La straordinaria macchina umana

di Alberto Nigi – Osservare il funzionamento muscolare dal punto di vista biomeccanico e biochimico rappresenta una sfida aperta per gli studiosi.

Leonardo da Vinci s’immerse nello studio della meccanica muscolare al di là dei suoi primari interessi legati alla pittura.

Centocinquant’anni fa il fisico Herman Ludwig Ferdinand von Helmholtz (1821 – 1894) osservò che il muscolo non poteva funzionare secondo il ciclo di Carnot di una macchina termica.

Lazare-Nicolas Carnot (1753 – 1823) capì che una macchina, per quanto perfezionata, non aggiunge nulla alla forza motrice in quanto trasforma solamente lo sforzo in modo che sia più facile vincerlo.

Il rendimento di una macchina termica non potrebbe mai essere del 100%, anche in condizione di attriti nulli, perché una percentuale di energia termica passa dalla sorgente della macchina (caldaia) alla sorgente fredda (condensatore) di cui tende ad elevare la temperatura.

Il muscolo, invece, rappresenta un “caso particolare” nell’ambito della termologia in quanto entra in gioco l’ATP (adenosintrifosfato) che introduce meccanismi “entropici” nel funzionamento di organismi vivi e nel loro metabolismo cellulare.

Nel XIX secolo, Alexandr Alexandrovic Herzen (1839 – 1906) affermava che, paradossalmente, il muscolo in certe circostanze, può “raffreddarsi lavorando”, in contrasto con le leggi della termodinamica per cui, ad esempio, una macchina non può compiere un lavoro abbassando la temperatura. Ciò sembra contraddire la stessa termodinamica muscolare, ma in realtà l’azione “sintropica”, ovvero l’entropia negativa dell’ATP può essere tale da produrre movimenti ciclici che pur sviluppando lavoro abbassano la temperatura.

Secondo una visione sistemica della questione, sembra che la “macchina biologica”, l’essere vivente che mantiene costanti i valori di volume e temperatura, possa paragonarsi ad un sistema termodinamico obbligato ad ingerire alimenti per mantenere il livello richiesto di “energia libera” per la compensazione delle perdite energetiche ordinarie. La produzione di ordine, nel ridurre l’entropia, riduce la temperatura, con liberazione di energia sotto forma di calore da disperdere. Infatti la seconda legge della termodinamica enuncia che ogni sistema fisico tende al suo più basso livello di energia (entropia universale).

In meccanica, l’uso deteriora il mezzo che produce lavoro, ma una visione informatica del problema tenderebbe a dimostrare che i sotto-sistemi biologici funzionano al contrario, in modo “sintropico”, rallentando il progressivo passaggio dall’ordine al disordine e quindi producendo essi stessi ordine.

Secondo Helmholtz, se diminuisce l’ordine di un sistema, diminuisce anche la sua energia interna. Di qui la necessità dell’alimentazione per gli esseri viventi al fine di mantenere a livello costante la “energia libera” per compensare la perdita di ordine.

Si diceva che il bisogno di alimentarsi fosse dovuto alla necessità di acquisire materiali ed energie indispensabili ai processi vitali che riguardano fisiologia e motricità dell’organismo vivente. Tutto ciò veniva considerato in funzione del primo principio della termodinamica (conservazione dell’energia). Invece, grazie al secondo principio della termodinamica (entropia) riferito ai processi vitali degli organismi viventi, possiamo interpretare diversamente l’alimentazione e i comportamenti energetici di tali organismi.

La frase tratta dal “Mahabharata” sottolinea la misteriosa saggezza degli antichi forse già edotti sul principio scientifico dell’entropia. Il principio della vitalità e dell’ordine universale è rappresentato dal “BUSHI”, il “nobile guerriero”, il cui compito primario è “controllare il disordine”. Ci meraviglia notare che non esiste un “costruttore” diretto di tutto ciò, alla stregua di un assemblatore di congegni meccanici. Infatti, la vita biologica si presenta come la realizzazione di una programmazione a monte contenuta nel nucleo di una cellula (DNA).

Gli esseri umani sanno progettare e costruire materialmente una “macchina” che dovrà funzionare in base ad una guida. La macchina biologica, invece, non necessita di costruttori o guide: essa si costruisce, si regola e si guida da sé. Funziona come un sistema aperto che, interagendo con l’ambiente, attraverso uno scambio di energie e di materiali, funziona, cresce e addirittura si riproduce.

L’AUTORE

Alberto Nigi, classe 1947, docente di Lingua e Letteratura Italiana, è autore di numerose pubblicazioni nel campo della saggistica e della narrativa. Dal 2011 ha pubblicato romanzi thriller e racconti del mistero sotto lo pseudonimo anglosassone di Ralph Colemann.
http://ralphcolemann.altervista.org