Frohlich e le vibrazioni coerenti

Froelich, professore di fisica teorica all’Università di Liverpool, fu il primo fisico che nel 1968 dichiarò che la coerenza in biologia è una delle qualità più importanti per comprendere lo scambio di informazioni tra gli esseri viventi.

Froelich è un fisico, noto soprattutto per i suoi studi sulla superconduttività. Ha però costruito un modello teorico riguardante le vibrazioni coerenti dei sistemi biologici, i cui sviluppi sono estremamente importanti.

 

Fig. 4: membrana cellulare
Fig. 4: membrana cellulare

Le cellule e molte macromolecole biologiche presentano proprietà dielettriche. Com’è noto la membrana cellulare forma un doppio strato elettrico. Lo strato all’interno della cellula presenta un eccesso di ioni potassio rispetto a quello esterno. La differenza di potenziale che risulta da questo è di circa 100 mV. Essendo lo spessore della membrana di soli 10-6cm, questo potenziale corrisponde ad una intensità di campo 10 5V/cm. Campi elettrici di tale intensità inducono singole parti della membrana cellulare a vibrare. La frequenza di queste oscillazioni viene calcolata in base allo spessore della membrana e alla velocità con cui le onde si diffondono nella materia. Dal rapporto tra velocità delle onde nella materia (105÷106 cm/s) e lo spessore della membrana 10-6 cm, risulta una presumibile frequenza di risonanza di 1011÷1012 Hertz (gamma delle micronde).

Frequenza di risonanza = Velocità delle onde nella materia =   1011÷1012 Herz

Spessore membrana cellulare

 

Una molecola che presenti conformazione dipolare (cioè abbia una parte della stessa dotata di carica elettrica), se eccitata da una fonte di calore, vibra in modo caotico, cioè le vibrazioni nelle diverse direzioni tendono ad annullarsi.

Se però l’energia fornita è superiore a una certa soglia, e può scaricarsi continuamente, i dipoli iniziano tutti a vibrare con la stessa frequenza, in fase, in modo coerente. L’energia fornita quindi non viene convertita completamente in energia termica, bensì viene immagazzinata in modo estremamente ordinato.

Come nelle strutture dissipative previste da Prigogine dunque, si genera uno stato ordinato, lontano dall’equilibrio termodinamico.

Froelich chiama questi moti “vibrazioni coerenti”, e ne identifica i sistemi biologici (in particolare le loro macromolecole con forti momenti dipolari, come il DNA, i fosfolipidi di membrana, l’actina) come portatori.

L’esistenza di queste vibrazioni specifiche è stata dimostrata da esperimenti di Webb (1980) con gli spettri Raman e con le microonde (1975).

Fig 5. tratta da: American Institute of Physics    www.aip.org/png/html/mrfm.htm Si può immaginare come un gene sia in grado di attivare molecole del citoplasma per esplicare precise funzioni a livello citoplasmatico, utilizzando vibrazioni specifiche.
Fig 5. tratta da: American Institute of Physics www.aip.org/png/html/mrfm.htm Si può immaginare come un gene sia in grado di attivare molecole del citoplasma per esplicare precise funzioni a livello citoplasmatico, utilizzando vibrazioni specifiche.

Il modello di Froelich prevede dunque vibrazioni coerenti, a patto che il sistema sia in grado di dissipare tutta l’energia ricevuta. Si suppone che: una biomolecola gigante (es. DNA) riceva energia dall’esterno (cibo, respirazione, ATP), e si attivi deformandosi con l’eccitazione di una certa frequenza di vibrazione. Ad un certo punto la frequenza raggiunta sarà uguale a quella di alcune molecole circostanti, che entreranno in risonanza e vibreranno in modo coerente, attraendosi anche a grande distanza. In tal modo si è aperto un valido canale di dissipazione. Molecole affini dal punto di vista delle frequenze di vibrazione saranno attratte in prossimità del DNA e, polimerizzando, genereranno nuove molecole, che a loro volta innescheranno ulteriori vibrazioni o reazioni chimiche (come enzimi), contribuendo alla regolazione dell’attività cellulare e dell’intero organismo. Alla fine del processo, se l’organismo è unicellulare, le vibrazioni saranno di entità tale da spaccare il sistema, e la cellula si dividerà (moltiplicandosi). Se l’organismo è pluricellulare, vi sarà una fase giovanile in cui vi saranno molte divisioni cellulari (accrescimento) e poche vibrazioni andranno a “nutrire” l’insieme degli apparati. Seguirà poi una fase di maturità in cui tutto l’eccesso energetico verrà assorbito dalle funzioni di regolazione dell’organismo, e non si avrà più crescita.

Fig. 6: Flusso dell’informazione, dal Dna alla produzione di proteine Tratto da The national healt museum: www.accessexcellence.org/AB/GG/intr_Energy.html
Fig. 6: Flusso dell’informazione, dal Dna alla produzione di proteine Tratto da The national healt museum: www.accessexcellence.org/AB/GG/intr_Energy.html

Una rigidità del DNA che ne impedisse o ostacolasse la vibrazione, bloccherebbe le funzioni di regolazione interne dell’organismo. Sostanze cosiddette “intercalanti forti”, cioè in grado di legarsi chimicamente ai due lati dell’elica del DNA, hanno attività antibiotica (uccidono), in quanto ne bloccano l’attività vibrazionale. Sostanze “intercalanti deboli”, che cioè ostacolano ma non bloccano l’attività vibrazionale, potrebbero essere cancerogene. Nel cancro verrebbe a mancare il controllo e la regolazione della normale crescita cellulare essendo ostacolata l’attività regolativa delle vibrazioni coerenti del DNA a causa delle sostanze intercalanti.

 

Anche la teoria degli oncogeni trova una sua spiegazione alla luce di quanto premesso. Infatti è noto che il DNA attiva effettivamente solo una frazione molto piccola dei geni posseduti. Una alterazione delle frequenze di vibrazione della molecola (sia dovuta a squilibri biologici, sia a sostanze intercalanti deboli) ha l’effetto (deleterio) di attivare frazioni genetiche normalmente inattive, che generano la crescita abnorme e sregolata (rispetto al “progetto”) che chiamiamo cancro.

Questo intenso gioco di vibrazioni coerenti, che consentono all’organismo una situazione di squilibrio termodinamico (ma di perfetto equilibrio biologico) grazie a continui flussi di energia in entrata (es. cibo) e in uscita (es. movimento, attività, vibrazioni), rappresenta quindi una rete di comando e di regolazione immanente alla materia vivente.

 

La complessa regolazione dei processi cellulari può essere spiegata meglio sulla base di comunicazioni a lungo raggio mediante radiazioni coerenti che sulla base di reazioni caotiche, anche se i dettagli di questi meccanismi non sono stati ancora spiegati. I modelli basati sui recettori non possono, da soli, risorvere i problemi fondamentali della regolazione, poiché ogni regolatore necessita a sua volta di un nuovo regolatore e così via, all’infinito.

Gli esseri viventi si rivelano quali sistemi aperti i quali, mediante assorbimento di energia, specialmente attraverso il nutrimento, costituiscono strutture spazio-temperali coerenti. I cibi adempiono dunque la stessa funzione dell’archetto per violini, il quale fornisce energia alla corda. L’estrema complessità dei sistemi biologici risulta quindi automaticamente dalla molteplicità delle oscillazioni chimiche ed elettromagnetiche che vi sono coinvolte. Le strutture dissipative offrono solide basi per la comprensione del vivente.