Articolo

Enrico Bucci

Energia per la vita

Ogni stagione ha la sua dieta, il suo elenco di alimenti che non vanno bene e di altri che “danno energia” , parola che viene usata come se fosse una qualità direttamente percepibile o una sostanza, un fluido che passa dagli alimenti a noi. Eppure, quando parliamo di energia in relazione al cibo, non stiamo distinguendo tra un piatto caldo e uno freddo, non stiamo pensando alla luce o al movimento. Quella nutrizionale non coincide con le forme di energia che vediamo o sentiamo: tutti associamo il contenuto energetico di un cibo alla sua composizione chimica, grassi, proteine, zuccheri eccetera. Ma molecole diverse significa atomi di pochi tipi – carbonio, ossigeno, idrogeno, azoto e pochi altri – legati in strutture diverse, il che sposta la questione su un piano preciso: che cosa significa che una certa organizzazione della materia, corrispondente a quelle specifiche molecole, possiede energia capace di sostenere la vita?

Per capire che cosa sia l’energia chimica bisogna partire da un livello più generale. In fisica, un “sistema” è qualunque porzione dell’universo che scegliamo di descrivere come un’unità: può essere un gas in un contenitore, un pendolo, un circuito elettrico, una soluzione, una cellula. La definizione è astratta e non presuppone nulla di specifico sulla natura del sistema.

Lo stato di un sistema è l’insieme delle grandezze che ne descrivono la condizione in un certo momento. Per un sistema meccanico possono essere le posizioni e le velocità delle sue parti. Per un gas possono essere pressione, volume e temperatura. Per un sistema chimico possono essere la composizione, le concentrazioni, la struttura dei legami, la disposizione spaziale delle molecole. In generale, lo stato è la risposta alla domanda: “Com’è configurato il sistema in questo istante?”.

A questo punto sorge un problema. Supponiamo di poter descrivere due stati diversi compatibili con le stesse condizioni esterne. Quale dei due sarà effettivamente osservato? Quale sarà più stabile? Quale tenderà a trasformarsi nell’altro? La sola descrizione geometrica o composizionale non basta per rispondere.

È qui che diventa necessario introdurre una nuova grandezza: l’energia.

L’energia è una funzione dello stato. A ogni configurazione possibile del sistema corrisponde un valore di energia determinato dalle interazioni tra le sue parti secondo le leggi fondamentali della fisica. Non è un’entità aggiuntiva rispetto alla materia: è il modo in cui si quantifica l’effetto complessivo delle forze in gioco in una data configurazione.

Per comprendere perché l’energia sia indispensabile, bisogna considerare che un sistema reale, a temperatura non nulla, non rimane immobile in un singolo stato. Le sue parti sono in continua agitazione e il sistema può esplorare molte configurazioni compatibili con i vincoli presenti. Non osserviamo una configurazione isolata, ma una distribuzione di configurazioni nel tempo.

In queste condizioni, la domanda non è più “quale stato è possibile?”, ma “con quale frequenza relativa il sistema si troverà nei diversi stati?”.

Per rispondere serve un criterio quantitativo. L’esperienza sperimentale e la teoria mostrano che, a temperatura fissata, la probabilità relativa con cui un sistema occupa uno stato dipende dal suo valore di energia: configurazioni con energia più bassa vengono occupate più frequentemente rispetto a configurazioni con energia più alta.

Questo legame non è un postulato arbitrario, ma una conseguenza del fatto che il sistema è in contatto con un ambiente termico che fornisce e assorbe energia in modo casuale. Stati a energia elevata richiedono fluttuazioni più rare; stati a energia più bassa sono compatibili con un numero maggiore di scambi possibili con l’ambiente. Di conseguenza, sul lungo periodo, il sistema trascorre più tempo negli stati a energia minore.

L’energia diventa così la grandezza che permette di ordinare gli stati non solo dal punto di vista strutturale, ma dal punto di vista della loro probabilità di essere osservati in certe condizioni. Senza introdurre l’energia, potremmo descrivere una configurazione, ma non prevederne la frequenza, se stabile o transitoria.

È in questo senso che l’energia è un parametro indispensabile: collega la descrizione dello stato alla sua dinamica statistica. Permette di confrontare configurazioni diverse e di stabilire verso quali il sistema tenderà nel tempo quando è lasciato evolvere sotto condizioni date.

Solo dopo aver compreso questo quadro generale si può restringere il discorso al caso chimico e chiedersi che cosa significhi che una certa configurazione molecolare, come quella contenuta nel cibo, possiede un’energia tale da influenzare la probabilità delle trasformazioni che sostengono la vita.

L’energia è dunque una funzione dello stato: a ogni configurazione possibile di un sistema corrisponde un valore che riassume l’effetto complessivo delle interazioni tra le sue parti. Questa definizione acquista significato quando la si collega alla probabilità con cui gli stati vengono effettivamente occupati. È a questo punto che la distinzione tra equilibrio e non equilibrio diventa essenziale.

Un sistema materiale a temperatura fissata non rimane in una singola configurazione. Le sue componenti sono in continua agitazione e il sistema esplora nel tempo molte configurazioni compatibili con i vincoli presenti. Ciò che osserviamo non è un’unica configurazione, ma una distribuzione di configurazioni.

In questo regime, non tutte hanno la stessa frequenza. Il valore di energia associato a ciascuna configurazione determina il suo peso nella distribuzione delle probabilità: configurazioni con energia più bassa vengono occupate più spesso rispetto ad altre con energia più alta. Questo non significa che l’energia sia la probabilità, ma influisce in modo preciso sulla probabilità relativa degli stati, perché configurazioni ad alta energia richiedono fluttuazioni più intense e quindi più rare.

Accanto al valore di energia conta la molteplicità, cioè il numero di modi in cui uno stato può essere realizzato. Uno stato può risultare probabile perché ciascuna configurazione che lo realizza ha energia bassa, oppure perché esistono moltissime configurazioni equivalenti che, nel loro insieme, dominano la distribuzione.

All’equilibrio, il sistema occupa gli stati secondo questa combinazione di energia e molteplicità. L’equilibrio è la condizione in cui questa distribuzione non cambia più nel tempo. In un sistema isolato, l’evoluzione conduce verso l’equilibrio perché esso rappresenta lo stato statisticamente più probabile compatibile con i vincoli.

Dire che una trasformazione è spontanea significa che conduce verso uno stato che, nelle condizioni date, ha probabilità maggiore secondo questa distribuzione.

Un organismo vivente non coincide con lo stato di equilibrio rispetto all’ambiente in cui si trova. Le sue strutture, le sue concentrazioni interne, la sua organizzazione molecolare rappresentano configurazioni altamente specifiche e ordinate. Se un organismo fosse lasciato evolvere come un sistema isolato, senza scambi con l’esterno, non si limiterebbe a “modificare leggermente” le proprie differenze interne: tenderebbe verso una condizione in cui le sue strutture complesse si degradano, le concentrazioni si uniformano, le macromolecole si frammentano o si riorganizzano in configurazioni più probabili. In altre parole, verso uno stato che non è più riconoscibile come vivente.

Lo stato di equilibrio, per un sistema complesso come un organismo, corrisponde a una configurazione caratterizzata da maggiore omogeneità, maggiore casualità nella disposizione delle sue componenti, e assenza di strutture ordinate mantenute attivamente. È lo stato di massima probabilità compatibile con le condizioni esterne.

La distinzione tra equilibrio e non equilibrio diventa quindi centrale. L’energia, come funzione dello stato, determina quali configurazioni sono più probabili all’equilibrio. La vita consiste nel mantenere configurazioni meno probabili rispetto a quell’equilibrio. Parlare di energia necessaria alla vita significa comprendere come differenze di energia tra stati permettano di contrastare continuamente la tendenza statistica verso la configurazione più probabile, quella in cui l’organizzazione vivente si dissolve.

Se l’equilibrio è la condizione in cui un sistema occupa gli stati più probabili compatibili con le condizioni esterne, bisogna allora chiedersi che cosa caratterizzi uno stato vivente rispetto a quell’equilibrio. La risposta non è un elenco di molecole particolari, ma un fatto più generale: un organismo è un sistema che mantiene differenze.

All’equilibrio, le differenze si attenuano. Se una sostanza è più concentrata in una regione rispetto a un’altra e il sistema è lasciato libero di evolvere, le molecole si distribuiranno fino a rendere uniforme la concentrazione. Se esiste una differenza di carica, le cariche si ridistribuiranno fino a neutralizzarla. Se esistono strutture ordinate che non sono stabilizzate da vincoli sufficienti, tenderanno a degradarsi verso configurazioni più probabili, cioè verso disposizioni meno specifiche.

Un organismo vivente presenta invece una molteplicità di differenze mantenute nel tempo. Le concentrazioni di ioni sono diverse tra l’interno e l’esterno della cellula. Le concentrazioni di metaboliti differiscono tra compartimenti intracellulari. Le macromolecole non sono distribuite casualmente ma occupano posizioni e conformazioni specifiche. Le membrane separano ambienti chimicamente distinti. Anche a livello dell’intero organismo, la composizione chimica del corpo è molto diversa da quella dell’ambiente circostante.

Queste differenze non sono transitorie fluttuazioni casuali. Sono persistenti. Se si interrompono i processi che le sostengono, si attenuano progressivamente. L’interno e l’esterno tendono a uniformarsi; le strutture si degradano; le concentrazioni si livellano. La perdita di queste differenze coincide con la perdita dell’organizzazione vivente.

Dal punto di vista statistico, mantenere una differenza significa mantenere uno stato meno probabile rispetto a quello che il sistema assumerebbe all’equilibrio con l’ambiente. L’uniformità è più probabile della separazione; la dispersione casuale è più probabile dell’ordine specifico; la miscela è più probabile della compartimentazione.

Il problema centrale diventa allora questo: come può un sistema materiale mantenere nel tempo configurazioni che, se lasciato a se stesso, tenderebbero a scomparire? In altre parole, come può contrastare la tendenza statistica verso gli stati più probabili?

Rispondere a questa domanda significa chiarire il ruolo dell’energia nella vita. Non si tratta di accumulare una quantità indefinita di energia, ma di utilizzarla per conservare differenze. La vita non è definita da un contenuto energetico assoluto, ma dalla capacità di mantenere stati improbabili attraverso trasformazioni organizzate.

Se la vita consiste nel mantenere differenze, si pone una questione fisica: in quali condizioni un sistema materiale può conservare nel tempo configurazioni che non coincidono con lo stato più probabile rispetto all’ambiente circostante?

In un sistema isolato, cioè privo di scambi con l’esterno, le trasformazioni interne proseguono finché le grandezze macroscopiche cessano di variare. Le concentrazioni si stabilizzano, le reazioni opposte si compensano, le distribuzioni si uniformano. L’equilibrio non è un arresto dell’attività microscopica, ma una condizione in cui le trasformazioni non producono più cambiamenti netti osservabili. In tale condizione, le differenze macroscopiche che non siano imposte da vincoli strutturali fondamentali tendono ad attenuarsi.

Un organismo, al contrario, mantiene nel tempo una fitta trama di differenze: tra interno ed esterno, tra compartimenti cellulari, tra regioni diverse della stessa struttura. Queste differenze coesistono con un’intensa attività chimica e con un continuo ricambio dei componenti molecolari. Le molecole vengono sintetizzate e degradate, le strutture riorganizzate, le concentrazioni regolate. La persistenza dell’organizzazione non coincide con l’assenza di trasformazioni; coincide con la loro regolazione continua.

Per descrivere una tale situazione non è sufficiente il modello del sistema isolato. Occorre considerare un sistema aperto, che cioè scambia materia ed energia con l’ambiente. In un sistema aperto possono stabilirsi condizioni stazionarie nelle quali le grandezze macroscopiche restano quasi costanti nel tempo pur essendo sostenute da processi incessanti. La stabilità osservata non è il risultato dell’assenza di cambiamento, ma dell’equilibrio tra ingressi e uscite.

Il concetto di flusso diventa allora centrale: è un trasferimento continuo di materia o di energia attraverso il sistema. Molecole entrano, vengono trasformate, altre molecole escono. Configurazioni chimiche ricche di differenze vengono introdotte e, attraverso trasformazioni organizzate, producono nuove differenze interne prima di essere in parte dissipate nell’ambiente. Il sistema mantiene la propria organizzazione perché questo attraversamento non si interrompe.

Se gli scambi con l’esterno cessano, le differenze non vengono più ricostruite. Le concentrazioni tendono a uniformarsi, le strutture complesse si degradano, le distribuzioni si riorganizzano verso configurazioni più probabili. Ciò che durante la vita appare stabile rivela allora la propria natura dinamica: è sostenuto da un flusso continuo che compensa, istante dopo istante, la tendenza statistica verso l’equilibrio.

Un sistema aperto attraversato da flussi può conservare nel tempo una configurazione che non coincide con quella più probabile. Per comprendere in che modo ciò sia possibile occorre analizzare con rigore che cosa significa spingere una parte del sistema verso uno stato a energia maggiore.

Si consideri un sistema bersaglio che si trovi in uno stato a energia relativamente bassa nelle condizioni date. In base al legame tra energia e probabilità, tale stato è più frequentemente occupato rispetto a stati con energia più alta. Portare il sistema in uno stato a energia maggiore significa collocarlo in una configurazione meno probabile. Questo cambiamento può avvenire solo se è inserito in una trasformazione più ampia.

Un secondo sistema, l’attore, può trovarsi inizialmente in uno stato a energia più alta rispetto al proprio equilibrio. Se l’attore evolve verso uno stato a energia più bassa, passa a una configurazione più probabile. Quando le trasformazioni dei due sistemi sono strutturalmente accoppiate, il cambiamento dell’attore e quello del bersaglio diventano inseparabili: il passaggio dell’attore verso uno stato più probabile rende possibile il passaggio del bersaglio verso uno stato meno probabile.

Il lavoro consiste in questa correlazione tra variazioni di stato. Una parte del sistema complessivo evolve verso una configurazione a energia minore, mentre un’altra parte viene condotta verso una configurazione a energia maggiore. Le due variazioni sono collegate all’interno dello stesso processo fisico.

Il bilancio deve essere valutato sull’insieme formato da attore, bersaglio e ambiente. Affinché la trasformazione complessiva avvenga nelle condizioni date, la diminuzione di energia dell’attore deve superare l’aumento di energia del bersaglio. La differenza tra le due variazioni si manifesta come dissipazione nell’ambiente. L’insieme complessivo si sposta così verso uno stato più probabile, mentre una sua parte viene mantenuta in uno stato meno probabile.

Questo meccanismo chiarisce come un sistema aperto possa restare lontano dall’equilibrio. Componenti interne che tenderebbero spontaneamente verso configurazioni a energia minore possono essere riportate verso configurazioni a energia maggiore mediante trasformazioni accoppiate ad altre che comportano una diminuzione di energia più ampia. L’organizzazione lontana dall’equilibrio risulta dall’intreccio continuo di questi cambiamenti correlati: alcune parti evolvono verso stati più probabili, altre vengono mantenute in stati meno probabili, e l’insieme rispetta le leggi statistiche che governano l’evoluzione verso l’equilibrio.

È a questo che serve un flusso continuo di energia in un sistema aperto: a rendere possibile, senza violare alcuna legge fisica, il mantenimento di configurazioni meno probabili grazie a trasformazioni accoppiate che, nel bilancio complessivo, conducono l’insieme verso stati più probabili. Il flusso fornisce costantemente attori che possono scendere verso configurazioni a energia minore – i sistemi consumati come cibo, a iniziare dei fotoni ad alta energia che le piante assorbono – permettendo che altre parti – gli organismi viventi – vengano mantenute in configurazioni a energia maggiore. Finché questo intreccio di trasformazioni continua, il sistema-organismo conserva le proprie differenze strutturali. Quando il flusso si interrompe, l’accoppiamento viene meno, le riparazioni cessano, le sostituzioni si fermano e il sistema evolve verso la configurazione più probabile compatibile con le condizioni date, la morte e quindi la dissoluzione dei corpi. È in questo senso preciso che un flusso di energia è necessario per mantenere un sistema aperto lontano dall’equilibrio, e quindi un essere vivente vivo.

Il quadro generale è stato chiarito in termini astratti: un sistema aperto può restare lontano dall’equilibrio se è attraversato da un flusso continuo che permette di accoppiare trasformazioni. Alcune parti del sistema evolvono verso stati più probabili e, attraverso l’accoppiamento, rendono possibile che altre parti vengano mantenute in stati meno probabili. Nel bilancio complessivo, l’insieme sistema-ambiente si sposta verso configurazioni più probabili, mentre il sistema conserva la propria organizzazione.

Per un organismo animale, la sorgente principale di flusso energetico è il cibo. La domanda iniziale ritorna allora in forma precisa: perché la quantità di energia di un alimento dipende dalla sua composizione chimica?

La risposta discende direttamente dalla definizione generale di energia come funzione dello stato. Un alimento costituisce un sistema caratterizzato da uno stato definito dalla natura delle sostanze presenti e dalla loro organizzazione. A quello stato corrisponde un valore di energia determinato dall’insieme delle interazioni fisiche che lo compongono. Modificare la composizione equivale a modificare lo stato; a stati diversi corrispondono valori di energia diversi.

Quando un organismo introduce un alimento nel proprio ambiente interno, il sistema complessivo formato da organismo e nutriente assume un nuovo stato iniziale. Se, nelle condizioni fisiologiche, questo sistema può evolvere verso stati più probabili, esiste una differenza tra il valore di energia associato allo stato iniziale e quello associato agli stati finali, che esprime la possibilità di accoppiare trasformazioni: misura quanto l’evoluzione complessiva verso configurazioni più probabili possa essere correlata al mantenimento di configurazioni interne meno probabili.

Un alimento possiede tanta più energia quanto maggiore è la distanza, nelle condizioni date, tra il suo stato iniziale e gli stati verso cui può evolvere insieme all’organismo e all’ambiente. Questa distanza è determinata dalla configurazione chimica delle sostanze presenti, cioè dal modo in cui gli atomi sono legati e distribuiti nelle molecole e dalle proporzioni in cui tali molecole sono presenti. Stati iniziali più lontani dall’equilibrio rispetto ai prodotti finali consentono una maggiore discesa energetica complessiva.

L’energia utilizzabile coincide con la parte di questa differenza che può essere inserita in trasformazioni accoppiate. Se un componente dell’alimento può evolvere verso uno stato più probabile nelle condizioni fisiologiche, la sua trasformazione può essere collegata a processi interni che mantengono strutture e concentrazioni in stati meno probabili. Se un componente si trova già vicino allo stato finale verso cui l’insieme tende, la differenza di energia associata alla sua trasformazione è ridotta e la sua capacità di alimentare accoppiamenti è limitata.

Nel bilancio complessivo, l’evoluzione dell’insieme organismo-ambiente procede verso configurazioni più probabili. All’interno di questo movimento globale, l’organismo mantiene la propria organizzazione perché le trasformazioni dei nutrienti verso stati più probabili sono accoppiate a trasformazioni che sostengono configurazioni meno probabili al suo interno.

Quando si valuta il contenuto energetico di un alimento, si guarda quindi alla sua composizione chimica perché è la composizione a definire lo stato iniziale del sistema e quindi la distanza energetica rispetto agli stati finali verso cui può evolvere. In quella distanza risiede la capacità di alimentare il flusso che mantiene un sistema aperto lontano dall’equilibrio e, di conseguenza, un essere vivente vivo.

La questione ora è interamente meccanica: in che modo una trasformazione che conduce verso uno stato più probabile – la degradazione di un nutriente – può essere strutturalmente legata a una trasformazione che conduce una parte dell’organismo verso uno stato meno probabile, contribuendo al mantenimento della sua organizzazione?

Si parta dal principio generale. Ogni trasformazione chimica consiste nel passaggio da uno stato iniziale a uno stato finale attraverso una sequenza di stati intermedi. A ciascuno di questi corrisponde un valore di energia determinato dall’insieme delle interazioni presenti in quel momento. Il percorso reale seguito dal sistema è una successione continua di riorganizzazioni di legami e interazioni.

Consideriamo ora due trasformazioni.

La prima riguarda una molecola del cibo. Nelle condizioni fisiologiche, essa può evolvere verso prodotti che si trovano in uno stato a energia più bassa. Questo significa che, per l’insieme organismo-ambiente, lo stato finale è più probabile dello stato iniziale.

La seconda riguarda una struttura interna dell’organismo: la sintesi di una macromolecola, il mantenimento di una differenza di concentrazione, la ricostruzione di un componente danneggiato. Questa trasformazione, presa isolatamente, conduce verso uno stato a energia più alta rispetto a quello che sarebbe spontaneamente occupato. È quindi una trasformazione che richiede lavoro.

L’accoppiamento avviene quando le due trasformazioni non sono indipendenti, ma sono fuse in un unico percorso chimico. In termini concreti, significa che la riorganizzazione dei legami che caratterizza la degradazione del nutriente e quella che caratterizza la trasformazione interna avvengono nello stesso sistema molecolare o attraverso intermedi condivisi. Non esistono due percorsi separati, ma una sola sequenza di stati intermedi in cui entrambe le riorganizzazioni sono integrate.

Per comprendere il meccanismo, immaginiamo il sistema complessivo come un insieme di interazioni che si riorganizzano. Durante il percorso accoppiato, alcuni legami si rompono e altri si formano. La rottura e la formazione non sono eventi indipendenti: avvengono nello stesso contesto fisico, e l’energia associata alla formazione di nuovi legami può compensare l’energia richiesta per la rottura di altri.

Nel caso accoppiato, la trasformazione globale è organizzata in modo tale che la diminuzione di energia associata alla riorganizzazione del nutriente sia maggiore dell’aumento di energia richiesto per la trasformazione interna. Se si osserva l’energia dell’intero sistema durante il percorso, essa diminuisce complessivamente lungo la sequenza degli stati intermedi. Tuttavia, all’interno di questa diminuzione globale, una parte del sistema passa attraverso stati a energia crescente.

La coordinazione è resa possibile dal fatto che le variazioni di legame e di interazione non avvengono in compartimenti isolati, ma all’interno di un unico sistema chimico in cui le interazioni sono interdipendenti. La formazione di un legame in una parte del sistema modifica l’ambiente elettronico e strutturale delle altre parti, rendendo possibile o favorevole una riorganizzazione altrove. Il sistema percorre una traiettoria nello spazio degli stati in cui le variazioni locali sono compensate da variazioni più ampie nel resto dell’insieme.

Proprio per questa ragione i processi devono essere confinati e organizzati nello stesso contesto fisico. Se la degradazione del nutriente avvenisse in un compartimento separato, senza un collegamento strutturale con i processi che richiedono un aumento di energia, la sua discesa energetica si tradurrebbe semplicemente in dissipazione. L’effetto utile nasce dal fatto che le trasformazioni sono co-localizzate, coordinate e mediate da strutture specifiche che assicurano la loro integrazione. L’evoluzione di un sistema metabolico compartimentato e regolato risponde a questa esigenza fisica: mantenere nello stesso ambito le trasformazioni che scendono lungo il versante energetico e quelle che, accoppiate a esse, permettono di sostenere configurazioni meno probabili.

Il risultato finale è un ribilanciamento delle energie chimiche. Il nutriente si trova in uno stato finale a energia più bassa rispetto a quello iniziale; una parte dell’organismo si trova in uno stato a energia più alta rispetto a quello che occuperebbe all’equilibrio. L’insieme organismo-ambiente, considerato nel suo complesso, si è spostato verso uno stato più probabile. La differenza tra la diminuzione di energia globale e l’aumento locale si manifesta come dissipazione nell’ambiente.

In questo modo la discesa energetica del cibo è fisicamente inseparabile dalla salita energetica di processi che mantengono l’organismo lontano dall’equilibrio. L’accoppiamento chimico consiste in una traiettoria comune di riorganizzazione delle interazioni, nella quale una variazione globale verso stati più probabili rende possibile la persistenza locale di configurazioni meno probabili.

Abbiamo iniziato con una parola comune: energia. L’abbiamo tolta dal linguaggio delle diete e delle abitudini quotidiane per restituirle il suo significato profondo. Ora possiamo tornare alla domanda iniziale e darle una risposta che non sia una formula, ma una visione coerente.

Un essere vivente è una configurazione altamente improbabile della materia. È un insieme di molecole organizzate in modo estremamente specifico, con concentrazioni mantenute lontane dall’uniformità, strutture che si oppongono alla tendenza spontanea alla dispersione, differenze che non si attenuano ma vengono continuamente ricostruite. Se fossimo un sistema chiuso, l’evoluzione verso lo stato più probabile sarebbe inevitabile e rapida. L’equilibrio termodinamico, per un organismo, coincide con la perdita della sua organizzazione.

Il fatto che ciò non accada non è un’eccezione alle leggi della fisica. È il risultato diretto del fatto che non siamo chiusi. Esistiamo come parte di un sistema più ampio che comprende l’ambiente. È questo sistema esteso che, nel suo complesso, evolve verso stati più probabili.

Quando mangiamo, introduciamo nel nostro corpo una porzione di mondo che si trova in uno stato chimico definito. Nelle condizioni del nostro ambiente interno, quello stato può evolvere verso configurazioni più probabili. La sua trasformazione rappresenta una discesa energetica globale dell’insieme che include noi e ciò che ci circonda. È questa discesa che rende possibile, attraverso l’accoppiamento dei processi, il mantenimento della nostra organizzazione interna.

Il punto decisivo è che il “trucco” non avviene contro le probabilità, ma grazie a esse. L’insieme più grande – organismo più ambiente – procede verso configurazioni globalmente più probabili. All’interno di questo movimento complessivo, una parte del sistema, il nostro corpo, può restare in uno stato meno probabile perché la diminuzione globale di energia rende fisicamente possibile sostenere localmente configurazioni a energia più alta. La dissipazione verso l’esterno garantisce la coerenza del bilancio complessivo.

L’alimentazione è quindi possibile solo come processo che coinvolge simultaneamente noi e l’ambiente. Non è un fenomeno interno al corpo, ma una dinamica dell’intero sistema di cui facciamo parte. Globalmente si scende lungo il versante energetico; localmente, nei nostri tessuti, si mantiene una configurazione distante dall’equilibrio. La vita coincide con questa asimmetria resa possibile dall’apertura.

Dire che il cibo “fornisce energia” significa riconoscere che alcune configurazioni chimiche del mondo esterno possono, nel trasformarsi verso stati più probabili, consentire a una porzione del mondo di restare organizzata contro la tendenza locale all’equilibrio.

Ma come? In che modo la chimica degli alimenti e del nostro corpo realizza concretamente questo schema, quali trasformazioni dei nutrienti costituiscono la perdita di energia, quali molecole mediano l’accoppiamento del processo al mantenimento del nostro organismo e delle nostre funzioni?

Ne parleremo nel prossimo articolo, e la risposta sarà sorprendente: la soluzione plasmata dall’evoluzione mantiene in ogni essere vivente la traccia inconfondibile dei tempi in cui la vita non era altro che una molecola di RNA capace di creare una copia di sé stessa.