Ignazio LicataISEM – Institute for Scientific Methodology

Palermo 9 Dicembre 2009

Teorie del Quasi OvunqueRiduzionismo ed Universalità dell’Emergenza

Dobbiamo dunque considerare lo

stato presente dell'universo come

effetto del suo stato anteriore e

come causa del suo stato futuro.

Un'intelligenza che, per un dato

istante, conoscesse tutte le forze di

cui è animata la natura e la

situazione rispettiva degli esseri che

la compongono, se per di più fosse

abbastanza profonda per

sottomettere questi dati all'analisi,

abbraccerebbe nella stessa formula i

movimenti dei più grandi corpi

dell'universo e dell'atomo più

leggero: nulla sarebbe incerto per

essa e l'avvenire, come il passato,

sarebbe presente ai suoi occhi

(Laplace, 1814)

ZIPPARE IL MONDO

“Il fenomeno y non è nient’altro che x”

( )Oprob

MprobMOprobOMprob

.=

( ) ( )nn SObsM 1=

( ) ( )nn dataObsM exp31 =+

( ) ( )( )0MObsM nn =

( ) ( )( )0lim MObsM nn ∞→

∞ =

Il modello ha dunque il ruolo di filtro cognitivo che realizza uno stato di coerenza tra il sistema e l’osservatore

( ) ( )( ) ( ( ( )))nnn MObsObsObsSObsM 2311

11 == ++

( ) ( )nn MObsdata 2exp =

Apertura Logica →

Definizione “minimale” di

Sistema Complesso

Un sistema complesso è un sistema che mostra un comportamento imprevedibile in dettaglio, non "zippabile" in un singolo

modello formale

Primo principio (Apertura Logica)I sistemi complessi sono sistemi aperti, sensibili al contesto.

Secondo Principio (di Indifferenza)Un sistema complesso dispiega molti diversi comportamenti sostanzialmente

equivalenti dal punto di vista energetico e quindi non passibili di alcuna gerarchizzazione, neanche probabilistica.

Terzo Principio ( "Faccio prima ad osservarlo")Il cammino per arrivare ad una soluzione non è irrilevante rispetto alla soluzione

stessa ma la determina in gran parte, i sistemi complessi non possono essere racchiusi completamente in una forma chiusa come un’equazione che ne descrive il comportamento ‘normale’ a cui prima o poi tendono. I sistemi complessi, possono solo essere ‘raccontati da storie conseguenti’ ma non

predefinite a priori.

Quarto Principio(Rapporto struttura-Funzione): Il sistema è la sua storia.

Quinto Principio (sorpresa)I sistemi complessi mostrano proprietà emergenti.

Sesto PrincipioEsistenza di più scale spaziali e temporali, ma anche emergenza di strutture scale-

free.

L’Insolito “Atomo” della Vita: ProteinaProteine: etero polimeri lineari, che a

differenza della gran parte di polimeri sintetici come i materiali plastici che si basano sulla monotona ripetizione di una o poche specie monomeriche (e.g. il policloruro di vinile o PVC, ècostituito da una ripetizione continua dello stesso monomerocloruro di vinile), consistono di una serie non periodica di 20 specie monometriche, dette aminoacidi, legati fra loro in una catena continua da legami covalenti fra monomeri contigui in sequenza. Mentre i polimeri artificiali formano delle matrici insolubili, la maggioranza delle proteine in soluzione si ripiega in strutture auto-consistenti (struttura terziaria) determinate dall’interazione della sequenza di monomeri (struttura primaria) con il solvente.

Fold 3D• Il ‘maggior problema’ che una

proteina deve risolvere èquello di trovare una

configurazione spaziale che le permetta di essere solubile e

quindi di operare le sue funzioninella cellula senza precipitare

in una matrice amorfa ed uscire dalla soluzione.

• La sequenza di residui può quindi essere considerata, dal

punto di vista della teoria dell’informazione, come una

ricetta che, ‘interpretata’ dalle condizioni al contorno (tipo di

solvente, forza ionica, pH, presenza di altre molecole..) dà vita ad una configurazione

che garantisce la solubilitàdella macromolecola

Folding Funnel in RuggedLandscape

Pyrococcus furiosus

Un campo molto interessante è rappresentato dallo studio delle proteine ‘termofiliche’: queste sono le proteine di microrganismi detti ‘estremofili’ che vivono in condizioni assolutamente proibitive. Uno di questi organismi è il Pyrococcus furiosus, un archibatterio endemico della solfatara di Pozzuoli che vive a temperature maggiori di 90°, molto vicino al punto di ebollizione dell’acqu a. A queste temperatura le proteine degli altri esseri viventi (mesofili) normalmente si denaturano (perdono la loro struttura tridimensionale) rendendo impossibile la vita. Questo non accade alle proteine degli organismi termofili che mantengono la loro struttura efficiente anche a temperature elevate. Questo risultato però non viene raggiunto costruendo delle strutture più‘resistenti’ ma con una strategia opposta: le proteine dei termofili sono molto più flessibili di quelle dei mesofili, la resistenza al calore e quindi all’elevata agitazione termica èraggiunta attraverso l’allargamento dello spazio delle configurazioni possibili e dellavelocità con cui il sistema passa da una all’altra.

Problemi della “terra di mezzo”

Studiare i principi mesoscopici che legano la conoscenza microscopica (assodata e stabile) del

contributo relativo delle diverse forze che concorrono al ripiegamento: legame idrofobico, legame idrogeno,

forze di van der Walls, interazione elettrostatica alla loro applicazione al caso specifico, insomma al loro agire di

concerto nella particolare proteina.

Abbiamo studiato le stesse specie proteiche (rubredoxine) negli organismi mesofili ed estremofili con lo scopo di trovare una base fisico-chimica al

carattere termofilo. Particolarmente interessante è il confronto fra la rubredoxinadel Pyrococcus furiosus (termofilo) e del Clostridium Pasteurianum (mesofilo),

riportate in (A = termofilo, B = mesofilo).

RQA – Recurrence Quantification Analysis

Cooper Pairs in Superconductivity

The relationship at the superfluidity boundary of Helium -4, between its specific heat capacity and its temperature.

Phonons in crystal lattice