La vita dipende dal gradiente
Rimanendo in tema di membrane, cerchiamo di esaminare un altro aspetto.
La vita è guidata da macromolecole (dna, proteine e lipidi) e ioni. Costruiscono le strutture della cellula e ne guidano le sue funzioni, atte alla sopravvivenza.
Tutto questo sistema di organizzazione è sostenuto da un semplice fenomeno chimico-fisico: il gradiente di concentrazione.
Senza di esso la cellula non avrebbe senso di esistere e nemmeno la vita stessa. Il gradiente è da sempre il nostro motore.
Consideriamo ora una membrana semipermeabile, vale a dire una struttura che fa passare selettivamente solo alcune molecole da una parte all’altra, e la inseriamo in un recipiente pieno d'acqua in modo tale da dividerlo a metà.
Nella metà sinistra inseriamo una certa concentrazione di uno ione, nella metà destra una certa concentrazione dello stesso ione ma minore rispetto alla metà sinistra.
Vedremo lo ione viaggiare dalla metà sinistra, zona a più alta concentrazione, alla metà destra, zona a più bassa concentrazione. Si dice che lo ione che va secondo gradiente di concentrazione. Lo ione rappresenta il cosiddetto soluto.
Poi a un certo punto le concentrazioni delle due metà diventano uguali e in questi casi il sistema è entrato in equilibrio.
La membrana dell'esempio può essere una di quelle presenti nella cellula sia quella citoplasmatica, che separa l'ambiente esterno dall'interno, sia quelle degli organelli.
Per semplicità consideriamo la prima.
La cellula ha anche sviluppato sistemi efficaci per far effettuare questo passaggio. Ha inventato sistemi di canali e trasportatori che permettono attraverso essi di passare attraverso la membrana. Molecole un pò più grandi, da sole, nonostante il gradiente favorevole, non riescono a passare e si avvalgono appunto di questi sistemi.
La cellula, inoltre, grazie ad una spesa di energia, ha dei sistemi che permettono alla molecola di andare contro gradiente di concentrazione, ovvero da zona a più bassa concentrazione a una più alta, quindi il contrario di prima.
La somma di tutti questi meccanismi permette alla cellula di mantenere un ambiente costante perché enzimi e processi avvengono efficacemente solo in determinate condizioni e concentrazioni ioniche.
La cellula, inoltre, ha tutto l'interesse di mantenere sempre questi gradienti perché se si raggiunge l'equilibrio tra le due parti, che la membrana separa, si verificherebbe un blocco di passaggio di materiale che sarebbe deleterio per la sopravvivenza della cellula. La cellula è in attività e produce anch'essa molecole che modificano il gradiente in ogni momento.
(Questo argomento è stato uno dei cardini del percorso di biologia che ho fatto. Sapeste quanto i prof hanno esaurito gli studenti della sua importanza. Me lo sono ritrovato tra i piedi spesso.)
L'importante è capire che un semplice fenomeno è il cardine della sopravvivenza della cellula e della vita, almeno di quella terrestre. Forse altrove non avranno tutti questi problemi. Ma è un processo diffuso…quindi?
(Peppe)
15 commenti
E' il concetto di entropia, vita e secondo principio della termodinamica, ovvero gli esseri viventi utilizzando energia utile mantengono ordine nel proprio sistema, impedendo all'entropia di crescere e di raggiungere l'equilibrio, che significherebbe la morte.
commento solo lo splendido articolo di Peppe: il gradiente di qualche cosa è nient'altro che una differenza o -meglio- una variazione. Non per niente in matematica si allaccia strettamente alla derivata...
E già, ha ragione SMA (che saluto).
La vita sembra contraddire l'indirizzo generale della natura, sostituendo l'ordine (in senso termodinamico-statistico) al disordine.
Il fatto che la vita possa essere decisamente poco probabile nell'Universo non potrebbe dipendere proprio da questo?
Se fosse un fenomento molto esteso l'entropia dell'Universo forse diminuirebbe anzichè aumentare .... che Universo sarebbe? Da quali leggi sarebbe governato?
Chissà, magari in uno di quelli appartenenti al nostro Multiverso sarà andata proprio così ....
Si, lo so Enzone, non dovrei dare per scontata l'esistenza di Universi "paralleli" ma .... soddisfa il mio gusto estetico-filosofico.
eh già. ma tutto sta sulla "intelligenza" (virgolette volute) della cellula a mantenere i livelli delle molecole e gli ioni per far funzionare il tutto.
Caro Alvy, la vita per autosostenersi mantiene ordine nel proprio sistema (che comprende anche il suo corpo) creando entropia da un'altra parte, ma l'entropia nel "sistema-Universo" cresce, se così non fosse sarebbe violato il secondo principio.
Anche se la vita fosse molto diffusa ciò non influenzerebbe minimamente l'entropia totale dell'Universo, al cui contributo concorrono principalmente i buchi neri.
Si certo SMA, è chiaro che il bilancio entropico del nostro Universo va in quella direzione, ci mancherebbe solo che non fosse così.
Io stavo fantasticando di altri Universi basati su altre ipotetiche leggi. Fai conto di un Universo dominato dai ... diavoletti di Maxwell!
Il nostro Universo potrebbe essere connesso ad un altro Universo con il quale potrebbe scambiare ... entropia (però, che idea!). In pratica, mentre il nostro Universo acquista disordine, l'altro acquisterebbe ordine e, per gli abitanti di quel cosmo, potrebbero valere regole opposte alle nostre e sarebbe inconcepibile un Universo votato all'omologazione.
A noi appare logico che l'Universo (dico, qualunque Universo) debba funzionare come il nostro ma ... potremmo avere una visione parziale delle cose; siamo portati a pensare che un Universo sia un sistema chiuso ed isolato, ma è proprio così? Il fatto è che non possiamo dirlo.
Anni fa lessi un ottimo racconto di fantascienza del grande Asimov, intitolato "Neanche gli Dei". Beh, pare accadesse qualcosa del genere tra il nostro mondo ed un mondo alieno. Non dimentichiamo che Asimov era uno scienziato e, anche da scrittore di fantascienza, era piuttosoto attento a non scrivere cose razionalmente insostenibili.
Un esercito di diavoletti di Maxwell schierato al confine tra i due mondi!
Caro Alvy... sai che casino nei taccuini dei diavoletti!
In pratica quello che hai ipotizzato tu è un multiverso di Boltzmann, ma se i due universi fossero a contatto non funzionerebbe
Mi risulta anche difficile immaginare un universo che procede dal disordine all'ordine... questo si porterebbe dietro dei problemi legati alla freccia del tempo... possiamo benissimo immaginare una razza aliena basata su una chimica diversa, ma possiamo ipotizzare un alieno che ricorda il domani e cerca di predire il passato?
Questo è un tema davvero interessante. La freccia del tempo ...
Noi umani la indirizziamo dal presente al futuro, dall'ordine al disordine.
Il nostro modo di concepire il passato ed il futuro è però strettamente legato alle caratteristiche del nostro mondo.
Basterebbe un Universo nel quale siano possibili velocità iperluminali (in fondo, nulla di troppo complicato...) per far ... impazzire la freccia.
Si può sempre immaginare un Universo così strano come un piccolo (in termini relativi) sistema posto all'interno di un sistema molto più grande. Esistono, qui da noi, fenomeni che violano diversi principi? Direi di si ma ... la violazione è solo locale! E se ci si trovasse in un Universo che fosse un piccolo sottosistema di un complesso più grande? Perchè non dovrebbe funzionare? Gli abitanti sperimenterebbero solo quella realtà e ragionerebbero di conseguenza! Non sarebbe nemmeno necessaria una durata illimitata di un tale strano mondo: tanto quanto la durata di una specie intellettualmente evoluta.
Alvy... se ci sente Enzo parlare di multiversi ci spiezza in due...
Tranquillo SMA,
il fatto che non ci abbia ancora ... silurato dimostra che, per il momento, ci ritiene innocui ......
Quando si alzerà il livello di guardia userà il randello!
non passo a vie di fatto perché sembra (dico sembra) che sabato Barbara possa tornare a casa, andando a fare fisioterapia in ambulatorio... Siamo contenti da un lato e un po' spaventati dall'altro... Saremo in grado di gestirla?
meno male che il medico di famiglia (un nostro lettore...) è anche un carissimo amico!!! (ed è bravissimo, soprattutto...).
Questa settimana sarà molto movimentata e impegnata (ripassatevi la relatività...) e non viaggiate troppo nei multiversi se no papallino vi sbatte in faccia un altro esercizio terribile!!!!!
Visto SMA?
commento mattutino...
l'universo è un fiume che scorre verso la foce. Tuttavia, è pieno di sassi e spesso e volentieri si originano mulinelli, dove l'acqua torna momentaneamente indietro. Più sassi ci sono e più mulinelli ci sono. Quando la pianura prende il sopravvento i mulinelli diminuiscono...
Faccio fatica a pensare a un fiume che torna indietro... Tutta la fisica sarebbe diversa e ... dove sono le prove? Le ipotesi scientifiche hanno senso solo se esistono prove, se no è filosofia... Tutto si può immaginare, ma non è più Scienza...
E chi ci dice che l'inizio non fosse ordine?
Attenzione Alvy che sto mettendo a punto il trasferimento molecolare di oggetti solidi come i bastoni molto nodosi!!!! Appaiono dal niente, sono fatti -ovviamente- di materia oscura, non si vedono, ma ... si SENTONO!!!
Ohi ohi ohi