Il Secondo Principio – 3

Concludo la mia breve citazione dal libro “Entropia” di Jeremy Rifkin, con un ulteriore  capitolo dedicato al particolare rapporto tra il secondo principio della termodinamica e gli esseri viventi.

Si è pensato, per un certo periodo, che il mondo della biologia costituisse una sorta di eccezione alla tendenza entropica della materia, ma si tratta solo di una anomalia apparente, che non intacca la validità generale della legge. Insomma, l’entropia regna sovrana su tutto l’universo, e nemmeno la vita vi può sfuggire.

LUMEN

<< Se l’entropia dell’universo è in costante aumento, come si spiega il processo della vita ?

Certamente gli esseri viventi mostrano una grande tendenza all’ordine e la stessa evoluzione sembra rappresentare il continuo aggiungersi di ordine su ordine a partire da uno stato di disordine.

Nessuno potrebbe negare che un bambino che cresce e si sviluppa accumula su di sé i risultati di una grande quantità di energia. Ogni volta che ci fermiamo ad ammirare una pianta o un animale, restiamo stupefatti a considerare quanto siano ben organizzati tutti i miliardi di molecole che li costituiscono.

Sembrerebbe proprio che la vita debba violare il secondo principio, vero ? E invece non è così !

Per molto tempo gli scienziati hanno fatto confusione su questo punto ma oggi riconoscono che anche la vita, come ogni altra cosa, non può sfuggire alla ferrea legge dell’entropia. (…)

Gli esseri viventi riescono a muoversi in direzione opposta a quella del processo entropico perché assorbono energia libera dall’ambiente circostante. In definitiva la sorgente di energia libera è poi sempre il Sole.

La vita di tutti, piante e animali, dipende dal Sole per la sua continuità, sia direttamente per le piante che attuano la fotosintesi, sia indirettamente quando gli animali si nutrono di piante o di altri animali.

Ogni essere vivente, per dirla con le parole del premio Nobel per la fisica Erwin Schròdinger, sopravvive «traendo dal suo. ambiente continuamente entropia negativa. L’organismo si alimenta di entropia negativa. Un organismo si mantiene stazionario nell’assorbire continuamente ordine dall’ambiente».

In altri termini possiamo dire che anche tenendo conto di tutti gli organismi viventi la tendenza naturale è quella di muoversi verso l’equilibrio, noi esseri umani, per esempio, dissipiamo continuamente energia ogni volta che alziamo un dito o formuliamo un pensiero.

Per evitare di dissipare tutta l’energia disponibile fino a uno stato di equilibrio e di morte abbiamo bisogno di un flusso costante di energia libera (entropia negativa) dal nostro ambiente che è relativamente più ampio.

Chi non ne è convinto probabilmente non ha mai visto un cadavere: poche ore dopo la morte il corpo inizia a decomporsi disfacendosi poi in una massa totalmente indifferenziata.

In un primo momento gli scienziati ebbero qualche difficoltà a formulare un modello in cui i sistemi viventi si configurassero nel secondo principio, perché la termodinamica degli equilibri è relativa a sistemi chiusi, in cui non si ha scambio di materia, ma eventualmente solo di energia con l’esterno.

I sistemi viventi sono sistemi aperti che scambiano materia ed energia con l’esterno e non possono mai trovarsi in una situazione di equilibrio mentre sono ancora in vita, perché l’equilibrio significa morte, ed è per questa ragione che gli esseri viventi cercano di mantenersi ben lontani dall’equilibrio e continuano a nutrirsi di tutte le forme di energia disponibile che trovano intorno realizzando una situazione che si chiama «stato stazionario».

Quando materia ed energia cessano di fluire, l’organismo vivente abbandona lo stato stazionario e si avvia verso l’equilibrio e la morte, negli organismi viventi è soprattutto il flusso di energia che conta non il livello entropico.

La scienza che studia questi fenomeni si chiama termodinamica del non-equilibrio e, per quanto i sistemi di non-equilibrio non si lascino spiegare con le stesse leggi dei sistemi in equilibrio, sottostanno tuttavia all’imperativo generale del secondo principio, come vedremo in seguito.

«Ogni oggetto vivente», disse Bertrand Russeil, «è una specie di imperialista che cerca di trasformare quanta più massa può del suo ambiente, nel suo essere fisico e nella propria discendenza».

In questa ricerca di risorse, ogni vivente sul pianeta dissipa l’energia che fluisce attraverso il suo essere, rendendola, almeno in parte, non più utilizzabile, ed è ugualmente vero che anche la più piccola pianta mantiene la sua struttura ben ordinata a patto di creare grande disordine nel resto dell’ambiente.

La pianta vive tramite la fotosintesi e assorbe entropia negativa dai raggi del sole. In questo processo solo una piccola frazione dell’energia solare viene catturata e usata, il resto viene dissipato e, se lo si paragona alla piccola diminuzione di entropia localizzata nella pianta stessa, sembra uno spreco enorme.

L’aumento di entropia si può illustrare in modo ancora più schematico con ciò che avviene nelle normali catene alimentari.

Il chimico G. Tyler Miller provò a delineare una semplicissima catena alimentare (…) [composta] di erba, cavallette, rane, trote ed esseri umani. (…) 

Nel divorare una preda, dice Miller, «circa l’80-90% dell’energia viene dispersa nell’ambiente come calore», soltanto un 10-20% rimane nei tessuti del predatore per essere trasferita allo stadio successivo della catena alimentare. (…)

«Servono trecento trote a mantenere un uomo per un anno, le trote a loro volta consumano 90.000 rane che mangiano 27 milioni di cavallette che vivono di 1000 tonnellate d’erba.» (…)

Possono sussistere ancora dubbi sul fatto che ogni essere vivente mantiene il suo stato ordinato a spese di un maggior disordine (ovvero energia dissipata) nell’ambiente circostante ?

C’è un continuo passaggio di energia attraverso ogni essere vivente, energia che entra nel sistema a un livello più alto uscendone poi in uno stato più degradato, e gli organismi sopravvivono perché riescono ad accumulare entropia negativa dall’ambiente.

La lotta per l’esistenza dipende da quanto ogni organismo è ben attrezzato per catturare l’energia disponibile.

Il biologo Alfred Lotka (…) affermò che ogni specie può essere vista come un diverso tipo di «convertitore» che cattura e utilizza l’energia disponibile e ogni organismo convertitore è attrezzato con una serie di strumenti che impiega per succhiare energia dal suo ambiente (…) e che la selezione naturale favorisce gli organismi «capaci di aumentare la massa del sistema vivente, la velocità di ricambio di materia e il flusso di energia fino a quando vi sarà un residuo di materia inutilizzata e di energia ancora disponibile». (…)

[Questo avviene] nei primi stadi di sviluppo di un ecosistema, quando c’è ancora un eccesso di energia disponibile, [poi] le diverse specie, ognuna delle quali tende a occupare un particolare habitat, devono specializzarsi nell’utilizzo delle capacità residue dell’ambiente usando meno energia con maggiore efficienza.

I primi stadi di sviluppo, quando l’energia utilizzata è la massima possibile, vengono chiamati fasi di colonizzazione, mentre gli ultimi stadi con energie utilizzate al minimo sono detti fasi di climax.

L’Homo sapiens nel suo complesso dovrebbe avviarsi da una fase di colonizzazione a una fase di climax.

Gli esseri umani, specialmente nelle società altamente industrializzate, continuano ad aumentare la quantità di energia utilizzata sia in ambito personale sia in ambito sociale, ma la crisi dell’uomo d’oggi è una crisi di transizione: nelle prossime età l’uomo si sarà stabilizzato nella sua fase di climax e darà alle sue attività un ordine tale da minimizzare i flussi di energia nei processi umani e sociali.

Se non lo farà seguirà probabilmente il destino di altre specie che non seppero affrontare la transizione nei tempi passati. L’epopea della vita è cosparsa di specie estinte, non ci vuole nulla ad aggiungere un nome alla lunga lista.

Tutti noi siamo sempre stati abituati a parlare di evoluzione biologica in termini di progresso. Oggi ci accorgiamo che ogni specie più alta nella scala evolutiva trasforma una maggior quantità di energia (…) e che, nel processo evolutivo, ogni specie che viene dopo è più complessa della precedente e meglio attrezzata per trasformare l’energia disponibile.

Quello che è veramente difficile da accettare è che quanto più avanti si va nella catena dell’evoluzione, più abbondanti diventano i flussi energetici e maggiore il disordine che si crea nell’ambiente considerato nel suo insieme. In queste condizioni la legge dell’entropia dice che l’evoluzione dissipa l’energia disponibile per la vita su questo pianeta.

Il nostro concetto di evoluzione è esattamente l’opposto. Pensiamo ancora che l’evoluzione, quasi per magia, crei nel suo complesso maggior valore e ordine sulla Terra.

Oggi che l’ambiente della nostra vita sta diventando così degradato e disordinato che lo si vede anche a occhio nudo, per la prima volta cominciamo a ripensare i nostri concetti di evoluzione, progresso e creazione di beni materiali. (…)

Non vi è modo di aggirare il problema: evoluzione significa creare isole di ordine sempre più grandi a spese di mari di disordine anch’essi sempre più grandi.

Nessun biologo o fisico può negare questa verità, ma chi se la sentirebbe di entrare in un’aula universitaria o in una pubblica assemblea e ammettere che le cose stanno così ?

Se questa interpretazione dell’evoluzione appare troppo deprimente, è solo perché siamo ancora così legati al paradigma vigente per il mondo, che tutti gli altri modi di organizzare il pensiero ci sembrano inaccettabili. Fino a quando non avremo riconosciuto e accettato che il secondo principio è alla base sia della vita sia dell’evoluzione, non saremo in grado di fare il passaggio dall’attuale fase di colonizzazione a quella di climax dell’esistenza.  >>

JEREMY RIFKIN