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

1,056,129 views

2015-09-16 ・ TED


New videos

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

1,056,129 views ・ 2015-09-16

TED


Fare doppio clic sui sottotitoli in inglese per riprodurre il video.

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
5
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;
12
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 --
14
59928
3715
Ma è solo da una decina di anni che esperimenti meticolosi,
01:03
in biochemistry labs, using spectroscopy --
15
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,
18
77674
3329
La biologia quantistica unisce fisici quantistici, biochimici,
01:21
molecular biologists -- it's a very interdisciplinary field.
19
81027
3641
biologi molecolari, è davvero interdisciplinare.
01:24
I come from quantum physics, so I'm a nuclear physicist.
20
84692
3929
Il mio settore è la fisica quantistica, quindi sono un fisico nucleare.
01:28
I've spent more than three decades
21
88645
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.
25
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.
34
129995
2495
Forse avete già sentito parlare di nanotecnologia.
02:12
A nanometer is a billionth of a meter.
35
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.
36
136560
4370
Io mi occupo in particolare del nucleo, il puntino al centro dell'atomo.
02:20
It's even smaller in scale.
37
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
46
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)
A proposito di questo sito web

Questo sito vi presenterà i video di YouTube utili per l'apprendimento dell'inglese. Vedrete lezioni di inglese tenute da insegnanti di alto livello provenienti da tutto il mondo. Fate doppio clic sui sottotitoli in inglese visualizzati su ogni pagina video per riprodurre il video da lì. I sottotitoli scorrono in sincronia con la riproduzione del video. Se avete commenti o richieste, contattateci tramite questo modulo di contatto.

https://forms.gle/WvT1wiN1qDtmnspy7