Fondamentale nella ricerca

In questi giorni di mobilitazione delle Università italiane si parla molto di ricerca fondamentale e di quanto questa sia importante per una società. Si citano spesso scoperte che sembravano inutili e che poi hanno portato a grandi sviluppi tecnologici, farmacologici, medici, che hanno portato cioè ad un miglioramento del benessere materiale della società. Certo alcune linee di ricerca porteranno a qualcosa di simile, avranno un impatto sulla tecnologia applicata forse grande, forse piccolo, forse non l’avranno affatto. E sicuramente è difficile, forse sarebbe meglio dire con onestà che è impossibile sapere quando e se un’attività della ricerca fondamentale avrà una reale applicazione. Insomma si cerca di difenderne ed affermarne l’importanza per la società magari citando dei famosi esempi del passato, ma la società che ne è estranea (e concentrandomi nel campo propriamente detto della ricerca scientifica praticamente si tratta di tutta la società d’Italia come del resto del mondo) credo difficilmente possa realmente convincersene, possa comprendere l’importanza di una attività che le sfugge totalmente.

Allora provo a partire da un esempio pratico, cercando di raccontare brevemente dei risultati che abbiamo ottenuto presso il nostro laboratorio al CNRS[1] nella forma più semplice possibile – chi poi voglia verificare e approfondire sulle riviste specializzate può leggersi tre articoli che sono già pubblicati da noi sull’argomento[2]. L’argomento in questione è l’idratazione dei cationi trivalenti della serie dei Lantanidi. Detto così già sembra turco, ma è molto più semplice di quanto sembri. I lantanidi sono quegli atomi che stanno in basso nella tavola periodica degli elementi (quelli sfigati o privilegiati, a seconda dei punti di vista, che sono fuori, in basso, strani, detti anche “terre rare”, qualcosa di esotico insomma) e i cationi trivalenti sono atomi che hanno perso tre elettroni così da portare tre cariche positive. Insomma come il sodio del sale che si mette nell’acqua per la pasta, solo che il sodio ha una sola carica positiva, questi ne hanno tre (e tralascio altri dettagli). Quindi questi ioni, quando non sono tanti (ovvero quando la concentrazione è bassa, così che i gruppi negativi, gli equivalenti del cloruro nel sale, non vedono i loro partners positivi in acqua) attirano molecole di acqua intorno a loro e formano degli edifici molto belli composti da uno ione e un certo numero di molecole di acqua. Ora esistono alcune tecniche sperimentali per determinare le proprietà strutturali di questi edifici (ovvero quante molecole sono le vicine di ogni ione positivo e a che distanza) però è molto difficile determinarle con certezza, così che si fa appello a dei “modelli teorici” che cercano di costruire, a partire dallo studio delle interazioni fisiche che stanno alla base della solvatazione[3], questi edifici, e così interpretare i risultati e capire come stanno le cose. La cosa interessante nell’idratazione dei lantanidi è che il primo ione della serie (il lantanio) ha nove molecole vicine, che formano una bellissima struttura dove lo ione è al centro, sei molecole d’acqua sono i vertici di un prisma a base triangolare che lo circonda e le tre restanti sono al centro del prisma, un po’ più lontane, ognuna davanti ad una faccia del prisma (ovviamente il prisma è una semplificazione e idealizzazione mentale, ma questo è già un risultato “sottile”), mentre l’ultimo della serie ha solamente otto molecole vicine, la cui struttura non è chiarissima, probabilmente un antiprisma a base quadrata (anche qui non è così difficile, due disegni renderebbero le cose molto più chiare …). Quello che succede nel mezzo della serie non è molto chiaro (anzi dovremmo forse dire non era). Si credeva (e qualcuno ci crede ancora) che per una qualche ragione al centro della serie ci fosse un passaggio improvviso, ovvero fino ad un certo atomo si avrebbero ancora nove molecole d’acqua a formare l’edificio della solvatazione e poi da un certo atomo (il Gadolinio) improvvisamente otto. Questo è stato recentemente chiamato “il mito del Gadolinium break”. Ecco di un mito si trattava, e costruendo un modello che rappresenta in modo sufficientemente accurato le interazioni presenti tra tutti gli ioni lantanidi e l’acqua (e tra le molecole di acqua) abbiamo potuto mostrare come l’andamento sia diverso, riproducendo le proprietà sperimentali delle distanze tra gli ioni e le molecole d’acqua vicine, proprietà che sono ottenute con una grandissima precisione dagli esperimenti, mentre molto più dubbie sono le informazioni sul numero di molecole d’acqua vicine allo ione. Nello specifico, non esiste un passaggio brusco, ma un equilibrio dinamico tra due strutture che per i primi lantanidi privilegia la struttura con nove molecole d’acqua e alla fine quella con otto. Ovvero si deve pensare non in termini di strutture rigide e immutabili ma di fluttuazioni tra strutture, in altre parole in termini di un sistema dinamico, una danza continua tra le due figure. Infine, curiosamente, lo stesso mese in cui è stato pubblicato il nostro articolo che mostrava come il Gadolinium break non esiste. un articolo sperimentale diceva anch’esso che questo era solo un mito.

Per tornare alle domande iniziali. Tutto questo a cosa serve per la società? Porterà mai ad un avanzamento tecnologico, medico, farmacologico? Potrà al massimo aiutare per la comprensione di altri edifici che costruiscono i lantanidi in altre condizioni, la qual cosa a sua volta non necessariamente sarà utile (ma forse già di più, poiché, e lo dico solo ora, questi lantanidi sono implicati nei processi dell’industria nucleare ed è molto importante poterli separare da altri ioni molto simili, gli attinidi, che hanno il vizio di essere anche radioattivi). Ma cosa si è imparato? Cosa lo studente di dottorato che ha fatto la sua tesi dell’Università di Parigi XI con noi sull’argomento ha imparato (oltre a conoscenze specifiche, ovviamente)? Ha imparato per prima cosa un metodo, il metodo sistematico, sequenziale. Affrontare un grande problema passo dopo passo, cercando di risolvere una questione dopo l’altra senza farsi soffocare dalla complessità generale, senza dire “ah ma questo va visto in un’ottica più ampia”, e così bloccarsi, avendo cioè sì presente l’ottica più ampia ma al tempo stesso lavorando su ogni singola questione separatamente. Nient’altro che la versione scientifica del vecchio divide et impera. Ha imparato anche che la cosa importante è porsi la domanda giusta (come dice un mio ex capo americano “the most important question is: what is the question?”). Ma soprattutto, si è cercato di guardare il problema sotto altri punti di vista, superare i preconcetti, non farsi frenare dall’ortodossia ma, muovendosi sempre comunque con i piedi ben saldi per terra, esplorare strade poco battute.
E tutto questo non è forse un grande progresso per la società? Persone che, anche magari solo per un periodo limitato della propria vita, hanno avuto l’abitudine di pensare, ragionare, prendere iniziative intellettuali, non dare nulla per scontato, nulla calato dall’alto, non sono poi dei cittadini pieni, coscienti, liberi ? Non si contribuisce ad una società più giusta e libera, nel nostro piccolo? Non è qualcosa di veramente fondamentale, più della costruzione di un nuovo transistor o un sistema di comunicazione senza fili? Ma non è questo che forse temono molti? Sono più pericolose mille teste pensanti che un milione di affamati manipolabili. A quest’ultimi si è sempre dato panem et circenses, ai primi …

1) Laboratoire Analyse e Modélisation pour la Biologie et l’Environnement, LAMBE, UMR 8587 CNRS, Université d’Evry Val d’Essonne.
2) M.Duvail, M.Souaille, R.Spezia, T.Cartailler and P.Vitorge. Pair interaction potentials with explicit polarization for molecular dynamics simulations of La3+ in bulk water. Journal of Chemical Physics, vol. 127:034503, 2007. ; M.Duvail, R.Spezia, T.Cartailler and P.Vitorge. Temperature Influence on La3+ Hydration studied by Molecular Dynamics. Chemical Physics Letters, vol. 448, pag. 41-45, 2007. M.Duvali, R.Spezia and P.Vitorge. A dynamical model to explain hydration behaviour through Lanthanide series. ChemPhysChem, vol 9, pag. 693-696, 2008.
3) La solvatazione è il processo che consente agli ioni di essere sciolti in acqua senza formare dei precipitati (ovvero dei solidi) o degli aggregati. Insomma quando si butta un sale in un liquido e non cambia la consistenza del liquido.