Nel nostro immaginario, l’entropia è spesso associata al disordine e al caos. Eppure, in biologia, essa è strettamente legata all’efficienza energetica e al metabolismo, l’insieme di reazioni chimiche che sostengono la vita.
Ricercatori delle università di Barcellona e Padova hanno sviluppato una nuova rivoluzionaria metodologia per la misurazione della produzione di entropia su dimensioni un milione di volte più piccole di un centimetro: i risultati del lavoro scientifico sono stati pubblicati sulla rivista «Science» con il titolo “Variance sum rule for entropy production”.
Questa produzione è direttamente collegata al flusso di calore attraverso la superficie dei globuli rossi che dissipa energia nel fluido in cui sono immersi. Il risultato ottenuto è naturalmente minuscolo, un milione di miliardi più piccolo di una caloria per secondo, ma è stato misurato con assoluta precisione.
Dal punto di vista operativo i ricercatori hanno rilevato il flusso di calore derivante dalle forze metaboliche attive all’interno dei globuli rossi osservando lo sfarfallio emergente sulla loro membrana cellulare. Tale sfarfallio è il risultato dell’incessante movimento dei motori molecolari, le molecole che consumano zucchero per ristrutturare le cellule.
«Caratterizzare la produzione di entropia nei sistemi viventi è fondamentale per comprendere l’efficienza dei processi di conversione dell’energia e la salute dei tessuti», afferma Felix Ritort, corresponding author dello studio dell’Istituto di Nanoscienza e Nanotecnologia dell’Università di Barcellona.
«Vi è un grandissimo interesse nel quantificare il consumo energetico per capire il funzionamento dei più svariati sistemi fisici, dalla scala planetaria a quella microscopica, o dei sistemi biologici di ogni dimensione, incluse le cellule viventi», afferma Marco Baiesi del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Padova, tra gli autori della ricerca.
Un contributo cruciale alla base teorica e all’analisi dei dati è stato dato da Ivan Di Terlizzi durante il suo dottorato in Fisica a Padova e, successivamente, al Max Planck Institute di Dresda.
Gli autori hanno utilizzato approcci sperimentali basati sulla manipolazione ottica, sul rilevamento ottico e sulla microscopia con immagini ultraveloci. Le misure sono state effettuate allo Small Biosystems Lab dell’Università di Barcellona, all’Università di Göttingen, Complutense de Madrid e all’Instituto de Investigación Sanitaria Hospital 12 de Octubre.
