Una rivoluzione silenziosa:

Nel 2007, un articolo scientifico ha rivoluzionato la comprensione dei processi biologici, rivelando l’incredibile ruolo della meccanica quantistica nei sistemi viventi. La ricerca di Engel e colleghi (1) ha dimostrato che la fotosintesi clorofilliana raggiunge la sua straordinaria efficienza proprio grazie ai principi quantistici.

In particolare nei meccanismi della fotosintesi, gli elettroni sfruttano il principio di sovrapposizione, permettendo loro di:

– Esistere simultaneamente in più punti

– Selezionare istantaneamente il percorso energeticamente più efficiente

– Trasformare la luce solare in ossigeno e nutrienti con un’efficacia sorprendente

Esploriamo brevemente insieme i principi fondamentali della meccanica quantistica, per comprendere come questi meccanismi si manifestino nei sistemi biologici.

I concetti della fisica quantistica sfidano persino i fisici che li hanno sviluppati, rivelando un universo subatomico che si comporta in modo sorprendentemente diverso dalle nostre aspettative classiche. Questa nuova comprensione della materia ha rivelato proprietà estremamente controintuitive che mettono in discussione la nostra percezione della realtà fisica.

Le proprietà quantistiche più affascinanti includono:

1. La sovrapposizione quantistica, per cui un elettrone può esistere simultaneamente in più posizioni, sfidando la logica della fisica classica.

2. L’effetto tunnel quantistico, che permette alle particelle di attraversare barriere energetiche teoricamente invalicabili, quasi come se potessero “oltrepassare i muri”. Questo fenomeno sovverte completamente la nostra comprensione classica delle interazioni energetiche.

3. L’entanglement quantistico, un legame misterioso che consente a particelle separate da enormi distanze di rimanere istantaneamente connesse, comunicando istantaneamente trascendendo lo spazio-tempo.

Questi postulati descrivono un universo intrinsecamente probabilistico, fluido e interconnesso, dove la realtà è molto più complessa di quanto appaia.

Fin dagli anni ’20, scienziati pionieristici come Niels Bohr ed Erwin Schrödinger, e successivamente Frohlich (2–4), hanno iniziato a esplorare le implicazioni di questi fenomeni quantistici per la comprensione dei sistemi biologici. Bohr ha dedicato diverse conferenze alla natura quantistica della vita, aprendo nuove prospettive sulla connessione tra fisica atomica e biologia.

Per molto tempo, la comunità scientifica ha ritenuto che l’ambiente cellulare – caldo, umido e dinamico – fosse incompatibile con i delicati meccanismi quantistici, che erano stati sempre osservanti in condizioni estreme di vuoto e temperature prossime allo zero assoluto, rendendo difficile immaginare questi processi nelle strutture biologiche.

Con il loro lavoro, Engel e i suoi colleghi hanno definitivamente confutato questa convinzione, aprendo la strada a successive ricerche che hanno dimostrato come certi enzimi (proteine indispensabili alla vita) riescano a far avvenire le reazioni chimiche necessarie alla cellula grazie al principio di tunneling quantistico, e come la capacità di orientamento degli uccelli migratori sia correlata alla proprietà dell’entanglement. Infatti nella retina di questi animali alcuni elettroni possono “agganciare” il campo magnetico terrestre seguendolo fino a destinazione.

Queste scoperte in breve hanno rivoluzionato la biologia e hanno riportato in auge lavori e teorie pubblicati negli anni ’90 del novecento che indagavano persino la natura della coscienza umana, considerandola come un processo quantistico.

Di questo e di altro parleremo nei successivi articoli incentrati su questa nuova branca della fisica quantistica (5,6), entrando più nello specifico nella descrizione di questi fenomeni.

Per un primo approfondimento consiglio la seguente bibliografia:

1.           Engel GS, Calhoun TR, Read EL, Ahn TK, Mančal T, Cheng YC, et al. Evidence for wavelike energy transfer through quantum coherence in photosynthetic systems. Nature. 2007;446(7137):782–6.

2.           Bohr N. I QUANTI E LA VITA UNITA’ DELLA NATURA. UNITA’ DELLA CONOSCENZA. Boringhieri B, curatore. Hoepli; 2012.

3.           Schrodinger E. What is Life? With Mind and Matter and Autobiographical Sketches. Cambridge: Cambridge University Press, curatore. 1992.

4.           Frohlich H. Long-Range Coherence and Energy Storage in Biological Systems. 1968;11:641–9.

5.           Ball P. Physics of life: The dawn of quantum biology. Nature. 2011;474(7351):272–4.

6.           Calvillo L, Redaelli V, Ludwig N, Qaswal AB, Ghidoni A, Faini A, et al. Quantum Biology Research Meets Pathophysiology and Therapeutic Mechanisms: A Biomedical Perspective. Quantum Rep. 4 aprile 2022;4(2):148–72.