La sinfonia elettrica dei nostri neuroni

Ancora una volta, questa puntata del blog sarà pubblicata mentre porto lo spettacolo "What is life?" in giro per l'Europa, questa volta ad Anversa. E' tutto molto singolare per me, anche perché la storia di questo spettacolo è, per buona parte, una storia tratta dal mio vissuto, dalle sensazioni che ho provato mentre studiavo e finivo sempre per interessarmi di fisica applicata alla biologia. A questo proposito, in questo mese mi sono imbattuto in una splendida iniziativa della rivista "Frontiers", in cui per puro caso si parlava di un argomento che tratto anche nel mio spettacolo. Cerco però di andare con ordine, se ci riesco, partendo dall'iniziativa di Frontiers. Si chiama "Frontiers for young minds" ed è un sito dedicato alle frontiere della scienza: l'idea è quella di porre domande a esperti/e di un particolare settore della scienza, chiedendo di spiegare una propria scoperta o il senso delle proprie ricerche. L'articolo è poi sottoposto all'esame di una "young mind", una mente giovane che è normalmente associata ad una persona più esperta, un mentore. I due leggono l'articolo e cercano di semplificarlo in modo da renderlo comprensibile anche ad un pubblico di non esperti in materia, mantenendo però il rigore scientifico del pezzo. Si tratta davvero di un'iniziativa molto bella, ma sarebbe sbagliato pensare che gli articoli siano scritti per bambini: in realtà sono scritti per giovani menti curiose. E' per questo che mi fa piacere parlarne qui sul blog, nella speranza che chi mi legge possa sottoporlo alle giovani menti curiose che conosce. Tra queste ci saranno sicuramente gli scienziati e le scienziate del futuro.

What is life?

What is life? È il titolo del famoso libro di Erwin Schrödinger, di cui ho già parlato l’anno scorso perché è stato di ispirazione per uno spettacolo di TeatroScienza, scritto da me e dall’attrice-drammaturga Maura Pettorruso, con la direzione di Andrea Brunello per la compagnia Arditodesìo. E in questo mese non potevo esimermi dal parlare di questo spettacolo anche nel mio blog, perché sono in piena tournée teatrale internazionale (chi l’avrebbe mai detto?), tra la prima dello spettacolo in lingua inglese che si è tenuta presso il Teatro Toplocentrala di Sofia e la seconda messa in scena prevista a Belgrado il giorno dopo la pubblicazione di questo post. Si tratta però di una domanda che ci siamo posti un po’ tutti in qualche momento della vita ed è proprio per questo che lo spettacolo sembra funzionare anche in una lingua diversa da quella di partenza, nonostante le nostre pronunce certamente poco British e neanche troppo American, ma decisamente molto Italian. Come dico nello spettacolo, su questa domanda mi sono arrovellato fin da bambino: un po’ per semplice curiosità, un po’ perché desideravo intensamente immaginare che esistesse la vita su altri pianeti e che si potessero esplorare. E ci spero ancora, eh? Proprio in questo mese però mi sono imbattuto per puro caso in un’intervista a due scienziati israeliani Nir Ben-Tal e Amit Kessel, autori di un curioso libro “From molecules to cells: The Origins of Life on Earth” dedicato all’abiogenesi, ovvero all’origine della vita come processo naturale in cui questa emerge da materia non vivente, come semplici composti organici.

Giro, girotondo...

Come dimostra il mio google-coso qui accanto, sono tornato un po’ a girare per il mondo, uno degli aspetti più appaganti di questo lavoro in cui si decide “autonomamente” di continuare a studiare per tutta la vita, con l’idea di trasmettere ad altri e ad altre la stessa passione per lo studio e la stessa curiosità per il mondo. E proprio di questi miei viaggi ho deciso di parlare in questo post di ottobre, perché il mese appena trascorso è stato decisamente denso di spostamenti, la maggior parte per lavoro con un intermezzo di un weekend a Roma, un regalo che ho deciso di concedermi per ricaricarmi prima della partenza del semestre di fuoco, con il 90% del mio carico didattico concentrato tra settembre e dicembre e tantissime cose da sistemare. Avevo già parlato nell’ultimo post del ritorno in insolita collocazione post-pandemia del famoso workshop di Bressanone, giunto ormai alla settima edizione. Subito dopo ho partecipato, per la mia prima volta, al Congresso Annuale della Società di Biofisica Pura ed Applicata (SIBPA) che si è tenuto nella suggestiva San Miniato, in provincia di Pisa. Non sono socio della SIBPA da molto tempo (dal 2019): sono invece socio della Biophysical Society americana da molto più tempo, dal 2001. Il motivo per cui sono diventato prima socio della lontana Biophysical Society e poi della vicinissima SIBPA è indicativa dello stato della biofisica nei dipartimenti di fisica italiani.

I dati sperimentali parlano più forte dei modelli

Si tratta del titolo del mio contributo a due conferenze: nel momento in cui sarà pubblicato questo post, sarò esattamente in viaggio per la seconda, mentre la prima si è appena conclusa nella sempre splendida cornice di Bressanone (in fotografia). Il titolo in inglese in realtà è "Molecular Dynamics Simulations: experimental data speak louder than models" e l'ho scelto perché credo che descriva molto fedelmente la mia attività di ricerca, al momento... e forse anche finora, dato che ho sempre avuto una grande sensibilità per i dati sperimentali. Nelle mie presentazioni alle conferenze non ne parlo, ma in realtà ripensando al mio percorso di studi prima e dopo la laurea questa attenzione, o meglio curiosità, per il dato sperimentale ha sicuramente guidato le mie scelte verso la fisica applicata alla biologia. Sarà che entrando nel mio 50esimo anno di vita comincio a fare bilanci... comunque ho studiato in un dipartimento di fisica in cui la fisica delle particelle elementari era sicuramente l'attività principale e in un decennio (gli anni '90) in cui c'era una forte convinzione che gli studenti bravi fossero i teorici, con una contrapposizione netta tra teorici e sperimentali. Beninteso, a me la fisica teorica piaceva molto e in fisica sperimentale ero abbastanza una frana: mi piaceva analizzare i dati e scrivevo delle buone relazioni di laboratorio, ma con gli apparati sperimentali facevo più o meno gli stessi disastri che faccio in cucina sfidando spesso le leggi della fisica più elementari: ricordo ancora l'esperimento di Joule, in cui il risultato atteso per il rapporto tra calorie e joule era 4,186 ma le mie misure davano un incoraggiante 7,2 +/- 0,5...  roba che fusione fredda, levati proprio!

M'illumino d'immenso

“L’intero universo delle proteine”, “Abbiamo determinato la struttura di tutte le proteine”, “Niente sarà più come prima” e altri titoloni del genere hanno illuminato d’immenso la rete, rimbalzando da un profilo social all’altro, almeno nella bolla dei miei contatti. Purtroppo, non è stato lo stesso nel mondo dei media tradizionali: giornali (se non quelli specialistici) e televisioni erano troppo impegnati a seguire i valzer della campagna elettorale che sta rallegrando o intristendo queste calde giornate estive, secondo i punti di vista. Nel mio caso, mi spinge a spegnere tutto e uscire di casa. Il clamore social però si riferisce ad un nuovo gigantesco passo compiuto dall’intelligenza artificiale e in particolare dall’ormai noto AlphaFold di DeepMind: ha predetto la struttura di circa 200 milioni di proteine. 200 milioni: una cifra non è però indicativa se non è accompagnata da un confronto. E, per confronto, possiamo prendere il Protein Data Base che contiene, al momento, circa 200mila strutture determinate e risolte con metodi sperimentali, ovvero l’uno per mille delle strutture predette da DeepMind. In altre parole, vuol dire che i gingilli con cui ci siamo divertiti finora nelle nostre simulazioni al computer vanno ora moltiplicati per mille: si tratta davvero di esplorare l’intero universo attraverso un balzo in quello che qualche anno fa sarebbe stato considerato l’iperspazio. E per un bambino degli anni ’70 il salto nell’iperspazio si fa a bordo del Millennium Falcon, quindi userò i personaggi di Guerre Stellari per esprimere i miei punti di vista in proposito.

Il concerto dei Nuclear Pore Complexes

Con l’estate è un po’ esplosa la voglia di concerti all’aperto, comprensibilmente dati i due anni di pandemia. Mi è sembrato quindi opportuno prendere spunto dai concerti per descrivere un articolo che è recentemente apparso sulla prestigiosa rivista Science. Il concerto in questione è quello dei Nuclear Pore Complexes, ma non si tratta di un nuovo gruppo musicale a cavallo tra il rock e il progressive funk: si tratta invece di un complesso formato da circa 1000 proteine e con un peso molecolare di 120 milioni di Dalton (il Dalton corrisponde a un dodicesimo dell’atomo di Carbonio, quindi stiamo parlando dell'equivalente di 10 milioni di atomi di carbonio). Dal punto di vista della biofisica computazionale è quindi un oggetto mostruoso. Dal punto di vista biologico si tratta di una struttura molto importante: il complesso di queste proteine costituisce un foro sulla membrana che avvolge il nucleo della cellula e permette quindi il trasporto di materiale tra il nucleo e il citoplasma delle cellule eucariotiche (le nostre, per intenderci). 

Fisica della vita

"Physics of life" è il titolo di un lunghissimo e dettagliato documento redatto dalle Accademie Nazionali di Scienza, Ingegneria e Medicina degli Stati Uniti. Si tratta di un rapporto decennale appena pubblicato e tenta di raccontare una parte della fisica che ormai ha conquistato uno spazio che troppo spesso non è ben rappresentato nei nostri corsi di laurea. O almeno potrebbe essere meglio rappresentato. Si tratta appunto della fisica della vita, che però ormai ha diversi nomi, che includono la "Fisica Biologica" e la "Biofisica". La distinzione sui termini in realtà è solo semantica e, in effetti, si dovrebbe parlare proprio di "Fisica della vita" o della materia animata, se non fosse che invocare l'anima porta immediatamente a fare i conti con concetti religiosi che sono ben lontani dai campi di interesse e di indagine del metodo scientifico. Si tratta però di tracciare una mappa concettuale di argomenti che ormai sono diventati molto importanti anche per la nostra vita quotidiana: basta nominare l'epidemia di Covid-19, ma è davvero solo un esempio. Perché farlo? Non certo per tracciare confini che esistono soltanto nella mente di qualche burocrate ministeriale (siamo l'unico Paese che ha sviluppato un sistema di abilitazioni scientifiche divise su centinaia di settori e microsettori e che mette palette e regole sugli insegnamenti che costringono a slalom vertiginosi), ma per capire almeno di cosa si tratta, di cosa possiamo aspettarci nel prossimo futuro e di come fare per accelerare o, almeno, assecondare questi processi che sono comunque in corso. E' un rapporto di 315 pagine e non pretenderò di farne un riassunto in questa puntata, però mi piacerebbe prendere qualche spunto di riflessione, ripromettendomi di discutere tutte le implicazioni nei prossimi anni (è un rapporto decennale, c'è tempo).