L’Acqua e la Vita

L’Acqua e la Vita
acqua
Rappresentazione del legame idrogeno che si instaura tra pi√Ļ molecole di acqua

E’ del tutto evidente che ‚ÄúNon c’e’ Vita senza Acqua‚ÄĚ(1). Per capirlo e’ importante¬†notare che le molecole di acqua si comportano in modo differente da altre simili di piccole¬†dimensioni: infatti l’H2O ha una notevole capacit√† di trasporto del calore, il solido √® meno¬†denso del liquido cos√¨ che il ghiaccio galleggia sull’acqua, quest’ultima ha una tensione¬†superficiale insolitamente elevata, ed un alto potere solvente, un elevato punto di¬†ebollizione, inoltre l’H2O si scinde parzialmente in H+ ed OH ‚Äď generando sia acidi che¬†basi … ecc… Tutte queste propriet√† sono decisive perch√© l’H2O possa svolgere il suo¬†ruolo essenziale per lo sviluppo della vita, malgrado cio’ il comportamento dell’acqua¬†nella sua relazione con la vita non √® facilmente compreso ed √® ancora oggi oggetto didibattito.(2)¬†Le straordinarie proprieta’ dell’H2O in gran misura dipendono dal ‚ÄúLegame e Ponte di¬†Idrogeno‚ÄĚ (‚ÄúLI‚ÄĚ) che che aggrega le molecole di acqua liquida in un ‚Äúsistema semicristallino‚ÄĚ.¬†Infatti ‚ÄúLI‚ÄĚ genera una forma di interazione intermolecolare che e’ fortemente¬†direzionale e strutturante, cosi che quando l’H2O liquida diventa ghiaccio si formano delle¬†strutture altamente simmetriche, che nel liquido si preformano e si decompongono in un
andamento dinamico che varia con la temperatura e la pressione.(3)

Il ‚ÄúLegame a Ponte di Idrogeno‚ÄĚ tra le Molecole di H2O, e’ stato studiato fin dal 1920 ma¬†ancora non e stata compresa la natura di tale attrazione molecolare che si osserva tutte le¬†volte che un atomo di Idrogeno (H) forma molecole con atomi che attraggono elettroni¬†(elettronegativi) come l’Azoto (N) , l’Ossigeno (O) lo Zolfo (S) ed il Fluoro (F).¬†Nel caso dell’acqua si e’ tentata una spiegazione attribuendo la forza direzionale del ‚ÄúLI‚Ä̬†alla risonanza di interazione tra i dipoli indotti, ma tale spiegazione non e’ generalizzabile¬†e non spiega a sufficienza la forza e la direzionalita’ in tutte le forme di ‚ÄúLI‚ÄĚ, la cui¬†interazione varia in un intervallo che comprende forze deboli ed elastiche e forze¬†direzionali intra ed inter-molecolari, non facilmente scindibili. Tale variazione delle forze¬†dei ‚ÄúLegami a Ponte di Idrogeno‚ÄĚ mediamente tra 4-120 kJ mol-1 non trova una evidente¬†relazione con la struttura elettronica delle molecole coinvolte.(4)

La mancanza di una generale comprensione dei fattori che determinano le propriet√† dei¬†vari ‚ÄúLI‚Äú e’ sostanzialmente conseguenza della difficolta’ di trattare la interazione tra nuclei¬†ed elettroni. Infatti avendo l’Idrogeno un solo elettrone e’ possibile che il suo nucleo¬†(Protone) resti parzialmente scoperto dalla nuvola elettronica molecolare e pertanto la¬†forza strutturante del ‚ÄúLI‚ÄĚ andrebbe trattata considerando le diverse ‚ÄúAffinit√† Protoniche‚Ä̬†degli atomi e non solo le interazioni tra elettroni delle molecole. Ma cio’ e’ estremamente¬†complesso, cosi che la scienza tradizionalmente persegue la cosi detta approssimazione¬†di Born-Hoppenheimer ,che consiste nell’ ignorare l’accoppiamento tra i modi elettronici¬†e nucleari e quindi lo scambio di energia tra di essi. Tale approssimazione ha reso¬†impossibile capire la effettiva azione del ‚ÄúLI‚ÄĚ nell’ acqua, ma anche di comprendere il ‚ÄúLI‚Ä̬†agisca nella costruzione intra-molecolare di forme funzionali dei biosistemi, primo fra tutti¬†il DNA(5).

ll DNA vive in soluzione acquosa proprio in quanto i ‚ÄúLegami a ponte di Idrogeno‚ÄĚ che si¬†formano tra le basi azotate del DNA, vengono solubilizzati e ricostruiti dinamicamente dall’acqua; pertanto tramite tale relazione di idrolisi dell’H2O nella riproduzione del DNA, si¬†inizia a capire lo stretto apporto che esiste tra l’Acqua e la Vita.

Il DNA, la molecola che registra la informazione genetica della vita, infatti si compone¬†da una doppia elica anti-parallela proprio in seguito alla capacita di organizzazione¬†specificamente direzionale dei ‚ÄúLI‚ÄĚ. Il fatto che si sospetta che gli ‚ÄúLI‚ÄĚ non abbiano una¬†caratterizzazione limitata ai domini elettronici ma che la loro formazione vada a¬†corrispondere ad interazioni a breve distanza che coinvolgono la energia nucleare dei¬†protoni di Idrogeno, pone un serio problema di comprensione necessario per¬†rispondere alla domanda in cosa consista la ‚Äúenergia di informazione‚ÄĚ memorizzata¬†nelle sequenze di basi nel DNA. Infatti la Informazione genetica e’ contenuta nel DNA¬†cosi che puo’ essere copiata ed espressa, ma di fatto attualmente conosciamo solo la¬†forma del contenitore, ma non la sostanza del contenuto di informazione che prende¬†forma e viene ricostruito dinamicamente all’interno della sequenze di basi durante la¬†costruzione e ricostruzione di ‚ÄúLI‚ÄĚ intra-molecolari del DNA.

Etimologicamente ‚Äúinformare significa prendere forma‚ÄĚ, pertanto la informazione¬†non si esaurisce nella osservazione della forma la quale non svela necessariamente il¬†contenuto di informazione. Ad es. la informazione in un computer e’ memorizzata in¬†forma di combinazioni di sequenze binarie di onde elettromagnetiche per cui la unit√†¬†fondamentale della informazione computerizzata e’ il ‚ÄúBit‚ÄĚ; in questo caso sappiamo¬†che il contenuto della informazione corrisponde ad uno spettro di energia¬†vibrazionale. Nel caso del DNA non sapendo che tipo di energia viene coinvolta nella¬†strutturazione dinamica dei ‚ÄúLI‚ÄĚ nell’ interazione H2O//DNA, purtroppo come¬†conseguenza non possiamo definire a cosa corrisponda effettivamente un ‚ÄúGene‚ÄĚ.¬†Di fatto possiamo soltanto considerare il patrimonio genetico del DNA come una¬†energia di informazione descritta in un nastro che contiene un messaggio, a noi ignoto,in quanto sappiamo soltanto che l’informazione genetica si snoda sulla ripetizione¬†alquanto monotona di quattro soli tipi di basi azotate (Nucleotidi), ma il messaggio che¬†il nastro di supporto contiene e’ ancora ignoto e pertanto lontano dalle nostre¬†possibilit√† di controllo.(6)

In questa condizione di un sapere limitato dal un paradigma meccanico della scienza¬†e’ evidente che quando si modifica il DNA con le biotecnologie transgeniche,¬†essendo ancora privi da una base teorica coerente, una gran parte della gente¬†percepisce la condizione di rischio incontrollabile, cos√¨ che si oppone ai prodotti delle¬†biotecnologie non per semplice spirito di conservazione, ma proprio per un sentimento¬†di logica prudenza.(7)¬†Della necessit√† di approfondire le conoscenze tra l’Acqua e la Vita non limitate alle¬†concezioni della fisica meccanica classica o quantistica, se ne era accorto gia’ il Prof.Giorgio Piccardi (1885-1972), di cui i relatori sono stati studenti e collaboratori.(8)

Perseguendo le idee del Prof.Piccardi a piu riprese, con la collaborazione di Maria¬†Grazia Costa, ho tentato di impostare e diffondere una nuova dimensione cognitiva¬†per risolvere il problema generale delle relazioni tra Energia, Materia ed Informazione,¬†che correlano l’acqua alla vita, con modalit√† cognitive non piu’ condizionate dalle¬†concezioni concettualmente limitative del paradigma meccanico della scienza.(9)¬†Ancora oggi sto tentando di capire, ricercando un nuovo rapporto tra arte e scienza,¬†come la informazione espressa dal DNA non sia limitata alla copiatura della sequenza¬†di basi, ma che sia associata al funzionamento del DNA, come antenna di energia di¬†informazione, capace di regolare il processo di trascrizione della Informazione¬†genetica. (10), (11). Concludendo senza approfondire tale complessa tematica, le¬†difficolt√† che ho trovate nel trattare il problema della Relazioni tra l’Acqua e la Vita¬†vanno attribuite alla resistenza accademica verso chi tenta di condividere la necessit√†¬†di modificare idee preconcette e comunque obsolete, anche quando sono divenute¬†storicamente impraticabili; comunque il processo di cambiamento della conoscenze¬†limitate al paradigma meccanico della scienza e’ in atto; pertanto anche questa¬†conferenza potra’ essere un valido contributo alla ri-concettualizzazione della cultura¬†necessaria per ottenere un chiarimento della importanti relazioni che correlano l’acqua¬†alla vita, ancor prima che le riduttive logiche meccaniche della scienza, conducano¬†la vita ad un disastro proprio per ignoranza delle condizioni di sostenibilita’ della vita.

BIBLIO ON LINE
(1)-L’ Acqua e la Vita
(2)-Proprieta H2O
(3) –Cristalli di Acqua
(4)-Ricerca PRIN
(5)-DNA-BOND
(6)-descrittiva.it
(7)-OBA
(8)-descrittiva.it
(9)-itis-molinari.eu
(10)-wbabin.net
(11) –sciencegate.it

L’Acqua e la Vita
Conferenza Casciana Terme (PI) 15/05/10
Paolo Manzelli e Maria Grazia Costa , Laboratorio Ricerca Educativa Universita’ di Firenze.
psicolab.net

Immagine d’anteprima:¬†shutterstock.com