L'ENTROPIA DI SCHRÖDINGER

Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger (1887-1961)

Il fisico austriaco Schrödinger propose l'entropia come parametro di analisi della vita.

“What is Life? The Physical Aspect of the Living Cell - Mind and Matter” (Che cos'e' la vita? La cellula vivente dal punto di vista fisico - Mente e Materia) e' il titolo del saggio scritto da Schrödinger sulla base dell'elaborazione di lezioni che egli aveva tenuto al Trinity College di Dublino (Irlanda). Il saggio fu pubblicato nel 1944 dalla Cambridge University Press. In esso, Schrödinger mosse la celebre ipotesi che il gene fosse costituito da un “cristallo aperiodico”, cioe' da una molecola di grandi dimensioni avente una struttura non ripetitiva, dotata di sufficiente stabilita' strutturale e di sufficiente capacita' a contenere informazioni. Inoltre, egli cerco' una spiegazione al seguente apparente paradosso:

“tutti i fenomeni fisici seguono il secondo principio della termodinamica, secondo il quale tutti i sistemi isolati subiscono un costante aumento di entropia verso una redistribuzione omogenea dell'energia, corrispondente ad uno stato disordinato della materia. E' evidente pero' che gli organismi viventi possiedono e mantengono un ordine interno fino alla morte. Allora, come si spiega che tale principio di disordine venga controbilanciato da un principio d'ordine che sappia neutralizzarne gli effetti in modo da consentire la vita?”

L'ipotesi che Schrödinger propose a riguardo fu che l'organismo vivente riusciva a contrastare il proprio aumento di entropia nutrendosi di “entropia negativa”.

Alla luce dell'attuale conoscenza della biochimica del metabolismo^* si puo' comprendere che gli organismi viventi mantengono il proprio ordine grazie all'energia dei nutrienti, a scapito di un aumento molto maggiore dell'entropia dell'ambiente esterno.

In pratica, la vita persiste poiche' un sistema (un organismo vivente) puo' essere ordinato a scapito dell'aumento in misura anche superiore del disordine dell'ambiente che lo circonda. In altri termini, l'entropia totale del sistema e dell'ambiente circostante tende ad aumentare, come stabilito dalla Seconda Legge della Termodinamica. Gli organismi viventi mantengono il loro ordine interno determinando un disordine (demolizione) delle sostanze nutrienti che consumano; conseguentemente, il contenuto entropico del cibo e' importante quanto il suo contenuto energetico. Gli esseri viventi assumono sostanze nutritive dall'ambiente e rilasciano prodotti di scarto, generando lavoro e calore; essi sono quindi sistemi aperti e non possono mai essere in equilibrio. Gli esseri viventi assumono continuamente nutrienti (a bassa entropia), che convertono in prodotti di eliminazione (ad alta entropia). L'energia libera rilasciata nel corso di questo processo alimenta le attivita' cellulari che producono l'elevato grado di organizzazione caratteristico delle forme di vita. Se tale processo viene interrotto, il sistema alla fine raggiunge l'equilibrio e questo, nel caso degli organismi viventi, significa la morte.

Schrödinger con la sua opera contribui' alla comprensione di quale fosse la natura fisica del materiale genetico, cioe' quel materiale capace di contenere le informazioni ereditarie necessarie allo sviluppo dell'organismo.

E' riconosciuto come l'opera di Schrödinger abbia inciso sulla nascita della biologia molecolare. Infatti, circa dieci anni dopo la pubblicazione del suo saggio si arrivo' a scoprire la struttura a doppia elica del DNA.

^*Il metabolismo energetico e' la serie di reazioni consecutive attraverso le quali avviene la lenta combustione degli alimenti nell'organismo.

Approfondimento: Introduzione alla chimica della vita-Zanichelli