Codice genetico e codice cosmico

Aperto da Alberto Knox, 08 Aprile 2022, 23:32:06 PM

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Alberto Knox

Sì, anche il cosmo è scritto in codice, sono le leggi naturali ad essere scritte in codice , compito dei fisici è decifrare quei codici. Ma prima di passare al cosmo voglio che il lettore abbia le idee chiare per quanto riguarda il genoma degli esseri viventi. Come saprete il dna è una molecola a doppia elica che può essere  vista come una scala a pioli che si attorglia in modo elicoidale. I pioli di questa scala sono le basi nucleotidiche , o più semplicemente basi. le basi sono quattro A, G, C e T si può pensare a queste basi come ad un alfabeto a 4 lettere; con una precisa sequenza di lettere si può comporre un determinato messaggio. un gene è semplicemente una lunga catena di coppie di basi, o lettere, che contengono una parte del messaggio complessivo dell organismo . L'insieme complessivo di queste parti di messaggi si chiama genoma, nel nostro caso "genoma umano" . un gene quindi è una particolare struttura materiale presente nello spazio tridimensionale , ma è anche un istruzione per fare qualcosa. Il Dna contiene tutta l'informazione necessaria per la costruzione e il funzionamento dell organismo a cui appartiene (per questo è stato possibile clonare la pecora dolly)  Il segreto della vita sta in questa duplice funzione dei componenti biologici , possono essere tanto ardware ( strutture tridimensionali ben determinate) quanto software.  Come fa il Dna a conservare e trasmettere l'informazione genetica? Quando il Dna si replica , nel duplicato che si forma è incorporata una sequenza identica di lettere (le basi nucletidiche di cui i geni sono una catena di coppie di basi che contengono una parte del messaggio complessivo) . Spero che cominciate a intuire il perchhè parlo di software e hardware ora. L'efficenza di questo meccanismo ingenioso è dimostrata dal fatto che il Dna, nella sua struttura di base, è sopravvissuto per oltre tre miliardi di anni!
Noli foras ire , in teipsum redi, in interiore homine habitat veritas.

Alberto Knox

Ora viene la parte difficile , ma anche se non sarà chiaro ad una prima lettura e non indispensabile per comprendere il resto del topic  , trovo che il meccanismo sia abbastanza affascianante da meritare di venire descritto :
Tutte le parti degli organi sono descritte nel Dna , la vita ha trovato un' elegante soluzione per comunicare l'esatta sequenza per fabbricare l'organismo.
La difficoltà più evidente da capire è l'aritmetica del trasferimento di informazioni: i dati necessari per costruire le proteine sono registrati nel dna mediante l'alfabeto a 4 lettere , le proteine però sono formate da 20 aminoacidi diversi. il 20 ovviamente non sta nel 4. Come fanno allora a comunicare?
raggruppando le basi a tre a tre, in triplette. le quattro basi si dispongono in 64 diverse combinazioni di tre ciascuna, e il 20 sta nel 64,anzi, resta spazio per qualche ripetizione e per la punteggiatura. la sequenza dei pioli nella scala del dna determina quindi, letta a tre a tre , l'esatta sequenza degli amminoacidi nelle proteine di cui quel dna contiene le istruzioni.
tradurre le 64 triplette nei 20 amminoacidi significa assegnare a ogni tripletta (detta codone) un amminoacido corrispondente. L'insieme delle corrispondenze prende il nome di "codice genetico". Come in tutte le traduzioni , deve esserci qualcuno o qualcosa che sia bilingue, in questo caso per convertire le istruzioni in codice , scritte nella lingua degli acidi nucleici (le basi nuclotidiche), in un prodotto scritto nella lingua degli amminoacidi. Questo lavoro di traduzione si svolge nel momento  in cui gli amminoacidi appropiati si legano alle rispettive molecole di trna (molecola di rna di trasporto) prima dell'assemblaggio della proteina grazie al lavoro dei ribosomi. Questo legame per mezzo di un gruppo di abili enzimi che riconosco tanto la sequenza di rna quanto i diversi amminoacidi e li accoppiano secondo le indicazioni.
Le istruzioni sono eseguite correttamente perchè solo la molecola di tRNA che contiene il giusto amminoacido, grazie alla sua forma e alle sue propietà chimiche, riconosce il tratto di mRNA esposto e vi si lega. Le altre molecole di tRNA che portano amminoacidi "sbagliati" non si possono adattare a quel sito di legame. Dopo aver indotto il giusto trna ad ancorarsi alla catena di montaggio il successivo compito del ribosoma è persuadere l'amminoacido appena arrivato ad attaccarsi all'estremità della catena proteica in formazione. La catena è in attesa nel ribosoma e penzola all'etremità della precedente molecola di trna. Giunti a questo punto, tale molecola si stacca e lascia il ribosoma. cedendo l'intera catena al nuovo tRna ; qui la proteina si lega al nuovo amminoacido. la catena dunque cresce per l'aggiunta di amminoacidi alla testa e non alla coda.
Quando la sintesi è completa, il ribosoma riceve un segnale di stop dal nastro di mRna e la catena viene tagliata e si libera . la proteina a questo punto è montata ma non è ancora nella sua forma definitiva.  Tutta questa straordinaria sequenza di eventi si ripete in migliaia di ribosoma dispersi in tutta la cellula, che producono decine di migliaia di proteine diverse. La vita è complessità informata, cioè , diretta geneticamente. Una galassia no.
Noli foras ire , in teipsum redi, in interiore homine habitat veritas.

iano

#2
Che il cosmo sia scritto in codice ce lo dice Galilei, ma secondo me ciò equivale a dire che i bulloni sono scritti in chiave inglese.
Descrivere la natura materiale in termini di caratteri geometrici non è difficile perchè entrambi possiedono simmetria.
Ma la vita no, e ciò è significativo, in senso letterale.
Una asimmetria possiede un potenziale significato, ma non configura  uno stato di minima energia, bensì uno stato che và mantenuto alimentandolo.
Mantenere stati asimmetrici significa differenziare le forme all'infinito, e la differenziazione è ciò che caratterizza la vita, diversamente dalle galassie, che si possono caratterizzare in pochi tipi, asseconda delle loro simmetrie.
Infine, il concetto di complessità mi sembra tendenzioso.
Come la si può misurare?
Eienstein: ''Dio non gioca a dadi''
Bohr: '' Non sei tu Albert, a dover dire a Dio cosa deve fare''
Iano: ''Perchè mai Dio dovrebbe essere interessato ai nostri giochi?''

viator

Salve iano. Citandoti : "Infine, il concetto di complessità mi sembra tendenzioso.
Come la si può misurare?".

Tutti i concetti, essendo creazione umana, non possono che tendere a qualcosa.
Come minimo, a dei significati. Mancando la tendenziosità, nessuno potrebbe capirli.
Solo i concetti espressi dall'amico bobmax non sono tendenziosi : essere, esserci, amore, Dio, verità, nulla,....................

Per quanto riguarda la misurazione della complessità........scusami ma, io che sono un'anima semplice e sintetica, ti propongo :

Tanto è maggiore il numero di cause diverse contenuto da un certo ambito, tanto più tale ambito sarà da considerare complesso.
Infatti, nel caso in cui l'ambito che vogliamo esaminare contenga una sola causa (la "causa prima" o il Dio prima della "creazione" del mondo)......esso sarà il più semplice degli ambiti possibili.

Fossi in te, sceglierei l'ambito e comincerei a contare. Saluti.


Esiste una sola certezza : non esiste alcuna certezza.

Alberto Knox

Citazione di: iano il 09 Aprile 2022, 17:41:15 PMChe il cosmo sia scritto in codice ce lo dice Galilei, ma secondo me ciò equivale a dire che i bulloni sono scritti in chiave inglese.
Non credo che una chiave inglese possa descrivere un bullone, o viceversa, non si può usare un bullone per descrivere una chiave inglese. ( o forse un pò sì ma..) . Diversamente, però, una legge fisica può descrivere un processo fisico e un processo fisico può svelare una legge fisica. Però non è così facile e intuitivo. Chiunque vede , per esempio che le mele cadono, ma la legge di gravità di Newton richiede una misurazione particolare e sistematica prima di manifestarsi. Più importante ancora è il fatto che richiede come contesto delle misurazioni una cornice teorica astratta, ovviamente di natura matematica. I dati immediati colti dai nostri sensi nel vedere le mele che cadono non sono direttamente intelligibili così come si presentano. Collegarli, immetterli in una struttura di comprensione , richide un passo intermedio che si chiama teoria . Il fatto che una tale teoria sia sottile e di carattere matematico si può esprimere , in modo suggestivo, dicendo che le leggi naturali sono in codice. Il compito dello scienziato quindi, è di decifrare il codice cosmico.
Noli foras ire , in teipsum redi, in interiore homine habitat veritas.

Alberto Knox

fino adesso ho sentito parlare solo di leggi, come se le leggi fossero ciò che governa e struttura il mondo. In realtà , non sono le leggi a dare la forma alle cose. Infatti se non ci fossero le forze l'universo sarebbe un ammasso informe , senza struttura. Sono le forze nucleari a permettere l'esistenza dei nuclei atomici e quindi degli atomi stessi. Quelle elettriche a legare gli elettroni ai nuclei atomici e anche a legare fra loro atomi diversi. Permettondo così alla materia di aggregarsi sotto forma di liquidi, solidi, cellule, tessuti. Quelle gravitazionali ad accendere le stelle e a tenere insieme le galassie e ammassi di galassie. Le forze però, non soltanto danno forma alla materia , ma perfino la costituiscono. Infatti le forze esistono in quanto sono trasmesse da particelle microscopische come i fotoni, i mesoni e i gluoni. Queste particelle hanno propietà diverse da elettroni, protoni e neutroni. Ma ci sono, e sono una componente importantissima del nostro mondo. Mesoni e gluoni, insieme ad altre particelle, pullolano all interno dei nuclei atomici . Mentre fotoni e gravitoni permeano la materia e lo spazio vuoto e ovunque attorno a noi, fin dentro ogni angolo dello spazio interstellare. Per illustrare e dare luce a questo passaggio delle particelle messaggere  mi servirò della teoria quantistica dei campi. un esempio di campo è il campo gravitazionale terrestre oppure il campo magnetico generato da una calamita. Questi campi esistono, ma non sono le entità matematiche alle quali pensava Einstein. La loro natura è stata descritta dalla teoria quantistica dei campi secondo la quale , ad ogni forza è associato un tipo di particelle mediatrici che fanno appunto da messaggeri delle varie interazioni. Ogni volta che due particelle cariche , o due calamite, si attraggono o respingono, lo fanno scambiandosi una gran quantità di fotoni virtuali emessi da una delle cariche (o delle calamite) e assorbiti dall altra. Queste particelle sono dette virtuali perchè non sono direttamente visibili dall esterno, ma esistono solo per il tempo necessario allo scambio di interazioni e poi svaniscono senza altro effetto. Così oggi si pensa che i campi di forza elettrici, magnetici , gravitazionali e nucleari siano costituiti da un mare di particelle virtuali che riempiono tutto lo spazio, così come prevede la teoria quantistica dei campi. La differenza fra ciò che è forza e ciò che è materia , quindi, appare quanto mai sfumata.
Noli foras ire , in teipsum redi, in interiore homine habitat veritas.

viator

Salve Alberto. Ti leggo bravo e preparato. Solamente vorrei chiedere : come mai questo argomento (almeno per come sinora lo stai trattando) l'hai aperto nella sezione "Filosofia" ?. Mi sembra che assai meglio sarebbe risultato collocato in "Scienza e Tecnologia".

Avrei alcune obiezioni da porre ma le ometto, essendo appunto riferite all'interpretazione filosofica di alcuni termini da te usati; ma non si tratta di aspetti importanti, solo mie piccole solite pedanterie.

Attenderò comunque nuovi altrui interventi, per capire quindi quale potrebbe essere il "taglio" che anche altri intenderanno attribuire a questo argomento. Saluti.
Esiste una sola certezza : non esiste alcuna certezza.

Alberto Knox

Citazione di: viator il 13 Aprile 2022, 21:04:27 PMSolamente vorrei chiedere : come mai questo argomento (almeno per come sinora lo stai trattando)
Certo Viator, è una domanda legittima, penso che avrai però intuito che l'intenzione non scritta dell arogmento sia quello di mettere in relazione complessità fisica con la complessità biologica  la quale , è essa stessa una complessità fisica. Trovarne le analogie e parallelismi e spiegare infine la vita come ad un normale processo fisico. Molta dell ambiguità riguardo alla vita è dovuta alla scarsa chiarezza con cui si impiegano parole come ordine, organizzazione, entropia, caso, casualità , informazione e complessità. In particolare non bisogna mai confondere "ordine" (direzione del vento) con "organizzazzione" (informazione microscopica, output e imput ) presente nelle molecole utili alla vita che formano una singola cellula, le molecole non sono vive , ma si scambiano informazioni significative e orchestrano fra di loro. è difficile immaginare come una forza debole come quella della gravità possa avere un ruolo diretto nei processi biochimici.  Eppure suggerimenti in questo senso non mancano. Roger Penrose , matematico di Oxford ed esperto di teoria gravitazionale di fama mondiale , ha ipotizzato che la gravità possa influire sul comportamento delle molecole biologiche per via di effetti quantistici . Il fisico Lee Smolin ha messo al confronto la vita e la gravità nel libro "la vita del cosmo" proponendo un analogia fra il comportamento degli ecosistemi e quello delle galassie a spirale. Ispirandosi ai modelli di autorganizzazione al compute Smolin intravede stretti parallelismi tra i processi di retroazione e di genesi della struttura propia degli ammassi stellari e quelli biologici. Se sono esatte, le ipotesi di Penrose e Smolin possono rivelare un collegamento tra i comportamente termodinamicamente "invertiti" che caratterizzano tanto i sistemi gravitazionali quanto quelli biologici. In tal caso , la spiegazione dell origine della vita, sarebbe intimamente legata a quello dell universo stesso. Sto anche  (subdolamente) mettendo in evidenza il fatto che il concetto di informazione non si ritrova solo in biologia e in termodinamica, ma in molti contesti scientifici diversi, quali le scienze matematiche e branche della fisica. Nella meccanica quantistica ad esempio , gli aspetti ondulatori della materia sono descritti da un oggetto matematico noto come "funzione d'onda" che rappresenta tutto ciò che si sa sul sistema descritto , vale a dire, il contenuto di informazione di quello stato.  Se interessa, ho ancora qualcosa da dire riguardo al codice genetico e metterlo in parallelo coi livelli energetici dei nuclei atomici.
Noli foras ire , in teipsum redi, in interiore homine habitat veritas.

Alberto Knox

Citazione di: iano il 09 Aprile 2022, 17:41:15 PMInfine, il concetto di complessità mi sembra tendenzioso.
Come la si può misurare?
mah, dipende. Nel caso di materia inanimata la complessità è solo un aggiunta di strato di accidenti meccanicistici o di legami multipli atomici. Nel caso della materia animata il discorso è diverso perchè non si tratta solo dell aggiunta di strati di complessità ma un cambiamento radicale dell intero sistema, cioè si passa dalla repulsione o attrazzione fisica degli atomi  e legami dovuti in prima analisi al numero di elettroni sulla nuvola (o gusci atomici), leggi, ordine complessivo simmetrico come ad esempio la forma delle galassie o un fiocco di neve a un sistema di codifica e decodifica delle informazioni mediate da un softwarer biologico costituito dalla genetica cellulare . è come se si passa dall hardware al software. Quindi la vita non è solo aggiunta di strati di complessità come invece può avvenire per le galassie o per i cristalli. quindi la domanda dovrebbe essere riferita a "come si misura la complessità fisica( inanimata )" e "come si misura la complessità biologica (animata)".
Noli foras ire , in teipsum redi, in interiore homine habitat veritas.

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