How Quantum Biology Might Explain Life’s Biggest Questions | Jim Al-Khalili | TED Talks

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TED


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Traduttore: Valentina Grassi Revisore: Angela Dettori
00:13
I'd like to introduce you to an emerging area of science,
0
13190
4528
Vi parlerò di un ramo emergente
della scienza,
00:17
one that is still speculative but hugely exciting,
1
17742
3943
un ramo ancora misterioso ma incredibilmente appassionante
00:21
and certainly one that's growing very rapidly.
2
21709
2629
che sta crescendo con rapidità.
00:25
Quantum biology asks a very simple question:
3
25448
4048
La biologia quantistica si pone una domanda molto semplice:
00:29
Does quantum mechanics --
4
29520
1350
la meccanica quantistica,
00:30
that weird and wonderful and powerful theory
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30894
3302
quella misteriosa, meravigliosa teoria
00:34
of the subatomic world of atoms and molecules
6
34220
2688
di un mondo subatomico di atomi e molecole
00:36
that underpins so much of modern physics and chemistry --
7
36932
3488
alla base della fisica e della chimica moderne,
00:40
also play a role inside the living cell?
8
40444
3412
svolge un ruolo importante anche all'interno delle cellule?
00:43
In other words: Are there processes, mechanisms, phenomena
9
43880
4079
In altre parole: esistono processi, meccanismi, fenomeni
00:47
in living organisms that can only be explained
10
47983
3988
relativi agli organismi viventi che possono essere spiegati
00:51
with a helping hand from quantum mechanics?
11
51995
2743
soltanto con l'aiuto della meccanica quantistica?
00:55
Now, quantum biology isn't new;
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55546
1637
La biologia quantistica non è una novità,
00:57
it's been around since the early 1930s.
13
57207
2401
se ne parla dai primi anni Trenta.
00:59
But it's only in the last decade or so that careful experiments --
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59928
3715
Ma è solo da una decina di anni che esperimenti meticolosi,
01:03
in biochemistry labs, using spectroscopy --
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63667
3464
nei laboratori di biochimica e grazie alla spettroscopia,
01:07
have shown very clear, firm evidence that there are certain specific mechanisms
16
67155
6863
hanno dimostrato con chiarezza che alcuni meccanismi specifici
01:14
that require quantum mechanics to explain them.
17
74042
2511
sono spiegabili solo con la meccanica quantistica.
01:17
Quantum biology brings together quantum physicists, biochemists,
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3329
La biologia quantistica unisce fisici quantistici, biochimici,
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molecular biologists -- it's a very interdisciplinary field.
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81027
3641
biologi molecolari, è davvero interdisciplinare.
01:24
I come from quantum physics, so I'm a nuclear physicist.
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84692
3929
Il mio settore è la fisica quantistica, quindi sono un fisico nucleare.
01:28
I've spent more than three decades
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2265
Sono più di trent'anni
01:30
trying to get my head around quantum mechanics.
22
90934
2929
che cerco di capire a fondo la meccanica quantistica.
01:33
One of the founders of quantum mechanics, Niels Bohr,
23
93887
2493
Uno dei suoi ideatori, Niels Bohr, disse:
01:36
said, If you're not astonished by it, then you haven't understood it.
24
96404
3350
'Se non ti lascia a bocca aperta, vuol dire che non l'hai capita'.
01:40
So I sort of feel happy that I'm still astonished by it.
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100237
2843
Quindi sono contento che riesca ancora a stupirmi.
01:43
That's a good thing.
26
103104
1745
Meglio così.
01:44
But it means I study the very smallest structures in the universe --
27
104873
6885
Insomma, studio le strutture più piccole dell'universo,
01:51
the building blocks of reality.
28
111782
2075
i mattoncini della realtà.
01:53
If we think about the scale of size,
29
113881
3215
Se pensiamo alle grandezze in scala,
01:57
start with an everyday object like the tennis ball,
30
117120
2952
cominciamo con un oggetto comune come una palla da tennis,
02:00
and just go down orders of magnitude in size --
31
120096
2901
e scendiamo verso ordini di grandezza inferiori,
02:03
from the eye of a needle down to a cell, down to a bacterium, down to an enzyme --
32
123021
5197
dalla cruna di un ago a una cellula fino a batteri ed enzimi,
02:08
you eventually reach the nano-world.
33
128242
1729
e alla fine alla dimensione "nano".
02:09
Now, nanotechnology may be a term you've heard of.
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129995
2495
Forse avete già sentito parlare di nanotecnologia.
02:12
A nanometer is a billionth of a meter.
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132841
2853
Un nanometro è un miliardesimo di metro.
02:16
My area is the atomic nucleus, which is the tiny dot inside an atom.
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136560
4370
Io mi occupo in particolare del nucleo, il puntino al centro dell'atomo.
02:20
It's even smaller in scale.
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140954
1932
In scala è addirittura più piccolo.
02:22
This is the domain of quantum mechanics,
38
142910
1918
Questo è l'ambito della meccanica quantistica,
02:24
and physicists and chemists have had a long time
39
144852
2516
e ci è voluto molto tempo perché fisici e chimici
02:27
to try and get used to it.
40
147392
1301
ci si abituassero.
02:29
Biologists, on the other hand, have got off lightly, in my view.
41
149248
4457
I biologi, invece, secondo me, se la sono cavata bene.
02:34
They are very happy with their balls-and-sticks models of molecules.
42
154071
4331
Sono felicissimi con i loro modelli a sfere e bastoncini.
02:38
(Laughter)
43
158426
1082
(Risate)
02:39
The balls are the atoms, the sticks are the bonds between the atoms.
44
159532
3198
Le sfere sono gli atomi, i bastoncini i legami tra gli atomi.
02:42
And when they can't build them physically in the lab,
45
162754
2494
Se i biologi non possono ricostruirli in laboratorio,
02:45
nowadays, they have very powerful computers
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165272
2392
oggi hanno computer molto potenti
02:47
that will simulate a huge molecule.
47
167688
1967
capaci di simulare grosse molecole.
02:49
This is a protein made up of 100,000 atoms.
48
169679
3664
Questa è una proteina formata da 100.000 atomi.
02:54
It doesn't really require much in the way of quantum mechanics to explain it.
49
174003
4335
In realtà può essere spiegata anche senza meccanica quantistica.
02:59
Quantum mechanics was developed in the 1920s.
50
179695
2889
La meccanica quantistica fu sviluppata negli anni Venti.
03:02
It is a set of beautiful and powerful mathematical rules and ideas
51
182965
6880
È un insieme di regole matematiche e di concetti assolutamente affascinanti
03:09
that explain the world of the very small.
52
189869
2608
che spiegano il mondo del molto piccolo.
03:12
And it's a world that's very different from our everyday world,
53
192501
3372
Questo mondo è molto diverso da quello che conosciamo,
03:15
made up of trillions of atoms.
54
195897
1519
è fatto da trilioni di atomi.
03:17
It's a world built on probability and chance.
55
197440
3557
È un mondo basato sulla probabilità e sulla possibilità.
03:21
It's a fuzzy world.
56
201818
1302
È un mondo incerto.
03:23
It's a world of phantoms,
57
203144
1730
Un mondo di fantasmi
03:24
where particles can also behave like spread-out waves.
58
204898
3348
in cui le particelle si possono diffondere anche come onde.
03:30
If we imagine quantum mechanics or quantum physics, then,
59
210157
2862
Immaginando la meccanica quantistica o la fisica quantistica
03:33
as the fundamental foundation of reality itself,
60
213043
5214
come fondamenta della realtà stessa,
03:38
then it's not surprising that we say
61
218281
1730
possiamo affermare
03:40
quantum physics underpins organic chemistry.
62
220035
2420
che la fisica quantistica è alla base della chimica organica.
03:42
After all, it gives us the rules that tell us
63
222479
2120
Dopotutto, ci dà le regole che spiegano
03:44
how the atoms fit together to make organic molecules.
64
224623
2641
come gli atomi, insieme, formano le molecole organiche.
03:47
Organic chemistry, scaled up in complexity,
65
227288
3239
Un gradino sopra la chimica organica sulla scala della complessità
03:50
gives us molecular biology, which of course leads to life itself.
66
230551
3322
c'è la biologia molecolare, che ci riconduce alla vita stessa.
03:54
So in a way, it's sort of not surprising.
67
234174
1977
Nulla di nuovo, in un certo senso.
03:56
It's almost trivial.
68
236175
1214
Quasi banale.
03:57
You say, "Well, of course life ultimately must depend of quantum mechanics."
69
237413
4220
Direte: 'Certo, alla fine la vita dipende dalla meccanica quantistica';
04:02
But so does everything else.
70
242141
2390
In realtà tutto dipende da questa.
04:04
So does all inanimate matter, made up of trillions of atoms.
71
244555
3615
Anche la materia inanimata formata da trilioni di atomi.
04:08
Ultimately, there's a quantum level
72
248501
4878
Insomma, c'è un livello quantico
04:13
where we have to delve into this weirdness.
73
253403
2183
con tutti i suoi misteri da investigare.
04:15
But in everyday life, we can forget about it.
74
255610
2416
Possiamo anche dimenticarli, nella vita quotidiana:
04:18
Because once you put together trillions of atoms,
75
258404
3199
una volta che trilioni di atomi si combinano,
04:21
that quantum weirdness just dissolves away.
76
261627
2615
quei misteri quantici si dissolvono.
04:27
Quantum biology isn't about this.
77
267288
2569
Ma la biologia quantistica non si occupa di questo.
04:29
Quantum biology isn't this obvious.
78
269881
2556
Non è così ovvia.
04:32
Of course quantum mechanics underpins life at some molecular level.
79
272461
4229
Certo, la meccanica quantistica è alla base della vita a livello molecolare.
04:37
Quantum biology is about looking for the non-trivial --
80
277254
6004
La biologia quantistica consiste invece nel cercare ciò che non è scontato,
04:43
the counterintuitive ideas in quantum mechanics --
81
283282
4476
i concetti meno evidenti della meccanica quantistica,
04:47
and to see if they do, indeed, play an important role
82
287782
3015
per capire se sono davvero importanti
04:50
in describing the processes of life.
83
290821
2452
per spiegare i processi vitali.
04:54
Here is my perfect example of the counterintuitiveness
84
294653
5220
Vi faccio un esempio sulla non-intuitività
04:59
of the quantum world.
85
299897
1446
del mondo dei quanti.
05:01
This is the quantum skier.
86
301367
1251
Ecco uno sciatore quantico.
05:02
He seems to be intact, he seems to be perfectly healthy,
87
302642
2640
Sembra intatto, in ottime condizioni fisiche,
05:05
and yet, he seems to have gone around both sides of that tree at the same time.
88
305306
4127
ma sembra anche aver superato l'albero da entrambi i lati nello stesso momento.
05:09
Well, if you saw tracks like that
89
309457
1663
Se vedeste un percorso simile
05:11
you'd guess it was some sort of stunt, of course.
90
311144
2309
pensereste di sicuro che si tratti di un trucco.
05:13
But in the quantum world, this happens all the time.
91
313477
2591
Ma nel mondo dei quanti è sempre così.
05:16
Particles can multitask, they can be in two places at once.
92
316864
3026
Le particelle possono stare in due posti o fare più cose
05:19
They can do more than one thing at the same time.
93
319914
2328
nello stesso momento, sono multitasking.
05:22
Particles can behave like spread-out waves.
94
322266
2643
Possono presentarsi sotto forma di onde.
05:25
It's almost like magic.
95
325298
1599
Sembra una magia.
05:27
Physicists and chemists have had nearly a century
96
327538
2749
Ci è voluto quasi un secolo perché fisici e chimici
05:30
of trying to get used to this weirdness.
97
330311
2646
si abituassero a questa stranezza.
05:33
I don't blame the biologists
98
333445
1350
Non sto incolpando i biologi
05:34
for not having to or wanting to learn quantum mechanics.
99
334819
2635
per non dover o voler imparare la meccanica quantistica.
05:37
You see, this weirdness is very delicate;
100
337478
3198
Questa stranezza è una questione delicata,
05:40
and we physicists work very hard to maintain it in our labs.
101
340700
4450
e noi fisici ci impegniamo al massimo per conservarla in laboratorio.
05:45
We cool our system down to near absolute zero,
102
345174
4204
Raffreddiamo il sistema quasi fino allo zero assoluto,
05:49
we carry out our experiments in vacuums,
103
349402
1945
usiamo macchine a vuoto
05:51
we try and isolate it from any external disturbance.
104
351371
3527
e cerchiamo di isolarlo da qualsiasi disturbo esterno.
05:55
That's very different from the warm, messy, noisy environment of a living cell.
105
355602
5078
È molto diverso dall'ambiente caldo, caotico e rumoroso di una cellula.
06:01
Biology itself, if you think of molecular biology,
106
361960
2787
La biologia, la biologia molecolare,
06:04
seems to have done very well in describing all the processes of life
107
364771
3457
sembra aver descritto benissimo i processi vitali
06:08
in terms of chemistry -- chemical reactions.
108
368252
2486
dal punto di vista delle reazioni chimiche.
06:10
And these are reductionist, deterministic chemical reactions,
109
370762
4850
Queste reazioni chimiche sono riduzionistiche, deterministiche,
06:15
showing that, essentially, life is made of the same stuff as everything else,
110
375636
5114
dimostrano che la vita è fatta dalla stessa materia che forma tutto,
06:20
and if we can forget about quantum mechanics in the macro world,
111
380774
3060
e che se possiamo dimenticarci della meccanica quantistica
06:23
then we should be able to forget about it in biology, as well.
112
383858
3246
nel mondo macro, possiamo dimenticarcela anche in biologia.
06:27
Well, one man begged to differ with this idea.
113
387706
3364
Qualcuno però non era d'accordo con questa teoria.
06:32
Erwin Schrödinger, of Schrödinger's Cat fame,
114
392062
3469
Erwin Schrödinger, quello del famoso gatto di Schrödinger,
06:35
was an Austrian physicist.
115
395555
1317
era un fisico austriaco.
06:36
He was one of the founders of quantum mechanics in the 1920s.
116
396896
3183
Fu uno dei fondatori della meccanica quantistica negli anni Venti.
06:40
In 1944, he wrote a book called "What is Life?"
117
400663
2707
Nel 1944 scrisse un libro intitolato "Che cos'è la vita?"
06:43
It was tremendously influential.
118
403839
1731
Ebbe un impatto incredibile.
06:45
It influenced Francis Crick and James Watson,
119
405594
2881
Influenzò Francis Crick e James Watson,
06:48
the discoverers of the double-helix structure of DNA.
120
408499
2523
gli scopritori della struttura a doppia elica del DNA.
06:51
To paraphrase a description in the book, he says:
121
411343
3668
In una spiegazione del suo libro dice:
06:55
At the molecular level, living organisms have a certain order,
122
415035
5786
A livello molecolare, gli organismi viventi hanno un certo ordine,
07:00
a structure to them that's very different
123
420845
3232
una struttura molto diversa
07:04
from the random thermodynamic jostling of atoms and molecules
124
424101
4736
da quella massa caotica di atomi e molecole
07:08
in inanimate matter of the same complexity.
125
428861
3706
nella materia inanimata di pari complessità.
07:13
In fact, living matter seems to behave in this order, in a structure,
126
433504
5014
Di fatto la materia organica sembra organizzarsi in una struttura, quindi,
07:18
just like inanimate matter cooled down to near absolute zero,
127
438542
3834
proprio come la materia inanimata portata quasi allo zero assoluto
07:22
where quantum effects play a very important role.
128
442400
3033
in cui gli effetti dei quanti sono fondamentali.
07:26
There's something special about the structure -- the order --
129
446280
4160
La struttura, l'ordine all'interno di una cellula
07:30
inside a living cell.
130
450464
1560
è in qualche modo speciale.
07:32
So, Schrödinger speculated that maybe quantum mechanics plays a role in life.
131
452048
5293
Schrödinger ipotizzò che la meccanica quantistica potesse incidere sulla vita.
07:38
It's a very speculative, far-reaching idea,
132
458096
3425
È un'ipotesi d'ampia portata
07:41
and it didn't really go very far.
133
461545
2873
che alla fine non andò lontano.
07:45
But as I mentioned at the start,
134
465536
1533
Ma come ho detto all'inizio,
07:47
in the last 10 years, there have been experiments emerging,
135
467093
2799
negli ultimi dieci anni sempre più esperimenti
07:49
showing where some of these certain phenomena in biology
136
469916
4055
hanno mostrato quali fenomeni biologici sembrano
07:53
do seem to require quantum mechanics.
137
473995
1763
connessi alla meccanica quantistica.
07:55
I want to share with you just a few of the exciting ones.
138
475782
3123
Voglio condividere con voi quelli più interessanti.
08:00
This is one of the best-known phenomena in the quantum world,
139
480215
3707
Questo è uno dei fenomeni più noti nel mondo dei quanti,
08:03
quantum tunneling.
140
483946
1701
l'effetto tunnel.
08:05
The box on the left shows the wavelike, spread-out distribution
141
485671
4389
La metà di sinistra mostra la distribuzione a onda
08:10
of a quantum entity -- a particle, like an electron,
142
490084
2761
di un'entità quantica, una particella come un elettrone,
08:12
which is not a little ball bouncing off a wall.
143
492869
3637
che non rimbalza contro il muro come una pallina.
08:16
It's a wave that has a certain probability of being able to permeate
144
496530
4739
È un'onda che ha una certa probabilità di attraversare
08:21
through a solid wall, like a phantom leaping through to the other side.
145
501293
3406
un muro, come un fantasma che passa dall'altra parte.
08:24
You can see a faint smudge of light in the right-hand box.
146
504723
4098
Nella metà di destra potete vedere un alone luminoso.
08:29
Quantum tunneling suggests that a particle can hit an impenetrable barrier,
147
509773
4612
L'effetto tunnel suggerisce che una particella può colpire una barriera
08:34
and yet somehow, as though by magic,
148
514409
2460
impenetrabile, e poi, come per magia,
08:36
disappear from one side and reappear on the other.
149
516893
2444
scomparire e riapparire nel lato opposto.
08:39
The nicest way of explaining it is if you want to throw a ball over a wall,
150
519658
4251
Per capire, diciamo che se vogliamo lanciare una palla oltre un muro
08:43
you have to give it enough energy to get over the top of the wall.
151
523933
3577
dobbiamo darle una spinta sufficiente perché superi quell'ostacolo.
08:47
In the quantum world, you don't have to throw it over the wall,
152
527534
3058
Nel mondo dei quanti invece non dobbiamo lanciarla oltre il muro
08:50
you can throw it at the wall, and there's a certain non-zero probability
153
530616
3407
ma contro il muro, e c'è una possibilità non nulla
08:54
that it'll disappear on your side, and reappear on the other.
154
534047
3323
che sparisca da quel lato per riapparire dall'altro.
08:57
This isn't speculation, by the way.
155
537394
1678
Non sono semplici congetture.
08:59
We're happy -- well, "happy" is not the right word --
156
539096
3396
Siamo contenti - beh, 'contenti' non è la parola esatta -
09:02
(Laughter)
157
542516
2045
(Risate)
09:04
we are familiar with this.
158
544585
1618
siamo abituati a tutto ciò.
09:06
(Laughter)
159
546227
2745
(Risate)
09:08
Quantum tunneling takes place all the time;
160
548996
2294
L'effetto tunnel si verifica sempre,
09:11
in fact, it's the reason our Sun shines.
161
551314
2667
e spiega perché il Sole brilla.
09:14
The particles fuse together,
162
554655
1509
Le particelle fondono
09:16
and the Sun turns hydrogen into helium through quantum tunneling.
163
556188
3698
e il Sole trasforma l'idrogeno in elio tramite l'effetto tunnel.
09:21
Back in the 70s and 80s, it was discovered that quantum tunneling also takes place
164
561464
5220
Negli anni Settanta e Ottanta si scoprì l'effetto tunnel
09:26
inside living cells.
165
566708
1192
anche nelle cellule.
09:28
Enzymes, those workhorses of life, the catalysts of chemical reactions --
166
568290
6266
Gli enzimi, gran lavoratori, catalizzatori delle reazioni chimiche,
09:34
enzymes are biomolecules that speed up chemical reactions in living cells,
167
574580
4166
sono biomolecole che accelerano le reazioni chimiche nelle cellule
09:38
by many, many orders of magnitude.
168
578770
1703
di molti ordini di grandezza.
09:40
And it's always been a mystery how they do this.
169
580497
2784
Nessuno sa come lo facciano.
09:43
Well, it was discovered
170
583650
1189
È stato scoperto
09:44
that one of the tricks that enzymes have evolved to make use of,
171
584863
4852
che uno dei trucchi usati dagli enzimi
09:49
is by transferring subatomic particles, like electrons and indeed protons,
172
589739
5228
sta nel trasferire particelle subatomiche, come elettroni e protoni,
09:54
from one part of a molecule to another via quantum tunneling.
173
594991
4661
da una parte all'altra di una molecola grazie all'effetto tunnel.
10:00
It's efficient, it's fast, it can disappear --
174
600333
2851
È efficiente, veloce, può scomparire,
10:03
a proton can disappear from one place, and reappear on the other.
175
603208
3111
un protone può scomparire e riapparire in un altro punto.
10:06
Enzymes help this take place.
176
606343
1629
E gli enzimi lo aiutano a farlo.
10:08
This is research that's been carried out back in the 80s,
177
608548
2683
Si tratta di ricerche condotte negli anni Ottanta,
10:11
particularly by a group in Berkeley, Judith Klinman.
178
611255
4037
in particolare da un team di Berkeley, Judith Klinman.
10:15
Other groups in the UK have now also confirmed
179
615316
2205
Oggi arrivano conferme anche dal Regno Unito:
10:17
that enzymes really do this.
180
617545
1411
gli enzimi lavorano così.
10:21
Research carried out by my group --
181
621048
2549
Anche il mio team ha condotto ricerche,
10:23
so as I mentioned, I'm a nuclear physicist,
182
623621
2434
come vi ho detto sono un fisico nucleare,
10:26
but I've realized I've got these tools of using quantum mechanics
183
626079
3055
ma spesso uso gli strumenti della meccanica quantistica
10:29
in atomic nuclei, and so can apply those tools in other areas as well.
184
629158
5085
per studiare i nuclei degli atomi, applicandoli ad altre aree di studio.
10:35
One question we asked
185
635404
1810
Nel mio team ci chiedevamo
10:37
is whether quantum tunneling plays a role in mutations in DNA.
186
637238
4298
se l'effetto tunnel è coinvolto nelle mutazioni genetiche.
10:41
Again, this is not a new idea; it goes all the way back to the early 60s.
187
641843
3660
Lo ripeto, non è un'idea nuova, risale ai primi anni Sessanta.
10:45
The two strands of DNA, the double-helix structure,
188
645527
2961
I due filamenti di DNA, la struttura a doppia elica,
10:48
are held together by rungs; it's like a twisted ladder.
189
648512
2823
sono tenuti insieme da pioli, è come una scala a chiocciola.
10:51
And those rungs of the ladder are hydrogen bonds --
190
651359
3507
Quei pioli sono legami idrogeno,
10:54
protons, that act as the glue between the two strands.
191
654890
3790
cioè protoni che fanno da collante tra i due filamenti.
10:58
So if you zoom in, what they're doing is holding these large molecules --
192
658704
4750
Con uno zoom vedremmo che tengo queste grandi molecole,
11:03
nucleotides -- together.
193
663478
1607
i nucleotidi.
11:06
Zoom in a bit more.
194
666130
1150
Aumentiamo lo zoom.
11:07
So, this a computer simulation.
195
667304
1916
Ecco una simulazione al computer.
11:09
The two white balls in the middle are protons,
196
669855
3542
Le due sfere bianche centrali sono protoni,
11:13
and you can see that it's a double hydrogen bond.
197
673421
2299
e sono unite da un doppio legame idrogeno.
11:15
One prefers to sit on one side; the other, on the other side
198
675744
3314
Una preferisce stare da un lato, l'altra dall'altro lato
11:19
of the two strands of the vertical lines going down, which you can't see.
199
679082
4558
dei due filamenti che scendono, qui non visibili.
11:24
It can happen that these two protons can hop over.
200
684410
3395
Può succedere che i due protoni saltino.
11:27
Watch the two white balls.
201
687829
1436
Osservate le sfere bianche.
11:29
They can jump over to the other side.
202
689748
1998
Possono saltare dall'altra parte.
11:32
If the two strands of DNA then separate, leading to the process of replication,
203
692239
5646
Se i due filamenti di DNA si separano dando inizio al processo di replicazione,
11:37
and the two protons are in the wrong positions,
204
697909
3199
e i protoni si trovano nella posizione sbagliata,
11:41
this can lead to a mutation.
205
701132
1763
si può avere una mutazione genetica.
11:43
This has been known for half a century.
206
703204
1872
Lo sappiamo da una cinquantina d'anni.
11:45
The question is: How likely are they to do that,
207
705100
2343
Il punto è: quante probabilità ci sono che accada,
11:47
and if they do, how do they do it?
208
707467
2378
e se ci sono, come avviene?
11:49
Do they jump across, like the ball going over the wall?
209
709869
3019
I protoni saltellano, come le palline oltre il muro?
11:52
Or can they quantum-tunnel across, even if they don't have enough energy?
210
712912
3502
O sfruttano l'effetto tunnel, pur non avendo abbastanza energia?
11:57
Early indications suggest that quantum tunneling can play a role here.
211
717089
4252
I primi dati fanno pensare che l'effetto tunnel qui è importante,
12:01
We still don't know yet how important it is;
212
721365
2124
ma non sappiamo ancora quanto;
12:03
this is still an open question.
213
723513
1792
la questione è ancora aperta.
12:06
It's speculative,
214
726199
1150
È tutto incerto,
12:07
but it's one of those questions that is so important
215
727373
2643
ma è una questione davvero importante,
12:10
that if quantum mechanics plays a role in mutations,
216
730040
2446
se la meccanica quantistica agisce sulle mutazioni
12:12
surely this must have big implications,
217
732510
2299
allora avrà un peso notevole
12:14
to understand certain types of mutations,
218
734833
2694
nel capire certi tipi di mutazione,
12:17
possibly even those that lead to turning a cell cancerous.
219
737551
3756
forse anche quelle che rendono cancerogena una cellula.
12:22
Another example of quantum mechanics in biology is quantum coherence,
220
742803
5299
Altro esempio di meccanica quantistica in biologia è la coerenza quantistica
12:28
in one of the most important processes in biology,
221
748126
2353
in uno dei principali processi biologici,
12:30
photosynthesis: plants and bacteria taking sunlight,
222
750503
3941
la fotosintesi: piante e batteri assorbono luce solare
12:34
and using that energy to create biomass.
223
754468
2954
e la usano per creare biomassa.
12:38
Quantum coherence is the idea of quantum entities multitasking.
224
758215
4152
La coerenza quantistica spiega le entità quantiche multitasking.
12:42
It's the quantum skier.
225
762912
1604
È lo sciatore quantico.
12:44
It's an object that behaves like a wave,
226
764540
2952
È paragonabile a un'onda,
12:47
so that it doesn't just move in one direction or the other,
227
767516
2902
quindi non si limita a spostarsi in una direzione
12:50
but can follow multiple pathways at the same time.
228
770442
3320
ma può seguire più percorsi nello stesso istante.
12:54
Some years ago, the world of science was shocked
229
774708
3916
Qualche anno fa una ricerca scosse la comunità scientifica
12:58
when a paper was published showing experimental evidence
230
778648
3584
mostrando con prove sperimentali
13:02
that quantum coherence takes place inside bacteria,
231
782256
3776
che la coerenza quantistica si manifesta all'interno dei batteri
13:06
carrying out photosynthesis.
232
786056
1686
responsabili della fotosintesi.
13:07
The idea is that the photon, the particle of light, the sunlight,
233
787766
3064
L'idea è che il fotone, la particella di luce solare,
13:10
the quantum of light captured by a chlorophyll molecule,
234
790854
3344
il quanto di luce catturato da una molecola di clorofilla,
13:14
is then delivered to what's called the reaction center,
235
794222
2591
venga trasportato al cosiddetto centro reattivo
13:16
where it can be turned into chemical energy.
236
796837
2064
dove poi viene trasformato in energia chimica.
13:18
And in getting there, it doesn't just follow one route;
237
798925
2648
Nel tragitto non segue una strada sola;
13:21
it follows multiple pathways at once,
238
801597
2215
segue più strade nello stesso momento
13:23
to optimize the most efficient way of reaching the reaction center
239
803836
4337
per arrivare al centro reattivo nel modo più efficiente,
13:28
without dissipating as waste heat.
240
808197
1721
senza disperdersi come calore.
13:31
Quantum coherence taking place inside a living cell.
241
811228
3309
Coerenza quantistica all'interno di una cellula.
13:34
A remarkable idea,
242
814561
2120
Un'idea straordinaria,
13:36
and yet evidence is growing almost weekly, with new papers coming out,
243
816705
6235
provata dalla continua pubblicazione di nuovi studi
13:42
confirming that this does indeed take place.
244
822964
2212
che confermano la sua veridicità.
13:45
My third and final example is the most beautiful, wonderful idea.
245
825555
4739
Il mio terzo e ultimo esempio presenta l'idea più stupefacente.
13:50
It's also still very speculative, but I have to share it with you.
246
830318
4063
È sempre molto incerta ma voglio condividerla con voi.
13:54
The European robin migrates from Scandinavia
247
834405
4612
Il pettirosso europeo migra dalla Scandinavia
13:59
down to the Mediterranean, every autumn,
248
839041
2635
al Mediterraneo, ogni autunno,
14:01
and like a lot of other marine animals and even insects,
249
841700
3373
e come molti altri insetti e animali marini
14:05
they navigate by sensing the Earth's magnetic field.
250
845097
4300
si orienta rispetto al campo magnetico terrestre.
14:10
Now, the Earth's magnetic field is very, very weak;
251
850968
2427
Il campo magnetico terrestre è molto, molto debole,
14:13
it's 100 times weaker than a fridge magnet,
252
853419
2080
cento volte più debole di una calamita da frigo,
14:15
and yet it affects the chemistry -- somehow -- within a living organism.
253
855523
5601
eppure riesce a influenzare la chimica degli organismi viventi.
14:21
That's not in doubt -- a German couple of ornithologists,
254
861932
3806
Su questo non c'è dubbio: negli anni Settanta due ornitologi tedeschi,
14:25
Wolfgang and Roswitha Wiltschko, in the 1970s, confirmed that indeed,
255
865762
4260
Wolgang e Roswitha Wiltschko, confermarono
14:30
the robin does find its way by somehow sensing the Earth's magnetic field,
256
870046
3977
che il pettirosso si orienta perché il campo magnetico terrestre
14:34
to give it directional information -- a built-in compass.
257
874047
3327
gli dà indicazioni sulla direzione, come una bussola incorporata.
14:37
The puzzle, the mystery was: How does it do it?
258
877398
2249
Il mistero restava capire come ci riuscisse.
14:40
Well, the only theory in town --
259
880351
3030
L'unica teoria avanzata,
14:43
we don't know if it's the correct theory, but the only theory in town --
260
883405
3436
non sappiamo se è la teoria corretta ma è l'unica,
14:46
is that it does it via something called quantum entanglement.
261
886865
2984
sostiene che ciò avviene tramite l'entanglement quantistico.
14:50
Inside the robin's retina --
262
890567
2374
Nella retina del pettirosso,
14:52
I kid you not -- inside the robin's retina is a protein called cryptochrome,
263
892965
4232
non vi prendo in giro, nella sua retina c'è il criptocromo,
14:57
which is light-sensitive.
264
897221
1380
una proteina fotosensibile.
14:58
Within cryptochrome, a pair of electrons are quantum-entangled.
265
898625
3939
Nel criptocromo una coppia di elettroni è coinvolta nell'entanglement quantistico.
15:02
Now, quantum entanglement is when two particles are far apart,
266
902588
3232
Si parla di entanglement quantistico quando due particelle separate
15:05
and yet somehow remain in contact with each other.
267
905844
2834
rimangono in qualche modo in contatto tra di loro.
15:08
Even Einstein hated this idea;
268
908991
1446
Neppure a Einstein andava giù questo fatto,
15:10
he called it "spooky action at a distance."
269
910461
2039
che definì "azione spettrale a distanza".
15:12
(Laughter)
270
912524
1881
(Risate)
15:14
So if Einstein doesn't like it, then we can all be uncomfortable with it.
271
914429
3443
Se non piaceva neanche a Einstein, noi possiamo stare tranquilli.
15:17
Two quantum-entangled electrons within a single molecule
272
917896
2853
Due elettroni della stessa molecola correlati quantisticamente
15:20
dance a delicate dance
273
920773
1471
eseguono una danza
15:22
that is very sensitive to the direction the bird flies
274
922268
2541
che influisce sul volo degli uccelli
15:24
in the Earth's magnetic field.
275
924833
1531
nel campo magnetico terrestre.
15:26
We don't know if it's the correct explanation,
276
926848
2610
Non sappiamo se questa è la spiegazione corretta,
15:29
but wow, wouldn't it be exciting if quantum mechanics helps birds navigate?
277
929482
4544
ma non è fantastico pensare che la meccanica quantistica orienta gli uccelli?
15:35
Quantum biology is still in it infancy.
278
935069
2721
La biologia molecolare sta ancora muovendo i primi passi.
15:37
It's still speculative.
279
937814
3484
Richiede ancora molte verifiche.
15:41
But I believe it's built on solid science.
280
941742
3849
Ma ha solide basi scientifiche.
15:45
I also think that in the coming decade or so,
281
945917
3809
Credo che nei prossimi dieci anni
15:49
we're going to start to see that actually, it pervades life --
282
949750
4841
cominceremo a capire quanto sia fondamentale per la vita,
15:54
that life has evolved tricks that utilize the quantum world.
283
954615
4596
e che la vita si evolve anche grazie a stratagemmi quantistici.
16:00
Watch this space.
284
960026
1428
Restate sintonizzati.
16:01
Thank you.
285
961478
1157
Grazie.
16:02
(Applause)
286
962659
2202
(Applausi)
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