Giuliano Preparata, Emilio Del Giudice and
Benveniste: New insights about water and life
Jacques
Massimo Scalia (www.cirps.it) Cincenzo Valenzi www.unisrita.it
Aveva ragione Gregorio Mendel quando sosteneva che le cose si capiscono di più
evidenziando le differenze, da qui la sua teoria dei caratteri, che non, come è costume oggi
anche troppo invalso, sottolineare quel che vien detto “denominatore comune”.
Contravvenendo in questo caso alle sue preziose indicazioni c’è una parola per mettere
insieme la ricerca di tre persone così importanti e diverse, al di là dei noti e ripetuti episodi di
ostracismo della comunità scientifica “ufficiale”. Questa parola è “coerenza”.
Ci piace pensare anche a un carattere, che non esitiamo a definire “epico”, della ricerca
scientifica di Benveniste, Preparata e Del Giudice.
Già Freud aveva disegnato nel suo ultimo saggio “Al di là del principio di piacere” (1920) un
evolversi del vivente sotto la spinta di pulsioni “germinative”, le uniche contrapposte a quelle
di morte, che costituiscono, queste ultime, i percorsi naturali verso gli stati di maggior
probabilità, cioè quelli più disordinati: gli stati d’equilibrio.
Anche la Natura ammette “isole di ordine”, sono quelle conquistate con il lavoro delle forze
che costruiscono passo a passo sistemi ordinati sempre più complessi, dalle molecole di
Idrogeno, Carbonio, Ossigeno e Azoto alle molecole organiche, al vivente. Quando le forze che
hanno promosso il passaggio dall’indifferenziato al differenziato, a quella precisa forma di
vita, si indeboliscono e perdono a poco a poco la capacità di tenere insieme i componenti
nella loro forma, quella e le sue funzioni degradano in un ritorno all’indifferenziato, allo stato
più probabile: l’equilibrio, cioè la morte.
E il carattere “epico” che ci siamo permessi di attribuire al senso profondo delle ricerche dei
tre in nome dei quali si svolge oggi questo convegno è proprio quello di una sorta di ribellione
contro questa visione di dominio dell’entropia fino al suggello finale della morte
termodinamica dell’Universo, quando nessuna trasformazione sarà più possibile.
La “coerenza” allora, come scoperta che nella materia c’è assai più ordine di quanto non venga
ammesso dalle teorie cui fa abitualmente riferimento la ricerca scientifica.
La coerenza ha sicuramente ispirato gran parte del lavoro di Preparata e Del Giudice.
Preparata aveva recuperato la teoria della superradianza di Dicke (“Quantum field theory of
‘superradiance’ ”. Proceedings of the 4th Winter School on Hadronic Physics, Folgaria (Trento),
Italy, 6-11 February 1989. Volume 1) – addirittura poche settimane prima dell’esperimento di
Fleichmann & Pons (lo spirito dei tempi!) – e su questa strada si muove, insieme a Emilio Del
Giudice, come dimostrano i vari articoli in materia da loro scritti; e nel 1995 Preparata
pubblica il suo libro sulla coerenza quantoelettrodinamica (QED) della materia (“Quantum
Electrodynamical Coherence in Matter”. World Scientific Publishing Co. Singapore, 1995) .
1
La teoria di Robert Dicke (1954) metteva in evidenza un fenomeno del tutto inaspettato:
l’emissione da parte di N emettitori di un impulso di luce di alta intensità (∝ N2), ove investiti
da una luce di lunghezza d’onda molto più grande della separazione tra gli emettitori. Che
non ci sia l’atteso decadimento esponenziale del gruppo di N atomi indipendenti viene
spiegato col fatto che l’interazione atomi–luce avviene in modo coerente e collettivo. La
superradianza trova conferme sperimentali e impieghi teorici, anche attuali, nei sistemi di
quantum dot e in Astrofisica (Zel’dovich radiation).
La coerenza è stata sempre guardata di buon occhio quando spiega alcuni aspetti della Fisica
della struttura della materia, maser e laser; ma appena si passi a parlare di comportamenti
coerenti collettivi nel vivente i nasi cominciano ad arricciarsi.
Fu invece proprio un Fisico dello stato solido il primo ad avanzare la rivoluzionaria ipotesi di
maggior ordine e di comportamenti coerenti nella materia biologica, nel vivente: Herbert
Frölich, discepolo di quel vero talent scout di geni della Fisica che fu Arnold Sommerfeld, sì
quello del modello di Bohr-Sommerfeld che ebbe tra i suoi discepoli Heisenberg, Pauli,
Pauling e via elencando.
I sistemi biologici sono composti da elementi animati da vibrazioni dovute all’agitazione
termica della materia. Pur essendo ogni elemento elettricamente neutro, la sua distribuzione
di carica varia nel tempo generando addensamenti di cariche negative in una sua regione e
quindi positive nella regione da esse abbandonata; esso si comporta, cioè, come un dipolo
elettrico, cui sono associati un dato modo di vibrazione e la corrispondente frequenza
elettromagnetica. Si può quindi modellizzare un sistema biologico o un suo componente, ad
esempio la membrana cellulare, come un sistema di dipoli in oscillazione.
Frölich ipotizzò che nei sistemi biologici potrebbe prodursi, sotto certe condizioni, una
‘condensazione’ dei modi di vibrazione dei dipoli in un’unico modo di vibrazione collettivo –
un dipolo gigante – nello stato più basso d’energia
Nei sistemi biologici, afferma Frölich, ci si attende un gruppo di modi di vibrazioni
longitudinali in una regione di frequenze tra 1011 e 1012 s-1. Se questo gruppo viene rifornito di
energia a un tasso medio superiore a una certa soglia, allora l’energia fornita non si disperde
del tutto come calore ma viene immagazzinata nella forma altamente ordinata di “eccitazioni
coerenti” (“Long-range coherence and energy storage in biological systems”. Int. J. Quantum
chem. 2: 641- 649, 1968). Queste eccitazioni coerenti sono stati stazionari (metastabili) dotati
di un elevato momento di dipolo elettrico e di vibrazioni elettriche coerenti di alta frequenza. Il
fenomeno, osservava Frölich, è considerevolmente simile alla “condensazione di BoseEinstein” di un gas a bassissima temperatura.
E’ interessante rilevare, in una sede come questa, che l’ipotesi di Fröhlich ha avuto varie
conferme sperimentali, ed è stata riferimento di molte elaborazioni teoriche, decisamente
prima della conferma sperimentale della teoria della condensazione di Bose-Einstein (1925),
che ha dovuto attendere 70 anni (e ha fruttato il Nobel, nel 2001, a Cornell, Ketterle e
Wieman).
Attribuire comportamenti coerenti ai sistemi biologici è un fatto decisamente nuovo, che li
assimila, per questo aspetto, ai laser, ai superconduttori e ai superfluidi. La congettura e gli
studi di Fröhlich hanno aperto la strada a miriadi di ricerche teoriche e sperimentali sul tema
della coerenza nei sistemi biologici, e vale qui la pena ricordare anche il complesso della
produzione scientifica di Fritz-Albert Popp.
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Non solo comportamenti coerenti in biologia, ma anche fenomeni di risonanza. Un termine,
quest’ultimo, da trattare con grande cautela per evitare una certa fatuità new age, quella più
recente decisamente più scadente di quella di quarant’anni fa.
Quando mai un segnale di energia estremamente debole sarà in grado di produrre effetti su
una cellula o su un qualunque componente organico superando la “barriera” energetica del
kT dovuto al rumore termico della materia organica? E potrà mai produrre addirittura effetti
permanenti?
E’ intorno a queste domande che ruota la questione dell’esistenza di strutture ordinate
attivate da un agente esterno o della stessa memoria dell’acqua.
Alla prima questione la risposto è venuta ormai da tempo, nel 1998, con l’esperimento di
Zhadin, cui oggi spesso ci si riferisce come all’ “effetto Zhadin”.
L’intento principale di Zhadin e dei suoi collaboratori russi era quello di sperimentare l’azione
dei campi elettromagnetici su un materiale organico, l’acido glutammico, estremamente più
semplice del materiale biologico abitualmente usato.
Ricordiamo che sottoponendo una carica elettrica q di massa m a un campo magnetico
statico B0 la carica si muove di moto periodico circolare, nel piano ortogonale a B 0, con una
frequenza νc , detta “frequenza di ciclotrone”, data da
νc = q ·B0/2πm
;
la frequenza di ciclotrone, νc , indica il numero di giri al secondo che la carica descrive nel
piano perpendicolare al campo magnetico B0 cui è sottoposto. Nell’esperimento di Zhadin, ad
una cella riempita di una soluzione elettrolitica di acido glutammico è applicata una tensione
di 80 mV; la cella è posta all’interno di due solenoidi che assicurano la presenza di due campi
magnetici paralleli: uno statico (B0 = 20-40 µT), avente una intensità dell’ordine di grandezza
del campo magnetico terrestre (B T ≈ 80 µT); l’altro alternato, avente una intensità bassissima
(Bc = 20-80 nT) ed una frequenza variabile tra 2 e 4 Hz. I due campi sono applicati
ortogonalmente alla direzione della corrente elettrolitica. Tutto l’apparato sperimentale è
posto all’interno di una scatola fatta di una lega capace di schermare i campi magnetici
esterni (permalloy); perciò i soli campi magnetici all’opera sono quelli sopra specificati.
L’esperimento di Zhadin fornisce i seguenti risultati:
i.
3
quando la frequenza del campo alternato B c diventa uguale alla “frequenza di
ciclotrone” dell’acido glutammico la corrente elettrica della cella presenta un
picco transitorio, la cui altezza massima iniziale è pari all’80% del valore della
corrente stazionaria degli ioni dell’acido glutammico e la cui durata è dell’ordine
di 15-20 secondi;
ii.
l’effetto precedente sparisce quando l’intensità del campo alternato B c eccede
una soglia, il cui valore è molto basso. In altre parole, l’effetto accade solo sotto
influenze “sottili” e sparisce quando il campo applicato “fa la voce grossa”.
Quando la soluzione elettrolitica risponde all’azione del campo magnetico alternato, l’effetto
prodotto dal campo alternato si traduce in impulsi di corrente che si possono vedere su un
oscilloscopio.
Le finestre di frequenza trovate da Zhadin erano intorno a 4 Hz per B 0 = 40 µT e Bc = 10, 20,
30 nT; invece nell’intervallo [2,4] Hz, con un passo di 0,5 Hz per B 0 = 20, 25, 30, 40 µT e Bc =
25 nT.
Zhadin tentò di spiegare lui stesso il fenomeno in termini di risonanza, in un articolo del 2005
(“Frequency and amplitude windows in the combined action of DC and low frequency AC
magnetic fields on ion thermal motion in a macromolecule: theoretical analysis,”
Bioelectromagnetics, vol. 26, no. 4, pp. 323–330).
Vediamo le conclusioni che ne trae:
“…Unfortunately, for free ions such sort of effects are absolutely impossible because
dimensions of an ion rotation radius should be measured by meters at room temperature and
at very low static magnetic fields used in all the before experiments. Even for bound ions these
effects should be absolutely impossible for the positions of classic physics because of rather
high viscosity of biological liquid media…”
Per questa ragione il tentativo di interpretare il risultato sperimentale con la risonanza di
ciclotrone è stato abbandonato dallo stesso Zhadin; in parole povere, la risonanza è un
meccanismo della Fisica classica che non può essere usato quando ci si muove in un ambito
quantistico.
Il risultato dell’esperimento, varie volte replicato negli anni seguenti, fornisce una risposta
clamorosa al primo interrogativo posto “Come possono segnali deboli superare il ‘rumore
termico’ e produrre, quindi, degli effetti?”. In certe condizioni un segnale debolissimo, quale
può essere quello associato al campo di poche decine di nanoTesla, pur avendo un’energia
incomparabilmente inferiore a quella del rumore termico riesce lo stesso a superare quella
barriera e a produrre un effetto, registrato come impulsi sull’oscilloscopio.
Veniamo all’altra questione: “Può un segnale debolissimo produrre effetti permanenti?”
Bisogna capire in che modo l’azione di un agente esterno, quale un composto a
concentrazione estremamente bassa o un debole campo, in un mezzo, l’acqua, può superare
il disordine termico – la barriera kT – e produrre una sua “strutturazione”.
Vari filoni di ricerca hanno tentato di spiegare in questi ultimi quarant’anni le modalità
secondo cui il diluente conserva una memoria del soluto.
Ci limiteremo alla “ipotesi del campo dinamico”, a partire dagli esperimenti condotti nel
Dipartimento di Biofisica dell’Università di Sofia da M.S. Markov e dai suoi collaboratori
("L'effetto biomagnetico del campo magnetico costante in azione sull'acqua e sulle attività
fisiologiche", 1975). In quegli esperimenti l’acqua veniva esposta ad un campo magnetico
statico compreso tra 0,045 e 0,35 T e ne venivano rilevate le modificazioni di alcune proprietà
fisico-chimiche – assorbimento della luce, conducibilità elettrica, suscettività magnetica e
spettroscopia Raman – le quali perduravano nel tempo. L'acqua così trattata veniva
somministrata a vegetali e animali e si riscontravano variazioni di alcuni parametri biologici.
(Nei vegetali: germinazione di semi di cucurbita maxima e di Vicia Faba, riduzione della componente acquosa
libera e aumento di quella legata nella germinazione di Helliantus annus, consumo di ossigeno e produzione
4
di acido. Negli animali: influenza sui movimenti protoplasmatici della Nitella Sp., variazioni di peso di ratti e
diverso contenuto di leucociti, eritrociti ed emoglobina nel loro sangue ).
Esperimenti analoghi vennero condotti in Cina in alcuni ospedali fin da 1979, con campi
magnetostatici da 0,135 T (in particolare, Y.S. Zhang e H.W. Wu, Ospedale di Tongji,1987); e
negli anni ‘90 in India da S. Rai, P. Singh e B.K. Roy (Dipartimento di Botanica della Banaras
Hindu University), nei quali si evidenziavano i cambiamenti strutturali dell’acqua sottoposta a
un campo magnetico di 0,3 T e gli effetti biologici dell’acqua “ristrutturata”.
Nessun dubbio, quindi, che l’acqua ristrutturata attraverso l’azione di un campo magnetico
intenso fosse in grado di produrre effetti biologici. L’esperimento di Zhadin, inquadrabile nel
filone dell’ipotesi di campo dinamico, era anche da questo punto di vista innovativo, perché si
muoveva nella regione di campi magnetici di bassissima intensità.
Sempre nell’approccio del campo dinamico si inserisce l’ipotesi dei domini di coerenza,
elaborata da G. Preparata ed E. Del Giudice nell’ambito della coerenza QED della materia,
come possibile spiegazione della natura della memoria (campo elettromagnetico) e di dove è
situata (acqua del dominio di coerenza) tale memoria, anche in corrispondenza a campi di
debolissima intensità. Al di là della difficoltà di maneggiare la teoria quantistica dei campi –
lo strumento di cui si avvalgono le pubblicazioni scientifiche di Preparata e Del Giudice su
questo tema – resta aperta una questione: l’esistenza dei domini di coerenza non ha avuto a
tutt’oggi conferme sperimentali.
Sono state avanzate anche altre ipotesi nell’ambito del campo dinamico, e risultati
sperimentali che indicano una possibile risposta da approfondire sia teoricamente che
sperimentalmente.
Cyril Smith (University of Salford, England), un eminente collaboratore di Fröhlich, propose
insieme al suo gruppo di ricerca che nella strutturazione dell’acqua si determinasse una
catena di molecole di conduzione di forma elicoidale (a partire dalla struttura pentagonale del
ghiaccio). Alle variazioni di flusso magnetico all’interno di questa “bobina”, ancorchè
debolissime, corrisponde una forza elettromotrice indotta in grado di generare una corrente, a
sua volta capace di generare una nuova linea di flusso magnetico. Si perviene così a uno
stato che conserva le “impronte” magnetiche ricevute, ma lo stato è metastabile e decade
quindi in capo a un certo intervallo di tempo. (“High-Sensitivity Biosensors and Weak
Environmental Stimuli”, 1986; Electromagnetic Effects in Humans. In: Froehlich H (Ed.)
Biological Coherence and Response to External Stimuli. Berlin: Springer-Verlag, 205-232,
1988).
Anche in questo caso ci si trova di fronte all’esigenza di verifiche sperimentali e di una miglior
comprensione teorica dei meccanismi in gioco, ma val la pena sottolineare che il contesto
interpretativo consentirebbe un confronto e un dibattito scientifico decisamente più ampio di
quello che si basa sui domini di coerenza. E cercare di farsi capire dagli altri, un requisito
sempre molto apprezzabile, diventa prioritario quando ci si muove su un terreno le cui
asperità sono ben note da almeno un quarto di secolo.
Infine, un tema che ci sembra lasciato del tutto in ombra dalle interpretazioni correnti: il
ruolo che possono giocare, in analogia con le fluttuazioni quantistiche del vuoto, le
fluttuazioni stocastiche che accompagnano ogni fenomeno di vibrazione nella materia. Queste
fluttuazioni ammettono una decomposizione spettrale, alla Fourier, che individua delle
frequenze fondamentali; ed è rispetto ad alcune di queste che può essere invocato un
fenomeno di risonanza che amplifichi il trasferimento d’energia dell’agente esterno dando un
carattere permanente all’effetto prodotto: la memoria.
5
Ci siamo intrattenuti su questi aspetti originari della coerenza, dei comportamenti collettivi
coerenti, perché sia ben chiaro che il mondo della coerenza non nasce davvero come oggetto
esoterico, ma è, a pieno, una questione scientifica ricca, da circa 50 anni, di teorie,
sperimentazioni e idee a tutt’oggi diffuse e praticate in diversi settori di ricerca.
Abbiamo anche voluto suggerire, sommessamente, alcune possibili spunti di ricerca, sapendo
che questo è il modo migliore per rendere omaggio a Jacques, Giuliano ed Emilio.
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