AFFINITÀ – Gli esperimenti condotti all’interno di un mezzo fluido con molecole molto piccole presentano un’impasse unica quando l’esperimento si basa su quelle molecole che entrano in contatto tra loro – come per legarsi insieme per formare un’unità funzionante più grande. I pezzi sono così minuscoli e la goccia di fluido così grande che è improbabile che le molecole si trovino l’una con l’altra, a meno che non siano progettate per attrarsi a vicenda.
ALBERO DI AUTOASSEMBLAGGIO – L’autoassemblaggio è un processo onnipresente su scala molecolare (cristalli, virus, citoscheletri) e su scala macroscopica (conigli di polvere, dune di sabbia, stelle). Anche le forme degli alberi sono onnipresenti in natura e si auto-organizzano su molte scale (fiumi, carboidrati, modelli di traffico). Queste forme universali possono essere trovate apparentemente ovunque.
ALI – La guarnizione di Sierpinski è un frattale matematico costruito tagliando ripetutamente il centro di ogni triangolo. Oppure, più simile alla crescita dei cristalli, può essere generato iniziando con uno strato di 0 con un singolo 1, quindi costruendo nuovi strati posizionando uno 0 sopra e tra ogni coppia di bit identici, mentre posizionando un 1 sopra e tra ogni coppia di bit differenti.
ANDARE AVANTI – Quando ci sentiamo a nostro agio in un ambiente, in particolare naturale, le nostre energie e la nostra attenzione possono facilmente fondersi con il flusso di energia, degli eventi e l’ordine delle cose intorno a noi, portando a grandi idee e intuizioni. Coloro che hanno accesso a risorse, libertà e forse assistenza sono nella posizione migliore per agire in base a queste idee e intuizioni.
ANDARE OLTRE – Gli amanti del brivido amano sondare l’ignoto. Per alcuni, è la neve fresca sul pendio di una montagna inesplorata. Per altri, è il terreno inaspettato di un nuovo campo scientifico. Per alcuni, è entrambe le cose.
ANDY ELLINGTON Non possiamo sapere come sia iniziata la vita sulla Terra o come abbia avuto inizio altrove, ma esplorare come semplici sostanze chimiche si assemblano, reagiscono ed evolvono in laboratorio offre agli scienziati un’immaginazione arricchita e più radicata su come potevano essere i primi organismi: e ha già portato a interessanti biotecnologie.
AUTODIDATTA – Alcune delle cose più preziose nella scienza – e nella vita – sono la capacità di imparare da soli, di attingere alla propria prospettiva e ai propri interessi unici e di farlo con un senso di gioia.
AVVENTURE NEL PENSIERO MECCANICO – Le macchine possono imparare, almeno un po’. Con i progressi scientifici continueranno a diventare più intelligenti e alla fine potrebbero scoprire e percepire il mondo a modo loro.
BAIA THETA – Durante il sonno, l’attività neurale diventa molto diversa da quando sei sveglio. Isolato dal mondo esterno, il cervello scivola in una progressione di modalità ritmiche e ondate di attività attraversano le strutture cerebrali, cambiando durante ogni fase del sonno e del sogno. Al risveglio, questi ritmi si riorganizzano per incontrare la propria realtà di veglia.
BALLERINA DATI – I chip di microarray di DNA consentono a medici e scienziati di leggere il funzionamento interno di una cellula. Un singolo chip può avere centinaia di migliaia di pixel, ciascuno dei quali può rilevare la presenza di RNA per un gene specifico o una determinata mutazione genetica. Questi dati possono portare a nuove scoperte e diagnosi penetranti.
CAMPI MOLECOLARI PER SEMPRE – A misura d’uomo, una superficie piana è una cosa semplice. Ma più da vicino, la sua incredibile complessità diventa evidente. L’ingegneria molecolare può controllare parte di quella complessità, utilizzando l’autoassemblaggio per rivestire la superficie e posizionare molecole complesse in posizioni specifiche.
CASCATA – I veicoli robotici autonomi elaborano una sconcertante cascata di informazioni provenienti da telecamere, sonar, giroscopi e molti altri sensori. A livello locale, l’informazione è rumorosa; solo quando si considera l’intera scena emergono lo schema e il significato.
CATTURATO! – È difficile catturare una molecola; sono troppo veloci e troppo piccoli. Quindi gli scienziati convincono gli altri a catturarli creando molecole per catturare molecole. Quindi possono essere studiati e programmati.
CEPHALOPOND – I programmatori di computer possono essere piuttosto fantasiosi. Il termine stesso “insetto” è una metafora fantasiosa. Alcuni programmatori hanno bug nei loro programmi; altri hanno le seppie.
CERCANDO LA FONTE – Un semplice batterio, grande solo un micron, può trovare sostentamento (diciamo zucchero) “annusando” il suo odore. Nuota in una direzione casuale e, se l’odore diventa più forte, continua ad andare avanti; in caso contrario, tenta una nuova direzione, raggiungendo infine la fonte. Allo stesso modo, gli scienziati possono intravedere una verità superiore da singoli esperimenti e fare lo stesso ciecamente.
CIELO E TERRA – Nelle nostre vite sfaccettate, quelle cose che ci ancorano alla terra, che ci radicano e forniscono una base, possono permettere alle nostre menti sottili di vagare, sognare e visitare regni lontani nei nostri pensieri. Qui i pensieri e le sensazioni viaggiano più veloci della luce.
CAPACITÀ TERMICA – Per alimentare le nanomacchine, un combustibile molecolare deve immagazzinare energia in una forma stabile, stabile finché non viene rilasciata.
CITTÀ DELLA VITA – Interi organismi – siano essi alberi, balene, rane o esseri umani – si sviluppano da una singola cellula. Quando le cellule si dividono, ciascuna metà “sa” in modo innato quale parte dell’organismo dovrebbe diventare la prossima.
COME TOGETHER – Ciascuno dei 100 trilioni di cellule del tuo corpo ha il proprio DNA, la propria fabbrica molecolare per la costruzione di proteine e il proprio circuito biochimico per prendere decisioni. Sebbene autonome, queste cellule dipendono l’una dall’altra e funzionano insieme come un tutto unificato. Alcune specie, come le muffe melmose, vivono come organismi unicellulari indipendenti nella loro giovinezza, quindi si uniscono con altre cellule di muffe melmose in un unico organismo adulto multicellulare. I robotisti potrebbero un giorno sviluppare piccoli robot in grado di assemblarsi in modo simile in un meta-robot.
COMPRESSIONE – La luce schiacciata (fotoni le cui vibrazioni sono limitate rispetto alla luce normale) può essere prodotta in laboratorio.
CONCETTI FONDAMENTALI – Gli organismi e le loro parti in qualche modo “sanno” quando iniziare, cambiare o smettere di crescere. Come i computer contano in modo algoritmico, logaritmico o binario, così la biologia “conta” nel suo modo biochimico.
CONSONANZA E DISSONANZA – Usando strutture di DNA autoassemblate come modelli, gli scienziati applicano la litografia morbida, la microscopia a forza atomica (AFM), la microscopia elettronica (EM), la microscopia elettronica criogenica (cryoEM), la spettroscopia di fluorescenza, la diffrazione di raggi X, la microfluidica, la coltura cellulare e la sintesi chimica come strumenti per sviluppare metodi di nanofabbricazione, come le reti di nanofili. Alcune idee semplici e pure come la topologia e la teoria dei nodi sono applicabili all’infinito in regni sia reali che immaginari.
CONTRO TUTTE LE PROSPETTIVE – Occasionalmente la storia della vita di qualcuno può sembrare scritta o artificiosa al punto da essere impossibile – una serie di eventi straordinari, coincidenze, grandi difficoltà e scelte cruciali che portano al lavoro e all’esperienza unici di quella persona, come per ricetta.
CREATURA NERVOSA – Gli organismi avvolgono un’unità informativa autonoma inondata di correnti e forze, elaborando, decifrando e rispondendo al loro ambiente. La creazione di reti neurali e l’analisi del loro comportamento richiedono l’interconnessione delle teorie matematiche dell’informazione, del calcolo, dell’ottimizzazione e dell’adattamento.
CUCCIOLA – Con determinazione e grande pazienza, il cercatore è spesso ricompensato con la scoperta di risultati unici e straordinari
DENTRO FUORI – Il tuo cervello non ha sempre saputo che il tuo braccio è il tuo braccio. Potrebbe averlo imparato nello stesso modo in cui qualcuno con un arto protesico impara a sperimentare l’arto artificiale come parte del proprio corpo. L’ampio uso di strumenti (immagina una racchetta da squash, un violino o persino una protesi meccanizzata) può anche portare alla sensazione che lo strumento o la macchina siano parte del tuo corpo.
DI COSA SONO FATTI I SOGNI – Molecole, sistemi molecolari e materiali possono essere simulati e progettati su computer, consentendo a scienziati visionari di immaginare e creare ambienti dagli atomi in su.
DIGITALE – Un chip microfluidico è una rete di tubi, valvole, camere di reazione e sensori racchiusi in un piccolo dispositivo in grado di effettuare sofisticate diagnosi mediche.
DISCRETIZZAZIONE – Il passaggio tecnologico nell’elettronica dall’analogico al digitale è stato accompagnato da un cambiamento di paradigma in matematica, con la matematica discreta e combinatoria che ha sostituito la tradizionale matematica analitica continua. Gli oggetti continui vengono ora convertiti in rappresentazioni discrete per l’elaborazione su computer digitali.
FACCIAMO QUESTO – Nel corso della storia evolutiva si è verificata un’incredibile varietà di forme di vita, la maggior parte delle quali ci sembrerebbero aliene e bizzarre ora. Durante l’era Cambriana, oltre 500 milioni di anni fa, si sono evoluti molti animali con strani piani corporei e strane appendici (proprio come potrebbero sembrare loro le nostre). Ciascuno dei regni di vita che conosciamo oggi – i protisti (eucarioti unicellulari), monera (procarioti), archaea, funghi, piante e animali – ha avuto inizio con un unico lontano antenato.
FIBRA ARCOBALENO – La scienza interdisciplinare richiede la capacità di sintetizzare molti fili di conoscenza, di legarli insieme e testarne la forza, quindi estrarre informazioni pertinenti.
FISICA IN FORMAZIONE – Le forme materiali richiedono una serie di forze, pesi, densità, vettori e altri ingredienti per creare anche una minuscola particella. Una miriade di combinazioni sfaccettate di calore, massa, movimento, luce e vibrazioni si combinano e si intrecciano senza soluzione di continuità per formare il mondo che ci circonda.
FLUORESCENZA – Quando la luce bombarda una molecola, un fotone può essere assorbito, nel qual caso l’energia extra fa vibrare più vigorosamente i legami della molecola. Parte di quell’energia vibrazionale extra si dissipa nell’ambiente circostante la molecola sotto forma di calore. Se l’energia non è completamente dissipata, le vibrazioni possono allinearsi per creare ed emettere un nuovo fotone con energia inferiore e una lunghezza d’onda (solitamente) maggiore; cioè, emettono fluorescenza.
FOGLIA D’ACERO – Nella scienza, raramente puoi vedere direttamente cosa stai studiando. I risultati sperimentali sono colorati da come viene posta una domanda e da quale apparato sperimentale viene utilizzato. Questo problema è particolarmente importante nella fisica quantistica.
FORESTA DI FILI – La natura costruisce potenti computer, il tuo cervello ne è un ottimo esempio. L’autoassemblaggio molecolare consente agli scienziati di creare circuiti elettrici facendoli crescere.
FORESTA DI KELP – Sulla superficie di un chip di DNA utilizzato per prototipare una cellula artificiale, i filamenti di DNA sono legati a un terreno, gli enzimi strisciano su e giù per i filamenti, sintetizzando nuove molecole che si allontanano lentamente. Alcune aree sono attive e affollate; in seguito, l’ondata di attività si sposterà.
GIARDINI PENSILI – Gli ingegneri molecolari possono progettare e sintetizzare polimeri complessi che crescono in modi quasi realistici. Come un ragno, una molecola ingegnerizzata può innescare l’inserimento di subunità polimeriche dietro di essa, “espellendo” così efficacemente un filo a cui rimane attaccata. Man mano che le frontiere dell’ingegneria si espandono, saranno possibili comportamenti ancora più realistici.
GOCCIOLINA – Gli esperimenti biochimici spesso richiedono piccoli volumi di liquido – microlitri, o meno… una frazione di una goccia di pioggia.
GRUN – L’eleganza della semplicità è un fine ambito nelle comunità scientifiche in tutti i tempi, luoghi e campi di ricerca. “Quello che si può fare con meno è inutile con più”. Guglielmo di Occam
GUARITRICE DIGITALE – Un chip microfluidico è una rete di tubi, valvole, camere di reazione e sensori racchiusi in un piccolo dispositivo in grado di effettuare sofisticate diagnosi mediche.
IL MEGLIO DI TUTTI I MONDI POSSIBILI – Il principio di minima azione afferma che, tra tutti i possibili percorsi che una particella, come un fotone, potrebbe intraprendere, prenderà quello con la minima energia integrata. Principi di ottimizzazione analoghi vengono utilizzati nel software che trova il percorso migliore dal luogo A al luogo B, trova il prezzo migliore per un biglietto per un concerto o trova l’interpretazione più probabile dei dati.
IL MIRACOLO DELLA FULIGGINE – I nanotubi e i buckyball (dal nome di Buckminster Fuller) sono gabbie a rete su scala atomica, simili a fili di pollo, le cui notevoli proprietà consentono intriganti scienze fondamentali e nuove applicazioni tecnologiche. Trovati nella fuliggine del materiale carbonioso bruciato, essi, come il diamante, il carbone e la grafite, sono formati da processi naturali.
IL MONDO DI SEIFERT – Se si disegna una linea ondulata a caso sulla carta e, alle intersezioni, si chiarisce quale parte va sopra e quale va sotto, c’è, immaginabilmente, una superficie contenuta all’interno
del Suo scarabocchio. Un filo sottile piegato in una curva contorta ma chiusa e immerso in acqua saponosa rivela tale superficie.
IL PERCORSO CHE CONOSCE – I cristalli possono crescere in modi sorprendentemente complessi. Cristalli sintetici di bismuto si sviluppano come scale a chiocciola ad angolo quadrato. Con la capacità di progettare macromolecole, i programmatori possono creare cristalli in grado di rispondere “in modo intelligente” agli ostacoli che incontrano lungo un percorso di crescita previsto.
IMPALCATURA INTERNA – Le cellule biologiche contengono reti di barre, montanti e cavi su scala molecolare: il citoscheletro. Costantemente aggiustato e ricostruito, il citoscheletro dà alle cellule la loro forma. La capacità di creare tali reti, sebbene spesso in una forma più semplice, è una proprietà intrinseca di molti polimeri, anche non biologici, che consente ai chimici di esplorare eticamente i principi di questa forma di auto-organizzazione.
INDECIFERABILE – È semplice fare un nodo complesso, impostare una combinazione o un codice. È molto più difficile sciogliere il nodo o decifrare il codice.
INTERMEDIO – La materia mescolantesi a tutti i livelli, dai neutrini al cosmo, esiste necessariamente in un contenitore. L’importanza annidata dello spazio “vuoto” è spesso trascurata semplicemente perché “non c’è”.
INTROSPEZIONE MOLECOLARE – Quando molecole informative come DNA, RNA e proteine si piegano da una catena lineare floscia in una forma concreta, come un enzima o un’altra nanomacchina, il processo è diretto da sottosequenze lungo la catena che cercano sottosequenze corrispondenti altrove nella catena, quindi legare e bloccare per stabilizzare la piega.
ISTANZIAZIONE – I programmi per computer devono creare costantemente nuovi oggetti di dati quando sono necessari. Spesso viene utilizzato un modello standard e vengono compilati vari elementi numerici, testuali o algoritmici del modulo per costruire l’oggetto specifico di interesse. Allo stesso modo, per comprendere il mondo che ci circonda, la mente crea nuove idee riempiendo modelli generali memorizzati nella cache con informazioni sull’argomento in questione.
LA BIRRERIA – Molte idee grandiose e ispirate sono venute in mente a pensatori mentre erano completamente disconnessi dal loro compito mentale. Un’idea o una soluzione a lungo ricercata può emergere spontaneamente durante un momento di relax e distrazione, un “Aha!” momento.
LABORATORIO MOLECOLARE DI TINKER – La biologia sintetica è l’ingegneria e la costruzione di dispositivi molecolari che funzionano all’interno delle cellule. I materiali di costruzione sono enzimi di restrizione per tagliare il DNA, polimerasi per copiare DNA e RNA, ribosomi per tradurre l’RNA in proteine e una miriade di trucchi chimici per gli ultimi ritocchi.
LA FORZA DELL’IMPOSSIBILITA’ – In matematica si possono definire oggetti (come insiemi o funzioni) impossibili da calcolare. Eppure questi oggetti impossibili possono fornire informazioni che chiariscono ciò che è possibile. Nell’arte e nella scienza, il raggiungimento di un determinato risultato è una piccola parte di un lungo processo.
L’OMBRA DELLA PERFEZIONE – La matematica studia oggetti perfetti – l’ideale platonico – ma spesso le dimostrazioni possono essere disordinate e confuse.
L’OSTACISTA – Nell’esplorazione di frontiere sconosciute, non sai mai quali saranno le prossime sorprese. Con una curiosità persistente e un’attenta riflessione, fatti chiaramente definiti emergono dal caos di molteplici variabili e dall’incertezza sperimentale.
LA PERDITA DELL’ENTROPIA – La vita potrebbe essersi originata da cristalli minerali presenti in natura che si sono replicati mediante processi mineralogici spontanei, fornendo infine la struttura e stimolando la produzione di molecole organiche che costituiscono la base per gli organismi moderni. (Vedi anche ‘Matrice Terrestre’)
LA TESSITORA – Con la giusta intuizione e un tocco attento, il DNA può essere programmato per assemblarsi in oggetti incredibilmente complessi su scala nanometrica chiamati “DNA origami”.
LIBELLINE – Gli oggetti scambiano molecole al contatto. Il residuo lasciato da ciascuno può avviare un nuovo modello di crescita, come la cristallizzazione, sul suo nuovo ospite.
LUCE INTERIORE – L’intuizione diventa più forte con l’uso e il nutrimento, e ha un modo potente di rompere le convenzioni e le costrizioni imposte dagli approcci tradizionali.
MATRICE TERRESTRE – A.G. Cairns Smith ipotizza che i cristalli di argilla abbiano generato la vita. Il reticolo cristallino, mentre cresceva e si rompeva, forniva l’impalcatura per nuove crescite cristalline. Quando questi cristalli hanno incorporato più molecole organiche nella loro struttura, alla fine sono diventati abbastanza sofisticati da cooptare la matrice del loro ospite e fluttuare via, forse con la marea successiva, come vita autonoma. (Vedi anche ‘La perdita dell’entropia’)
MOTORE DEL CITOSCHELETRO – Il citoscheletro di una cellula è costituito da una rete di “raggi I” su scala molecolare che mantengono la cellula nella sua forma. Alcune cellule ingegnerizzate possono strisciare facendo crescere il loro citoscheletro su un lato mentre lo dissolvono sull’altro.
MYMOSH L’AUTOGENERATO – In un racconto di Stanislaw Lem, Mymosh è nato accidentalmente quando un oggetto lanciato da un’astronave di passaggio ha fatto tremare una discarica post-nucleare, facendo cadere, scontrare e attaccare vari oggetti, formando un essere pensante.
NATURA MORTA CON ACTINOLITE – Il naturalista sente un’affinità con i vari prodotti della natura in tutta la loro particolarità e bellezza. Ognuno di noi è unico, siamo attratti o incuriositi da diversi insiemi di trame, processi, funzioni, valori e colori delle cose. Queste cose e combinazioni ci influenzano in modi silenziosi e invisibili, condivisi in tutta l’umanità.
NATURA MORTA CON PRUGNE E CIOCCOLATO – Quando inizia un nuovo laboratorio, è importante mantenerlo alimentato con entusiasmo, energia e soprattutto spuntini di mezzanotte.
NATURA MORTA GALLEGGIANTE – Quelli che hanno l’istinto di valutare e fare ciò che deve essere fatto, e di prendersi cura dei bisogni degli altri, sollevano lo spirito e migliorano la vita di coloro che li circondano.
NEUROTANGO – Quando ascolti la musica, i neuroni nelle tue orecchie codificano i suoni in una sequenza di segnali elettrici, chiamati treni di picchi, che registrano il ritmo, i toni e la consistenza di ciò che stai ascoltando. I treni di punte vengono inviati alla tua corteccia, dove i suoni vengono percepiti, apprezzati e interpretati.
NIDO DI ROCCIA – Dietro una barriera apparentemente impenetrabile c’è spesso un luogo calmo di quieto sostentamento; arrivarci potrebbe essere più facile, anche se più tortuoso, di quanto si pensi.
NOTE PER SE STESSO – Una varietà di comunicazioni, come una risata, un saluto o un sospiro, sono prontamente comprese da quasi tutti, e anche da alcuni animali. Altri segni e segnali sono più esoterici, forse compresi solo da uno o pochi.
NOTTE SILENZIOSA – Preparando un campione per la microscopia a forza atomica, complesse molecole autoassemblate si depositano su una superficie di mica, dove presto verranno riprese. (Vedi anche “Ali”.)
959 – Il nematode Caenorhabditis Elegans è matematicamente unico in quanto gli individui wild-type contengono esattamente 959 cellule. Anche la posizione di ciascuna cella è determinata con precisione. C. Elegans è trasparente, quindi la funzione cellulare e il lignaggio sono facili da tracciare.
OMUNCOLO – Come esseri intelligenti che imparano dal loro ambiente, incarniamo specchi del mondo e persino specchi di noi stessi. Un esempio notevole è che se osservi la corteccia sensoriale e motoria del cervello e chiedi a quale parte del corpo appartiene, ottieni una mappa (distorta) del corpo.
PERCORSO DI FARFALLA – Alla fine si lascia la sicurezza di casa e si intraprende il proprio cammino nel mondo, dove gli occhi sono aperti da possibilità e meraviglie, dai ponti lasciati dai nostri predecessori e dagli intrighi delle macchine della vita.
PIANO DI 500 ANNI – Il viaggio interstellare potrebbe plausibilmente essere gestito da astronavi autoassemblanti, che atterrerebbero su un pianeta o una meteora conveniente, assemblerebbero nuove parti dalle materie prime disponibili, effettuerebbero riparazioni e sarebbero di nuovo in viaggio.
PIOGGIA DI ASTRAZIONI – I problemi tecnici vengono spesso risolti elaborando soluzioni a equazioni complesse. In alcune aree dell’informatica, la soluzione più elegante a un problema si raggiunge semplicemente definendo le giuste rappresentazioni astratte di dati e processi, per una soluzione sorprendentemente semplice.
PONTI QUANTISTICI – Una parte essenziale del lavoro alle interfacce tra scienza e tecnologia è la capacità di mettere in relazione i fenomeni su diverse scale di lunghezza, dove siamo costretti a pensare alla materia e alle sue proprietà in modi diversi.
PROCESSIONE MIGRATORIA – I robot molecolari distribuiti sono mandrie di macchine semplici che comunicano tra loro per svolgere compiti collettivi. Come le formiche, questi robot possono attaccarsi l’uno all’altro per formare catene o camminare uno sopra l’altro per creare sovrastrutture collettive.
PROCESSO DI ELIMINAZIONE – Le terapie mediche avanzate coinvolgono robot molecolari programmati per “strisciare” all’esterno delle cellule bersaglio (come le cellule tumorali) dopo aver riconosciuto i marcatori diagnostici della superficie cellulare che li identificano come maligni. Quando la molecola interagisce con la membrana cellulare, la taglia in modo efficace, distruggendo la cellula.
PRODUTTORI DI VASI – Le persone hanno a lungo utilizzato materiali biologici – pelle, capelli, ossa, legno – come materiale da costruzione per realizzare meraviglie tecnologiche – stivali di pelle, maglioni di lana, coltelli d’avorio, barche a vela. Oggi siamo in grado di utilizzare polimeri biologici come DNA, RNA e proteine anche per creare meraviglie su scala molecolare.
QUASI REALE – Le astrazioni matematiche non assomigliano mai alla realtà, ma sono spesso altrettanto potenti e spesso più concettualmente illuminanti, in modo astratto.
REAMI IMPEGNALATI – Le teorie della meccanica quantistica e la loro convalida sperimentale hanno a lungo confuso i nostri macchinari e la nostra tecnologia, e la nostra intuizione collettiva della natura della realtà. La nostra innata mancanza di capacità di osservare le scale di micro e macroparticelle limita la nostra comprensione di un cosmo quantistico interconnesso.
REAZIONE – DIFFUSIONE – I processi chimici possono creare motivi simili alle macchie sui leopardi, al patchwork sulle giraffe, alle strisce sulle zebre. Potrebbero essere creati modelli più complessi se la chimica potesse essere programmata.
RICORRENZA – La teoria del controllo studia come i circuiti di feedback tra sensori e attuatori possono essere utilizzati per creare robusti sistemi reattivi, dal controllo della velocità di crociera di un’auto ai robot in una fabbrica, o circuiti biochimici all’interno di una cellula.
RIORDINAMENTI – L’autoassemblaggio è un processo che crea spontaneamente ordine. Su scala molecolare, i componenti autoassemblanti non “sanno” dove andare, ma ci arrivano. Le particelle si combinano e si depositano in così tanti modi, incastrandosi in modo casuale, che alla fine, a poco a poco, diventano complesse e possono costruire ancora di più.
RITRATTO DI PETER GACS – Sin dai tempi di Pitagora e probabilmente prima, i matematici hanno visto il mondo come composto da numeri, il che ha portato a grandi intuizioni.
SCIAME E FORMA – Un individuo è una raccolta auto-organizzata di parti più piccole, spesso presenti in due categorie: movimento globale e interazioni di elementi vaganti (come api o cellule sanguigne) e matrici locali di elementi fissi disposti geometricamente (come nidi o cellule cerebrali).
SCRIGNO DEL TESORO – Tutti gli oggetti materiali sono fatti di una sola cosa: gli atomi. Se potessi separare gli atomi in un oggetto e rimetterli insieme con estrema precisione, potresti creare un altro oggetto.
SE AVETE IL CORAGGIO – L’indagine scientifica non è mai completa. Dal punto di vista di nuove esperienze e conoscenze arrivano nuove direzioni di ricerca.
SINCRONIZZAZIONE – Gruppi di cellule (in particolare nel sistema nervoso) e gruppi di organismi, come uno stormo di uccelli, un banco di pesci o una colonia di formiche o lucciole, possono lavorare insieme in schemi concertati e sincronizzati, come se seguissero segnali percepito solo dal loro gruppo. Un giorno gli scienziati potrebbero imparare a osservare e rilevare questi segnali sfuggenti (per noi).
S.S.S. – Per tutto quello che hai visto, c’è dell’altro che ancora non vedi. La scienza è guidata dalla percezione dell’invisibile e dell’ignoto.
STAVO COSÌ COINVOLTO – Scienziati e artisti vengono assorbiti dal loro lavoro, dimenticando di mangiare o perdendo la cognizione del tempo, del luogo e (quando è davvero buono) anche di se stessi.
SUSSURRATORE DI ROCCIA – La tecnologia dei chip per computer è fondamentalmente geologia artificiale. La litografia, la tecnica utilizzata per ritagliare fili e transistor in un chip di silicio, può costruire molti strati di strutture su una lastra di silicio. Ma per padroneggiare veramente l’arte di trasformare la roccia inanimata in una macchina pensante è necessario comprendere la natura del materiale. Ti dirà cosa può fare; ascolta il silicio.
TENSEGRITÀ – Alcune strutture sono fatte di corde e puntoni (come un ponte sospeso, o le ossa e i tendini delle creature viventi) dove ogni puntone è separato, e ogni cavo è teso in modo tale che la struttura non collassi. L’integrità tensionale di un oggetto o di un sistema creato da questo equilibrio di membri tensionali è la tensegrità, o coesione fluttuante.
UNA MENTE PREPARATA – Spesso il miglior risultato scientifico è il più semplice. Una soluzione o una scoperta può, con il senno di poi, essere così semplice e ovvia da risultare sorprendente o elegante. Tuttavia, avvicinarsi a quella semplice verità potrebbe aver richiesto strumenti sofisticati e metodi complessi per esplorare migliaia di possibilità.
UNIONE/SCISSIONE – Alcuni scienziati ritengono che le molecole organiche ruspanti, prima della vita, si unissero spontaneamente per creare i primi organismi. L’unione e la scissione possono essere osservate in laboratorio quando gli scienziati creano nanotubi autoassemblanti noti come “polimeri viventi”.
UNO STRAPPO NEL TESSUTO – Oggetti autorigeneranti da semplici (ad esempio l’acqua) a complessi (ad esempio la coda di una salamandra) sono in grado di riparare i danni alla loro struttura. Nella biologia molecolare, i frammenti autoriparanti sono buoni candidati per la mutazione, e quindi per l’evoluzione. Il processo di scoperta matematica può essere esso stesso autoriparante, in quanto bilancia la confusione causata dai paradossi del mondo reale.
UN PRIMO ASSAGGIO – L’esposizione in giovane età alla gioia della scoperta può causare un serio imprinting e fare un’impressione per tutta la vita sul proprio fattore di curiosità.
VISIONE FRAMMENTATA – Nel cervello, le scene visive sono scomposte in pezzi elementari – contorni, colori, angoli, movimento – da cui derivano percezioni più complesse – trame, forme, azioni – e alla fine vengono riconosciute le caratteristiche importanti della scena. Come per il sogno, uno sguardo più profondo nella corteccia visiva rivela una disintegrazione ancora più fine di ogni pezzo di una scena, pixelata e poi ricostruita all’interno della testa di un osservatore.
VISTA – La retina è una complessa rete di cellule neurali che rilevano la luce e iniziano immediatamente l’elaborazione del segnale per ridurre il rumore, aumentare la sensibilità e identificare le regioni di contrasto e movimento. Mentre l’occhio dell’insetto è costituito da una griglia esagonale regolare di cellule quasi identiche, ciascuna con il proprio cristallino e neuroni, l’occhio di un mammifero ha un solo cristallino e molti neuroni fotorecettori distanziati in modo irregolare.
ZOO DI PERLE – In un’emulsione, le gocce d’acqua vengono circondate e separate dall’olio. Ogni goccia d’acqua può essere riempita con un diverso insieme di molecole (forse casuali), i cui comportamenti possono quindi essere osservati. Gli scienziati possono utilizzare queste goccioline per eseguire milioni di piccoli esperimenti in parallelo.