Corso di storia della scienza: 14 Il periodo postbellico

 

Scoperte scientifiche e informatiche: DNA, teoria quantistica, codice genetico e informatica

La seconda metà del XX secolo è stata caratterizzata da progressi scientifici e tecnologici che hanno ridefinito la biologia, la fisica e l’informatica. Tra questi, la scoperta della struttura del DNA, lo sviluppo della teoria del campo quantistico e dell’elettrodinamica quantistica, la decifrazione del codice genetico e le innovazioni informatiche rappresentano tappe fondamentali nella storia della scienza moderna.

1. Scoperta della struttura del DNA (1953)

La scoperta della struttura a doppia elica del DNA è una delle conquiste più significative della biologia molecolare, gettando le basi per la genetica moderna¹. Il merito principale va a James Watson e Francis Crick, i quali utilizzarono dati sperimentali di Rosalind Franklin e Maurice Wilkins ottenuti tramite diffrazione dei raggi X².

Il modello di Watson e Crick, annunciato il 25 aprile 1953 e pubblicato su Nature, mostrava che il DNA è costituito da due filamenti elicoidali complementari, con basi azotate che si appaiano specificamente (adenina con timina, guanina con citosina). Questo modello spiegava in modo elegante come il DNA potesse immagazzinare e trasmettere informazioni genetiche³.

La scoperta ha permesso di comprendere la replicazione del DNA, la sintesi proteica e i meccanismi alla base delle malattie genetiche, aprendo la strada alla biotecnologia moderna, alla terapia genica e al DNA ricombinante. Watson, Crick e Wilkins ricevettero il Premio Nobel per la Medicina nel 1962; Franklin, morta prematuramente nel 1958, non fu inclusa nel premio, benché il suo contributo sia stato fondamentale⁴.

2. Teoria del campo quantistico e elettrodinamica quantistica (anni ’40-’50)

La teoria del campo quantistico (QFT) è un quadro teorico che estende la meccanica quantistica trattando le particelle come eccitazioni di campi quantistici che permeano lo spazio⁵. Questa teoria ha permesso di unificare la descrizione delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali, fornendo la base per l’elettrodinamica quantistica (QED).

La QED descrive le interazioni elettromagnetiche tra particelle cariche (elettroni, positroni) e fotoni, incorporando i principi della meccanica quantistica e della relatività speciale. Gli scienziati Richard Feynman, Julian Schwinger e Sin-Itiro Tomonaga svilupparono questa teoria tra gli anni ’40 e ’50, che oggi rappresenta una delle teorie più precise della fisica sperimentale⁶.

La QED ha avuto un impatto cruciale nello sviluppo della fisica delle particelle e ha fornito strumenti concettuali per la costruzione di altre teorie quantistiche dei campi, come la cromodinamica quantistica (QCD) e la teoria elettrodebole.

3. Decifrazione del codice genetico (anni ’60)

La decifrazione del codice genetico ha permesso di comprendere come le informazioni genetiche contenute nel DNA siano tradotte in proteine⁷. Dopo la scoperta della doppia elica, studi sui batteri e sui fagi dimostrarono che il DNA è il materiale genetico responsabile della trasmissione ereditaria.

Nel 1961, François Jacob e Jacques Monod identificarono l’RNA messaggero (mRNA) come intermediario tra DNA e sintesi proteica. Successivamente, Marshall Nirenberg, Har Gobind Khorana e altri scoprirono i primi codoni specifici, rivelando la corrispondenza tra triplette di nucleotidi e amminoacidi. Il codice genetico si rivelò universale e degenerato, poiché molti amminoacidi sono codificati da più di un codone⁸.

Queste scoperte hanno aperto la strada alla biologia molecolare moderna, all’ingegneria genetica, alla clonazione e a terapie mirate per malattie genetiche.

4. Esplorazione spaziale e sbarco sulla Luna (1969)

Il programma Apollo, avviato dalla NASA nel 1961, aveva l’obiettivo di portare l’uomo sulla Luna. Il 20 luglio 1969, la missione Apollo 11 portò Neil Armstrong e Buzz Aldrin sulla superficie lunare, mentre Michael Collins rimase in orbita nel modulo di comando⁹.

Le missioni Apollo successive raccolsero dati scientifici e campioni lunari, stimolando la ricerca in astronomia, astrofisica e tecnologia spaziale. Lo sbarco sulla Luna dimostrò che obiettivi apparentemente impossibili possono essere raggiunti con innovazione tecnologica e cooperazione internazionale.

5. La storia dell’informatica e dei primi computer

L’informatica moderna si sviluppa attraverso tappe fondamentali:

• ENIAC (1945): primo computer elettronico a larga scala, utilizzava valvole termoioniche per calcoli balistici durante la Seconda Guerra Mondiale¹⁰.

• Fortran (1957): linguaggio di programmazione ad alto livello per scopi scientifici e ingegneristici¹¹.

• Minicomputer (anni ’60-’70): PDP-8 della DEC, computer più accessibili e compatti per applicazioni industriali e scientifiche¹².

• Microprocessori (Intel 4004, 1971): integravano CPU su un singolo chip, inaugurando l’era dei computer personali¹³.

Questi sviluppi hanno gettato le basi per la rivoluzione digitale, trasformando la società e aprendo la strada all’informatica moderna e alla tecnologia dei PC.

Note

1. Watson, J.D., & Crick, F.H.C. (1953). A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid. Nature, 171, 737-738.

2. Franklin, R., & Wilkins, M. (1952). X-ray diffraction studies of DNA. King’s College London Archives.

3. Watson, J.D., & Crick, F.H.C. (1953). Molecular structure of nucleic acids. Nature.

4. Nobel Prize. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1962. NobelPrize.org.

5. Schweber, S.S. (1961). QFT and Particle Physics. Harper & Row.

6. Feynman, R., Schwinger, J., Tomonaga, S. (1949-1950). Quantum Electrodynamics. Physical Review.

7. Jacob, F., Monod, J. (1961). Genetic regulatory mechanisms in the synthesis of proteins. Journal of Molecular Biology.

8. Nirenberg, M., Khorana, H.G. (1961-1966). Deciphering the genetic code. Science.

9. NASA. Apollo 11 Mission Overview. NASA.gov.

10. Mauchly, J., & Eckert, J.P. (1946). ENIAC: Electronic Numerical Integrator and Computer. University of Pennsylvania.

11. IBM. (1957). Fortran I Programming Language. IBM Archives.

12. Digital Equipment Corporation. (1965). PDP-8 Technical Manual. DEC Archives.

13. Intel Corporation. (1971). Intel 4004 Microprocessor Datasheet. Intel Archives.

Bibliografia

• Watson, J.D., & Crick, F.H.C. (1953). A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid. Nature.

• Franklin, R., & Wilkins, M. (1952). X-ray diffraction studies of DNA. King’s College London Archives.

• Schweber, S.S. (1961). QFT and Particle Physics. Harper & Row.

• Feynman, R., Schwinger, J., Tomonaga, S. (1949-1950). Quantum Electrodynamics. Physical Review.

• Jacob, F., Monod, J. (1961). Genetic regulatory mechanisms in the synthesis of proteins. Journal of Molecular Biology.

• Nirenberg, M., Khorana, H.G. (1961-1966). Deciphering the genetic code. Science.

• NASA. (1969). Apollo 11 Mission Overview. NASA.gov.

• Mauchly, J., & Eckert, J.P. (1946). ENIAC: Electronic Numerical Integrator and Computer. University of Pennsylvania.

• IBM. (1957). Fortran I Programming Language. IBM Archives.

• Digital Equipment Corporation. (1965). PDP-8 Technical Manual. DEC Archives.

• Intel Corporation. (1971). Intel 4004 Microprocessor Datasheet. Intel Archives.

• Nobel Prize. (1962). The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1962. NobelPrize.org.