Il tempo biologico

a cura di Luigi Campanella, Dip. di Chimica Università “La Sapienza” di Roma

Il concetto di tempo ha da sempre affascinato sia gli addetti ai lavori scientifici che i non addetti; la ragione di ciò sta da un lato nell’immanenza del suo trascorrere sulla vita di tutti noi, e dall’altro nel contrasto aperto fra dimensioni così diverse, pure tutte vicine alla nostra realtà. Tale contrasto è particolarmente vivo nel confronto fra fenomeni e processi legati alla dinamica biologica. La comparsa e lo sviluppo della vita sul nostro pianeta, le trasformazione e gli adattamenti ambientali del mondo animale e vegetale, lo stesso tempo che intercorre dal concepimento alla nascita sono processi caratterizzati da ordini di grandezza temporali molto diversi (106, 103, 100 anni).
Ma proprio questa varietà rappresenta quasi un’occasione per la definizione di una scala di tempo dotata di differenti unità di misura da utilizzare di volta in volta in funzione del tipo di fenomeno a cui si vogliono applicare. Lo stesso suolo su cui ci appoggiamo è il risultato del processo pedogenetico che parte dalle rocce e dai minerali e giunge al terreno nel senso comune del termine attraverso processi di natura chimica (ossidazioni, riduzioni, complessazioni, reazioni acido-base), fisica (pioggia, grandine, neve, vento) e biochimica (enzimi, microrganismi). Queste reazioni sono regolate da cinetiche ben precise che fissano i tempi di rinnovamento dei suoli, di correzione delle condizioni di fertilità di un terreno, di durata dei cicli produttivi naturali.

Biological time

Ma se si pensa che la velocità di queste reazioni dipende dalla temperatura si conclude che anche queste unità di misura sono soggette a differenze di entità a seconda delle condizioni ambientali. È questo uno dei limiti del tempo biologico, ma non solo. Si immagini un processo che porti un sistema dello stato A allo stato B attraverso differenti meccanismi; per potere, attraverso una misura quantitativa di B, dedurre il tempo intercorso è necessario conoscere quale delle vie di trasformazione è stata seguita.

Gli stessi grandi eventi astronomici, moti di rotazione, di rivoluzione, di traslazione, precessioni producono effetti temporali costanti e riproducibili, ma spesso difficilmente riconducibili ad eventi misurabili si pensi ad esempio alla notte ideale di 12 ore (contro le 12 ore di giorno), ed a quella reale, magari artica invernale di circa 22 ore, a quella estiva di Capo Nord praticamente di qualche decina di minuti. Ed analogamente si pensi ai processi di trasformazione degli inquinanti smaltati nell’ambiente: i tempi di dimezzamento (è questo un concetto che ritorna spesso nelle scienze fornendo altrettante occasioni di dimensionamento del tempo) rappresentano l’entità del tempo richiesto per ridurre del 50% la concentrazione iniziale; ma anche in questo caso si possono osservare per la stessa sostanza tempi sostanzialmente diversi a seconda delle condizioni sperimentali (pH, carica batterica, limitatamente ai casi di fotodegradazìone intensità luminosa).
I tempi al di là di questi limiti sono stati utilizzati per la prima misura del tempo trascorso.
L’archeometria è la proiezione di questa metodologia ai beni archeologici e culturali. Tale misura si può alternativamente basare sul decadimento degli isotopi radioattivi del carbonio, sulla racemizzazione dei composti organici otticamente attivi, sulla produzione di alcuni isotopi ottenuti a partire da altri attraverso reazioni nucleari, sulla comparsa di alterazioni molecolari connesse con processi ossidativi (si pensi alla carbossilazione dei materiali cellulosici) o idrolici (lignina). La dendrocronologia misura l’età degli alberi sulla base dei cicli di vita rivelabilì dall’osservazione dei cerchi concentrici di una sezione ortogonale all’asse verticale dell’albero. Ciò consente studi sulle capacità di sviluppo delle differenti specie vegetali programmandone l’insediamento in funzione delle finalità.
Si è finora soprattutto centrata l’attenzione sul tempo biologico inteso come “lungo” nell’accezione umana, cioè se confrontato con il tempo medio della nostra vita.

In effetti si conoscono tempi biologici capaci di fornire indicazioni sui fenomeni e processi che si sviluppano in lassi di tempi “brevi” rispetto al tempo della vita umana. I nove mesi della gestazione, le 24 ore del giorno, il periodo di oscillazione di un cristallo di quarzo, l’alternarsi trimestrale delle stagioni, la comparsa o scomparsa dei colori nelle reazioni chimiche oscillanti, i cicli di respirazione dei microrganismi, i periodi di alcuni fenomeni periodici come il battito delle ali di alcuni insetti, le oscillazioni di un’onda sonora, il ciclo termico del corpo umano, i cicli cellulari. L’orologio biologico è un ciclo stimolante: in un’epoca in cui per validare e valorizzare il dato scientifico sperimentale, si cercano riferimenti materiali, sia tematici che procedurali, disporre di standard biologici è certamente di fondamentale interesse. Un riferimento è infatti un sistema caratterizzato da valori che possono essere assunti per veri e se misurati, perciò, consentono di evidenziare eventuali disfunzioni nella strumentazione ed eventuali errori metodologici.
Questo approccio non viene formalmente applicato visto che la qualità di una misura richiede come riferimento uno standard che sia costante nel tempo e nello spazio. E questo, come abbiamo visto, non è per molti dei tempi biologici; in pratica però esso lo è in quanto nella comune accezione della vita di tutti i giorni sono proprio questi fenomeni, di durata accuratamente nota, a consentire la valutazione di tempi percepiti, ma che non possono con certezza essere valutati.
Un altro aspetto del fascino esercitato dal concetto di tempo deriva dal fatto che ad esso è
correlato uno spazio percorribile ad una certa velocità. La difficoltà in cui spesso la nostra vita è costretta a scorrere è sovente proprio determinata, da un lato dalla mancanza di spazi alternativi e dall’altro dalla progressiva riduzione degli spazi percorribili nei tempi a disposizione (ritenuti costanti), a causa della diminuzione della velocità, limitata in modo massiccio dai condizionamenti negativi che derivano dallo stesso sviluppo e dal consumismo sfrenato con cui spesso viene interpretato. Le mancanze di spazi hanno un risvolto biologico chiaro: progressiva scomparsa delle zone libere, delle aree verdi, degli spazi che non possono essere interpretati in chiave economica tradizionale, dimenticando che economia vuole anche dire qualità della vita, salute dei cittadini, sicurezza sociale.
Le considerazioni spazio temporali sono in questi ultimi anni state applicate a problemi planetari di grande interesse. Si ricordi per tutti, la valutazione di impatto ambientale che obbliga a valutare, ai fini del risultato richiesto, bilanci energetici temporali, consumi unitari, smaltimenti energetici per unità di tempo. Il tempo biologico ha finito quindi per sposarsi e confrontarsi con il tempo ecologico inteso come lasso di tempo necessario per poter misurare variazioni della qualità dell’ambiente a seguito di attività produttive ed industriali naturali o indotte. Da tale confronto emergono indicazioni preziose sulle iniziative da assumere ai fini di una minimizzazione del danno ambientale e del rapporto costi/benefici, inserendo fra tali benefici quello della qualità ambientale, spesso dimenticata perché ritenuta incommensurabile.

per approfondire:

http://www.technologyreview.com/view/418702/the-two-dimensional-arrow-of-biological-time/

arxiv.org/abs/1004.4186: A 2-dimensional Geometry for Biological Time

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