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IDROGENO2 + OSSIGENO LA ricetta DELLA VITA

Marco MagriniCronologia articolo29 luglio 2010

Storia dell'articolo

Questo articolo è stato pubblicato il 29 luglio 2010 alle ore 08:11.

Il biologo inglese Lewis Wolpert è l'autore di una battuta piuttosto celebre, forse perché fa un certo effetto: se prendi un bicchier d'acqua, ci sono buone probabilità che una delle molecole dentro al bicchiere sia transitata dalla vescica di Oliver Cromwell.
Ovviamente, se non piacesse l'esempio del condottiero inglese del diciassettesimo secolo si potrebbe prendere – che so? – Leonardo da Vinci e ottenere lo stesso risultato. Che sembra comunque un'assurdità. E invece è un calcolo probabilistico tutt'altro che irrazionale.
Dentro a un litro d'acqua ci sono circa 334 per dieci alla 23esima molecole di H2O. È un bel numero: fa 33,4 milioni di miliardi di miliardi di molecole. Secondo le stime del Geological Survey americano, sul pianeta ci sono 1,3 per dieci alla 21ima litri d'acqua (1.300 miliardi di miliardi). Dunque «ci sono molte più molecole in un bicchier d'acqua che bicchieri d'acqua», ha spiegato il fisico Richard Dawkins nel suo libro The God Delusion: «Di conseguenza, se tieni un bicchier d'acqua in mano, stai osservando una proporzione piuttosto alta delle molecole d'acqua che esistono nel mondo».
Non siamo qui a parlare di vesciche o di probabilità, ma di acqua. E la battuta di Wolpert ci ricorda, forse involontariamente, di quanto meravigliosa essa sia. Dall'incontro fra due atomi di idrogeno e uno di ossigeno – il numero uno e il numero otto della tavola periodica – nasce l'elemento che ha reso possibile la vita, in tutte le declinazioni conosciute su questo pianeta.
Le molecole d'acqua che ai tempi di Leonardo (come milioni di anni prima) componevano gli oceani, evaporavano nelle nubi, precipitavano come pioggia, formavano i fiumi e tenevano in vita esseri umani, animali e piante, sono le stesse molecole che fanno oggi lo stesso, meraviglioso lavoro.
E ci riescono grazie a una serie di incredibili proprietà che derivano dal ménage à trois fra due H e una O. Alcune di queste sono arcinote. Altre, restano ancora un mezzo mistero.
L'acqua raggiunge il punto di massima densità a 4 gradi centigradi. Grazie a questa bizzarrìa, la materia allo stato solido (il ghiaccio), galleggia sulla stessa materia allo stato liquido. Sembra una cosa banale, ma questa proprietà assicura che gli oceani si congelino dall'alto e non dal basso: il che ha consentito che la vita marina non fosse sterminata ai tempi della grandi glaciazioni.

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L'ossigeno ha una carica leggermente negativa, e i due atomi di idrogeno ce l'hanno positiva. Il risultato è che l'idrogeno crea legami facili ma deboli con le altre molecole: legami si creano e si spezzano continuamente (ecco perché le molecole nel nostro bicchier d'acqua hanno fatto il giro del mondo, ognuna per conto suo). Inoltre, in virtù della sua forma, la singola molecola di H2O si unisce molto facilmente con altre sue simili, a formare una specie di piramide tridimensionale, un tetraedro. Ora, nel riscaldare l'acqua, il calore riduce le strutture a tetraedro, favorendo una struttura disordinata delle molecole. Ma è a 4 gradi centigradi, e non a zero, che le molecole sono perfettamente impacchettate e raggiungono la massima densità possibile: quindi il ghiaccio può galleggiare.
La lista delle misteriose proprietà di quelle molecole è impressionante: c'è chi ne ha elencate 66. Limitiamoci all'effetto Mpemba, che prende il nome da Erasto Mpemba, un liceale della Tanzania che nel '69 – in seguito a certi suoi esperimenti – pose una domanda a un fisico che stava tenendo una lezione all'Università di Dar Es Salaam: «Se prendo due contenitori uguali di acqua, uno a 35 gradi e uno a 5 gradi, e li metto in un freezer, si congela prima quello più caldo. Perché?». Tutti si misero a ridere, incluso lo scienziato. Salvo che poi Mpemba dimostrò a tutti che è proprio quel che accade in realtà. Sono state formulate molte spiegazioni di questo fenomeno che sembra contraddire le leggi della termodinamica, ma nessuna è stata ancora considerata come la risposta definitiva.
Le sottigliezze della magica ricetta acquosa vanno trovate nel mondo nanoscopico della meccanica quantistica. Dove una piccola variazione può fare una grande differenza. La cosiddetta acqua pesante, dove al posto dell'idrogeno c'è un suo isotopo, il deuterio (ovvero un atomo di idrogeno con un neutrone invece che nessuno) è chimicamente identica all'acqua, eppure mortale per qualunque forma di vita.
Felix Frank dell'Università di Cambridge, che ha studiato nel dettaglio le interazioni quantistiche dell'acqua con il Dna, le proteine e le cellule, è arrivato a una semplice conclusione: «Senza acqua, è solo chimica. Aggiungi l'acqua, e diventa biologia».
Eh già, noi che al 60% siamo fatti di acqua (40 litri, in un corpo medio di 70 chili) e che ci siamo evoluti fino al punto di saperlo, ci dimentichiamo comunque di guardare più in grande. Il pianeta Terra (che al 70,9% è coperto dagli oceani e quindi si potrebbe tranquillamente chiamare Acqua) sta piazzata nel punto più fortunato del sistema solare. Se fosse un po' più vicina al Sole – diciamo il 5% – o un po' più lontana, non le sarebbe possibile mantenere l'acqua in tutte e tre le sue declinazioni: liquida, gassosa e solida. E allora addio ciclo dell'acqua. Addio evaporazione, precipitazione, distribuzione.
Non sappiamo se una delle milioni di miliardi di miliardi di molecole che stanno in questo benedetto bicchier d'acqua, sia davvero transitata dentro a Oliver Cromwell. Di sicuro, queste molecole uscite dal rubinetto (una recente novità, nei 50mila anni di storia dell'Homo sapiens) sono passate almeno una volta dal Danubio, dal Mississippi e dal Mekong. Hanno fatto parte di un albero, di un fiore, di un chicco d'uva. Hanno trasformato la chimica in biologia; hanno reso possibile almeno un'emozione, un'idea, un'intuizione.
La battuta di Wolpert, per le evidenti implicazioni sul metabolismo di Cromwell, non sembra fargli fa onore. E invece, ci sarebbe quasi da prendere quel bicchier d'acqua e inchinarcisi davanti, in segno di rispetto. In qualche modo, è pur sempre la ricetta della vita.
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Come bere un bicchier d'acqua 1,3 x 1021
Litri d'acqua sulla Terra
Secondo lo Usgs (United States Geological Survey) su questo pianeta ci sono 1,3 moltiplicato per dieci alla ventunesima litri d'acqua. Ovvero 1.300 miliardi di miliardi di litri.

60%
Acqua nel corpo umano
Si stima che circa il 60 per cento di un corpo umano (nel caso delle donne la percentuale sarebbe più bassa, intorno al 55%) sia fatto di acqua. In un corpo di 70 kg, fanno 40 litri.

70,9%
Gli oceani sul pianeta
L'acqua occupa il 70,9% della Terra, e il restante sono le superfici emerse. Viene quasi da chiedersi perché il pianeta non si chiami Acqua.

334 x 1023
Molecole in un litro
In un litro d'acqua ci sono molte più molecole di H2O che non litri d'acqua sul pianeta: 334 per dieci alla ventitreesima. Per l'esattezza, fa 33,4 milioni di miliardi di miliardi.