Vi siete mai chiesti come fanno organismi semplici come batteri o funghi a prendere decisioni complesse senza un cervello? O come una singola cellula riesca a gestire miliardi di operazioni simultanee senza andare in tilt? Per decenni, abbiamo attribuito queste capacità a reazioni chimiche e segnali elettrici. Eppure, qualcosa non tornava nei conti: la velocità di computazione sembrava troppo elevata per essere spiegata solo dalla biochimica tradizionale. Quasi come se le nostre cellule nascondessero un segreto. E forse è proprio così. Un nuovo studio sugli effetti quantistici nei sistemi biologici sta rivoluzionando la nostra comprensione di come la vita elabora le informazioni.
Il fisico Philip Kurian della Howard University ha scoperto che le nostre cellule potrebbero sfruttare fenomeni quantistici per elaborare dati miliardi di volte più velocemente di quanto pensassimo possibile. Una scoperta che non solo conferma l’intuizione avuta 80 anni fa dal leggendario fisico Erwin Schrödinger, ma apre anche scenari completamente nuovi sulla natura computazionale della vita.
Quando la fisica quantistica incontra la biologia
Biologia e meccanica quantistica sono sempre state considerate discipline separate, quasi senza punti di contatto. La prima si occupa di sistemi caldi, complessi e imprevedibili; la seconda opera a temperature prossime allo zero assoluto, in condizioni ultraprecise. Un matrimonio impossibile, almeno sulla carta.
Già ottant’anni fa, però, Schrödinger osò suggerire il contrario. Nella sua celebre serie di conferenze “What is Life?”, ipotizzò che effetti quantistici non ancora scoperti potessero svolgere un ruolo cruciale nel mantenere la stabilità genetica negli organismi viventi. Una teoria avveniristica che è rimasta per decenni senza conferme concrete.
Il problema principale era evidente: come potrebbero processi quantistici esistere all’interno di un sistema biologico? Come potrebbe qualcosa di così delicato sopravvivere nel caos termico e molecolare di un organismo vivente?
È proprio questo il nodo che Kurian ha iniziato a sciogliere, collegando finalmente il mondo biologico con la meccanica quantistica.
Il triptofano e la superradianza quantistica
La chiave di questi nuovi studi di Kurian parte da un suo lavoro precedente su una molecola che assumiamo quotidianamente: il triptofano, un amminoacido essenziale presente nel latte, nelle uova, nella carne e nella frutta secca. Una sostanza che consideriamo banalmente “nutritiva”, ma che potrebbe essere molto di più.
Normalmente, una singola molecola di triptofano assorbe la luce (un fotone) a una certa frequenza e ne emette un’altra a frequenza diversa. Questo fenomeno, chiamato fluorescenza, è ampiamente utilizzato per studiare le proteine. Niente di particolarmente sorprendente.
La magia avviene quando molte molecole di triptofano interagiscono con un singolo fotone in modo coordinato, all’interno di grandi strutture biologiche come neuroni, microtubuli o centrioli. In queste condizioni, mostrano un comportamento quantistico chiamato “superradianza“, che produce una fluorescenza molto più intensa rispetto a quella che si osserverebbe con una singola molecola. È come se tutte le molecole di triptofano si comportassero come un’orchestra perfettamente sincronizzata anziché come musicisti solisti.
Secondo lo studio di Kurian, questa superradianza suggerisce qualcosa di rivoluzionario: l’elaborazione delle informazioni nei sistemi biologici non si basa solo sulla segnalazione chimica tradizionale.
È possibile che la rete di triptofano funzioni come una sorta di “fibra ottica quantistica”, permettendo alle cellule eucariotiche di trasmettere informazioni a velocità miliardi di volte superiori rispetto alle vie biochimiche convenzionali.
Pensateci un attimo: i nostri computer più avanzati “sgobbano” per gestire calcoli complessi, ma una semplice cellula potrebbe utilizzare effetti quantistici per elaborare informazioni a velocità vertiginose. È come scoprire che la cara, vecchia bicicletta in garage è in realtà una Ferrari camuffata.
Effetti quantistici, per un potere computazionale straordinario
Il triptofano non è un’esclusiva degli organismi complessi come noi. È un amminoacido essenziale per il corpo umano e contribuisce alla crescita delle piante, ma la sua presenza si estende anche a forme di vita più semplici. Batteri, funghi e piante possono metabolizzare questa molecola. E questo dettaglio apparentemente insignificante potrebbe avere implicazioni enormi.
Kurian fa notare un fatto che spesso trascuriamo:
“Molti scienziati non considerano che organismi senza sistema nervoso come batteri, funghi e piante, che costituiscono la maggior parte della biomassa terrestre, eseguono calcoli sofisticati. Poiché questi organismi sono presenti sul nostro pianeta da molto più tempo degli animali, rappresentano la stragrande maggioranza della computazione basata sul carbonio della Terra.”
Questo mi fa pensare a quante volte sottovalutiamo l’intelligenza degli organismi più semplici. Un fungo che si espande nel sottobosco potrebbe avere capacità computazionali tali da fare impallidire i nostri supercomputer.
L’evoluzione in una nuova luce
È possibile che effetti quantistici come la superradianza abbiano giocato un ruolo fondamentale nell’evoluzione degli organismi eucarioti. E se la superradianza quantistica fosse parte integrante dell’elaborazione delle informazioni nelle forme di vita più semplici, ciò potrebbe significare che gli esseri viventi basati sul carbonio hanno un potere computazionale di gran lunga superiore a quello dei sistemi quantistici artificiali.
Seth Lloyd, fisico quantistico del MIT, commenta lo studio di Kurian con entusiasmo: “Applaudo gli sforzi audaci e immaginativi del Dr. Kurian nell’applicare la fisica fondamentale della computazione alla quantità totale di elaborazione delle informazioni eseguita dai sistemi viventi nel corso della vita sulla Terra. È importante ricordare che la computazione eseguita dai sistemi viventi è enormemente più potente di quella eseguita dai sistemi artificiali.”
Lo trovo straordinario: mentre ci affanniamo a sviluppare computer quantistici che funzionano in condizioni estremamente controllate, la natura potrebbe aver trovato il modo di sfruttare gli effetti quantistici a temperatura ambiente miliardi di anni fa. La vita non smette mai di sorprenderci.
Sebbene sia necessaria ulteriore ricerca per trovare più prove a sostegno delle scoperte di Kurian, questo studio rappresenta un nuovo capitolo nel campo della biologia. Ci incoraggia a riconsiderare l’evoluzione della vita sulla Terra da una prospettiva completamente nuova, dove fisica quantistica e biologia non sono più discipline separate, ma due facce della stessa affascinante medaglia.
