Che cos'è la vita? La cellula vivente dal punto di vista fisico

Agli inizi degli anni Quaranta, Schrödinger è un fisico teorico fra i più illustri. Insignito nel 1933 del premio Nobel, insegna presso l’Institute for Advanced Studies di Dublino, dove elabora una trattazione illuminante e anticipatrice di un problema cruciale: dare una spiegazione fisica del fenomeno della vita. Le lezioni da lui tenute al Trinity College nel febbraio 1943 vengono elaborate e raccolte in un libretto pubblicato l’anno successivo (e in seguito innumerevoli volte ristampato) con il titolo Che cos’è la vita? A questo interrogativo Schrödinger prova a rispondere applicando i metodi della fisica quantistica allo studio delle molecole viventi di interesse genetico. Egli identifica la questione centrale — come la cellula sia governata da un «codice» inscritto nei geni — e suggerisce l’ipotesi più affascinante: la molecola del gene deve essere un cristallo aperiodico, formato da una sequenza di elementi isomerici che costituiscono il codice ereditario. Tale codice contiene il piano di sviluppo dell’organismo. Il libro suscitò immediatamente grande risonanza, e non soltanto tra i fisici: da esso trae origine la corrente di pensiero che darà luogo alla biologia molecolare, come pure l’adozione di criteri quantitativi nella trattazione dei problemi biologici, in particolare genetici. Dieci anni più tardi, nel 1953, ispirati da quest’opera, Francis Crick, James Watson e Maurice Wilkins scopriranno la struttura del DNA. Prefazione I come si accosta l’argomento dal punto di vista della fisica classica 1. Carattere generale e scopo della ricerca 2. Fisica statistica. La fondamentale differenza di struttura 3. Come un fisico ingenuo accosta l’argomento 4. Perché gli atomi sono così piccoli? 5. Il funzionamento di un organismo richiede leggi fisiche esatte 6. Le leggi fisiche si basano sulla statistica degli atomi e sono perciò leggi approssimate 7. La loro esattezza è basata sul grande numero di atomi in gioco. Primo esempio (paramagnetismo) 8. Secondo esempio (moto browniano e diffusione) 9. Terzo esempio (limiti dell’accuratezza di una misura) 10. La legge della √n II il meccanismo dell’ereditarietà 1. Le previsioni del fisico classico, ben lungi dall’esser banali, sono errate 2. Il testo del codice dell’ereditarietà (cromosomi) 3. Accrescimento somatico per divisione cellulare (mitosi) 4. Nella mitosi ogni cromosoma si sdoppia 5. Divisione riduttiva (meiosi) e fecondazione (singamia) 6. Individui aploidi 7. La preminente importanza della divisione riduttiva 8. Scambio. Localizzazione dei caratteri 9. Dimensioni massime di un gene 10. Piccoli numeri 11. Permanenza III mutazioni 1. Mutazioni discrete: il terreno su cui lavora la selezione naturale 2. Mutazioni vere, cioè perfettamente ereditarie 3. Localizzazione. Recessività e dominanza 4. Definizione di alcuni termini tecnici 5. Il nocivo effetto del connubio tra consanguinei 6. Considerazioni generali e storiche 7. Le mutazioni debbono essere eventi rari 8. Mutazioni indotte da raggi X 9. Prima legge. Una mutazione è un evento singolo 10. Seconda legge. Localizzazione dell’evento IV prova del carattere quantistico delle mutazioni 1. La stabilità è inspiegabile nel quadro della fisica classica 2. La stabilità può spiegarsi mediante la teoria dei quanti 3. Teoria dei quanti. Stati discreti. Salti quantici 4. Molecole 5. La loro stabilità dipende dalla temperatura 6. Intermezzo matematico 7. Primo emendamento 8. Secondo emendamento V discussione e verifica del modello di delbrück 1. Modello generale della sostanza ereditaria 2. L’unicità del modello 3. Alcuni errori tradizionali 4. Diversi «stati» della materia 5. La distinzione realmente importante 6. Il solido aperiodico 7. La varietà del contenuto racchiuso nel codice in miniatura 8. Confronto con l’esperienza: grado di stabilità, discontinuità delle mutazioni 9. Stabilità dei geni prescelti dalla selezione naturale 10. Stabilità spesso minore dei mutanti 11. La temperatura influenza i geni instabili meno di quelli stabili 12. Come i raggi X producono mutazioni 13. L’efficacia dei raggi X nel produrre mutazioni non dipende dalla mutabilità spontanea 14. Mutazioni reversibili VI ordine, disordine ed entropia 1. Una conclusione generale notevole tratta dal nostro modello 2. L’ordine basato sull’ordine 3. La materia vivente sfugge al decadimento verso stati di equilibrio 4. La materia vivente si alimenta di «entropia negativa» 5. Che cos’è l’entropia? 6. Il significato statistico dell’entropia 7. L’organizzazione si mantiene, estraendo «l’ordine» dell’ambiente Nota al capitolo VI VII è la vita basata sulle leggi della fisica? 1. È da attendersi che delle nuove leggi valgano per gli organismi 2. Rassegna della situazione dal punto di vista biologico 3. Riassunto della situazione dal punto di vista fisico 4. Il singolare contrasto 5. Due metodi per produrre l’ordine 6. Il nuovo principio non è nuovo nella fisica 7. Il moto di un orologio 8. Il funzionamento di un orologio è pure statistico 9. Il teorema di Nernst 10. L’orologio a pendolo è virtualmente alla temperatura dello zero assoluto 11. La relazione tra orologio e organismo conclusione determinismo e libero arbitrio Nota alla Conclusione What Is Life? is a 1944 non-fiction science book written for the lay reader by physicist Erwin Schrödinger. The book was based on a course of public lectures delivered by Schrödinger in February 1943 at Trinity College, Dublin. Schrödinger's lecture focused on one important question: "how can the events in space and time which take place within the spatial boundary of a living organism be accounted for by physics and chemistry?" In the book, Schrödinger introduced the idea of an "aperiodic crystal" that contained genetic information in its configuration of covalent chemical bonds. In the 1950s, this idea stimulated enthusiasm for discovering the genetic molecule and would give both Francis Crick and James Watson initial inspiration in their research.