatto che l’evoluzione biologica è una Storia. Per dirla con Chesterton, “Una storia ha proporzioni, variazioni, sorprese, disposizioni particolari, che non possono essere ricavate secondo una regola, in astratto come una somma. Non potremmo dedurre se Achille voleva seguire o no il corpo di Ettore da una teoria pitagorica di numeri e ripetizioni.” Credo che pochi riuscirebbero a non provare stupore davanti al modo meraviglioso in cui la Storia della vita si è andata dipanando nel corso di miliardi di anni… ma si scopre, ahimè, che Pievani è proprio uno di quei pochi. Insomma, la risposta scientista alle domande che ci sollecitano le meraviglie dell’Universo pare essere sempre la stessa, la più inutile possibile: ignorarle, serrando più fortemente gli occhi.

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  6. Guerrino ha detto

    @ Michele Forastiere
    Ho molto apprezzato tutto quello che hai scritto, e mi complimento per la tua ottima competenza scientifica anche in campi non strettamente attinenti alla matematica ed alla fisica. Se devo essere sincero, nemmeno io ho mai approfondito la questione delle costanti fisiche “fine-tuned”. Però non posso non rilevare le gravi difficoltà nelle quali si dibatte oggi l’ateismo di fronte ai risultati della scienza contemporanea. Il principio antropico non convince veramente nessuno: è solo un bel sofisma e nient’altro. Un caro e fraterno saluto.

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    • Bombarolo ha detto in risposta a Guerrino

      Non so, io non sarei così drastico sul fine-tuning…solo un bel sofisma? No, io ritengo che -lungi da me l’Intelligent Desing- qualcosa voglia dire se “il nostro Universo sapeva che stavamo arrivando”. Ricordo che Paul Davies si è avvicinato al deismo proprio grazie a questo argomento…io non credo di volere liquidare la questione così tanto velocemente.

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      • Guerrino ha detto in risposta a Bombarolo

        @ Bombarolo
        Ho scritto che è il principio antropico ad essere un bel sofisma creato da alcuni scienziati atei nel tentativo un po’ patetico di salvare il loro credo. Come uomo di scienza cattolico, mi guardo bene dal dare il mio consenso all’intelligent design, ma non per questo me la sento di accettare il principio antropico tanto caro agli atei.

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  7. roberto fiaschi ha detto

    Ottimo Prof. Forastiere, conseguente ottima argomentazione. Non può che esser fonte di piacere constatare un sempre più nutrito numero di scienziati veramente ed intelligentemente critici nei confronti della litania evoluzionistica, ormai realmente insopportabile nel suo continuo dispiegarsi di “l’evoluzione ha prodotto…”, “l’evoluzione ha fatto sì che… “, e via ontologizzando un evento quasi fosse una entità che regola, decide, stabilisce, ecc.
    Non mi è chiaro infatti come un accadimento impersonale e scostante possa avere una direzione evolutiva-migliorativa, cioè, in pratica, evolversi presupporrebbe una possibilità GIA’ saputa come migliore e più consona ad un organismo. Ma già saputa da chi-cosa? Questo, e molto altro, è a mio avviso l’aspetto comico di molti divulgatori nostrani i quali con non indifferente disinvoltura articolano architetture biologiche con un concetto aleatorio _evoluzione_ che vorrebbe dir tutto ed in realtà non dice niente: guai però a far notare ciò agli Angela, agli Augias, agli Odifreddi, ecc. Sarebbe la via più sicura per esser relegati nel rango degli oscurantisti fuori da ogni decenza scientifica….
    Grazie e coplimenti a tutti
    Roberto Fiaschi

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  8. Giulia ha detto

    Non credo che la dimostrazione della generazione spontanea della vita supponga una reale minaccia per la religione, perchè qualora avvenisse si dirà che fu comunque Dio a dare quell’impulso iniziale. Si è fatto un discorso simile alla Specola vaticana riguardo la possibile esistenza di forme di vita aliene e la loro possibile redenzione. Ormai si è imparato degli errori del passato: non bisogna aspettare che la scienza metta la religione con le spalle contro il muro, conviene portarsi avanti e cominciare a testare quelle risposte che possano soddisfare la teoria religiosa. Cambiare affinchè nulla cambi, diceva qualcuno. Oggi più che mai è vero.

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    • Vauro ha detto in risposta a Giulia

      E anche oggi giulietta ha lasciato la sua simpatica riflessione.

      “Non credo che la dimostrazione della generazione spontanea della vita supponga una reale minaccia per la religione”…evidentemente, ancora una volta, non hai idea di cosa sia la generazione spontanea, né di quali siano i termini del discorso.

      “non bisogna aspettare che la scienza metta la religione con le spalle contro il muro, conviene portarsi avanti”…potresti dimostrare quando la scienza ha messo la religione con le spalle al muro? Ha forse dimostrato l’inesistenza di Dio o di Gesù Cristo? Queste sarebbero le uniche possibilità per mettere la religione con le spalle al muro. Oggi più che mai vero.

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    • Guerrino ha detto in risposta a Giulia

      @Giulia
      Forse ti è sfuggito qualche dettaglio, ma ti faccio osservare che oggi è proprio l’ateismo ad essere stato messo con le spalle al muro dagli sviluppi della scienza contemporanea. Tuttavia il tuo intervento è stato illuminante lo stesso: quando gli uaarini promuovono iniziative come gli autobus, evidentemente vogliono solo portarsi avanti. Peccato però che poi si attirino addosso il dileggio e le contumelie di altri laicisti – hai presente l’attacco sferrato da MicroMega nel gennaio del 2009?

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  9. Giulia ha detto

    @Guerrino, l’ateismo è stato messo con le spalle al muro dalla scienza? Questa mi giunge nuova… O ultimamente si sono date manifestazioni esplicite e documentate di una qualche divinità o tutto continua come prima…
    Eppoi che c’entra l’ateobus con l’abiogenesi, se non il fatto che entrambe le parole cominciano con A?

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