Acqua e Vita, un legame ancora da svelare

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acqua

Ancora oggi stiamo tentando di capire come l’informazione espressa dal Dna non sia limitata alla copiatura della sequenza di basi, ma che sia associata ad un funzionamento del Dna, come antenna di energia di informazione, capace di regolare il processo di trascrizione della Informazione genetica

Lo studio dell’acqua è uno dei più affascinanti forse perché l’acqua è tuttora di natura evasiva e sfuggente e quindi parzialmente sconosciuta. In un campo al limite della conoscenza rientrano la così detta «energizzazione» del liquido, che può essere naturale o indotta per «attivazione»; ma attualmente abbondano anche le ricerche sull’acqua «in-forma-ta» e conseguentemente sulla «memoria dell’acqua». Si dice comunemente che «non c’è vita senza acqua», almeno la vita nella sua normale accezione.

Per comprendere tutto questo è importante notare che le molecole d’acqua, composte com’è noto da idrogeno ed ossigeno, si comportano in modo eccezionale e differente da tante altre di simili dimensioni. L’acqua liquida ha una tensione superficiale insolitamente elevata. Si dice che la sua superficie si forma una sorta di «pelle», nella quale le molecole si addensano fra loro e che la rendono molto resistente.

L’acqua in contatto con un materiale poroso vince anche la forza di gravità ed esercita una notevole azione capillare, come ad esempio nel risalire dentro le piante. L’acqua è il solvente per eccellenza, infatti solubilizza moltissime sostanze, perfino rocce ed alcuni metalli. Il ghiaccio ha un volume maggiore rispetto a quello del liquido, quindi è meno denso e galleggia sull’acqua, permettendo ad esempio la sopravvivenza degli esseri acquatici nei bacini idrici freddi.

L’acqua ha una notevole capacità di immagazzinare e trasportare calore; infatti se scaldata bolle soltanto al raggiungimento di 100°C, vincendo l’attrazione reciproca delle molecole che si staccano e vanno in vapore. Per questa elevata capacità termica gli oceani primordiali arrivarono ad una temperatura sufficientemente alta a permettere la nascita della vita.

Altro fatto importante è che la molecola dell’acqua è capace di scindersi parzialmente in due ioni H+ e OH- che generano acidi e basi. Tutte queste proprietà sono decisive perché l’acqua possa svolgere il suo ruolo essenziale per lo sviluppo della vita; malgrado ciò il comportamento di questo liquido anche nella sua relazione con la vita non è facilmente compreso ed è ancora oggi oggetto di studio e di dibattito. Le straordinarie proprietà dell’acqua in gran misura dipendono dal «Legame a Ponte di Idrogeno» («LI») che aggrega le molecole di acqua liquida in un «sistema semi-cristallino». Infatti «LI» genera una forma di interazione intermolecolare che è fortemente direzionale e strutturante, così che quando l’acqua liquida diventa ghiaccio si formano strutture altamente simmetriche, che nel liquido si preformano e si decompongono in un andamento dinamico che varia, ad esempio, con la temperatura e la pressione.

Il «Legame a Ponte di Idrogeno» tra le Molecole di acqua, è 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 è tentata una spiegazione attribuendo la forza direzionale del «LI» alla risonanza di interazione tra i dipoli indotti, ma tale spiegazione non è generalizzabile e non spiega a sufficienza la forza e la direzionalità in tutte le forme di «LI», 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 «Legami a Ponte di Idrogeno» mediamente tra 4-120 kJ mol-1 non trova una evidente spiegazione con la struttura elettronica delle molecole coinvolte.

La mancanza di una generale comprensione dei fattori che determinano le proprietà dei vari «LI» è sostanzialmente conseguenza della difficoltà di trattare la interazione tra nuclei ed elettroni. Infatti avendo l’Idrogeno un solo elettrone è possibile che il suo nucleo (Protone) resti parzialmente scoperto dalla nuvola elettronica molecolare e pertanto la forza strutturante del «LI» andrebbe trattata considerando le diverse «Affinità Protoniche» degli atomi e non solo le interazioni tra elettroni delle molecole. Ma ciò è estremamente complesso, così che la scienza tradizionalmente persegue la cosiddetta 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 «LI» nell’acqua, ma anche di comprendere come il «LI» agisca nella costruzione intra-molecolare di forme funzionali dei biosistemi, primo fra tutti il Dna. Il Dna vive in soluzione acquosa proprio perché i «Legami a ponte di Idrogeno» che si formano tra le basi azotate del Dna, vengono solubilizzati e ricostruiti dinamicamente dall’acqua; pertanto tramite la reazione di idrolisi dell’acqua nella riproduzione del Dna, si inizia a capire lo stretto rapporto che esiste tra l’Acqua e la Vita.

Il Dna, la molecola che registra la informazione genetica della vita, infatti è composta da una doppia elica anti-parallela dovuta alla capacità di organizzazione specificamente direzionale dei «LI». Il fatto che si sospetti che i «LI» 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 «energia di informazione» memorizzata come Informazione Genetica nelle sequenze di basi nel Dna. Infatti la Informazione genetica è contenuta nel Dna così che può essere copiata ed espressa, ma di fatto attualmente conosciamo solo la forma del contenitore della energia di informazione, e cioè non conosciamo la sostanza del contenuto di informazione che prende forma e viene ricostruito dinamicamente all’interno della sequenze di basi durante la costruzione e ricostruzione dinamica di «LI» intra-molecolari del Dna.

Etimologicamente «informare significa prendere forma», pertanto la informazione non si esaurisce nella osservazione della forma perché non svela necessariamente il contenuto dell’informazione. Ad esempio la informazione in un computer è memorizzata in forma di combinazioni di sequenze binarie di onde elettromagnetiche per cui la unità fondamentale della informazione computerizzata è il «Bit»; 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 codificata venga coinvolta nella strutturazione dinamica dei «LI» durante la interazione acqua/Dna, allora purtroppo come conseguenza non possiamo definire a cosa corrisponda effettivamente un «Gene» se non da correlazioni statistiche. Di fatto possiamo soltanto considerare il patrimonio genetico del Dna come una energia di informazione descritta in un nastro che contiene un messaggio, che rimane 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 è di fatto ancora ignoto e pertanto lontano dalle nostre possibilità di controllo. In questa condizione di un sapere limitato da un paradigma meccanicistico della scienza è 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 con evidenza la condizione di rischio incontrollabile, così che si oppone ai prodotti delle biotecnologie non per semplice spirito di contraddizione, ma proprio per un sentimento di logica prudenza.
Della necessità di approfondire le conoscenze tra l’Acqua e la Vita non più limitate alle concezioni della fisica meccanica classica o quantistica, si era già accorto il prof. Giorgio Piccardi (1895-1972), di cui gli autori sono stati studenti e collaboratori. Perseguendo le idee del prof. Piccardi a più riprese abbiamo 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 modalità cognitive non più condizionate dalle concezioni concettualmente limitative del paradigma meccanico della scienza.
Ancora oggi stiamo tentando di capire come l’informazione espressa dal Dna non sia limitata alla copiatura della sequenza di basi, ma che sia associata ad un funzionamento del Dna, come antenna di energia di informazione, capace di regolare il processo di trascrizione della Informazione genetica.

Concludendo, senza approfondire tale complessa tematica, le difficoltà che abbiamo trovato nel trattare il problema delle relazioni tra l’Acqua e la Vita, vanno attribuite principalmente alla resistenza accademica verso chi tenta di condividere la necessità 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 è in atto; pertanto anche questo libro potrà costituire una base per un valido contributo alle idee innovative sulla cultura dell’acqua.