Rispondere al citofono di Darwin

Teoria gerarchica dell’evoluzione. E’ veramente una novità promettente?

Nella religione cattolica la quaresima è un tempo di penitenza, per cui, dopo il mio ultimo articolo sento di segnalare tre cose da farmi perdonare: mi scuso con i nostri lettori per aver dato una descrizione esageratamente semplicistica del Neodarwinismo (ne riparleremo più avanti), per aver sforato l’insieme delle mie conoscenze e per non aver affrontato in passato un argomento che non potevo ignorare, la Teoria Gerarchica dell’Evoluzione.

Ideata dal paleontologo Niles Eldredge (famoso, tra i vari motivi, per l’articolo scritto da lui e da Stephen Jay Gould “Punctuated equilibria: the tempo and mode of evolution reconsidered” che ha portato alla Teoria degli Equilibri Punteggiati), tale teoria ha dal 2014 un sito ad essa dedicato, che è stato reso noto da Pikaia  e che per fortuna mia e vostra è abbastanza chiaro e comprensibile.

La Teoria Gerarchica è una sorta di meta-teoria dell’evoluzione che raccoglie e riordina tutte le conoscenze attuali a proposito dell’evoluzione in due grandi blocchi in interazione tra loro, ciascuno dei quali rappresenta una struttura gerarchica di livelli crescenti, ognuno costruito a partire da quello inferiore. Nella Figura 1 vediamo che la gerarchia di sinistra è detta “genealogica” e riguarda i livelli in cui può muoversi l’”informazione”, cioè dai geni, ai cromosomi che contengono i geni, agli organismi, alle popolazioni e così via, mentre la gerarchia di destra è detta “ecologica” e consiste negli spazi in cui può spostarsi la “materia e l’energia”, includendo quindi anche gli elementi inorganici come le molecole alla base di tutto e l’habitat in cui vive una specie.

Ognuna delle linee che collegano uno dei livelli di una gerarchia con un livello dell’altra rappresenta un possibile pattern evolutivo. Un “pattern” è un modello usato per descrivere tutti quei casi in cui l’evoluzione, pur non manifestandosi con una vera e propria legge, segue comunque un certo tipo di regolarità che le permette di essere suddivisa in casi particolari.

Per intenderci, possiamo guardare la Figura 2:

Questa figura rappresenta il caso limite della sola azione della selezione naturale, cioè il caso in cui la lotta per la sopravvivenza tra membri di una popolazione di una data specie induce un cambiamento evolutivo in quella stessa popolazione.

Eldredge capì che al fine di rendere maneggevole la Teoria non si potevano considerare tutti i casi della Figura 1, ma ovviamente nemmeno semplificare troppo come per la Figura 2, così si è passati a quella che un fisico potrebbe chiamare “approssimazione al primo ordine”, cioè un modello detto “sloshing bucket” (si riferisce al moto irregolare di un fluido in un secchio che si muove), schematizzato nella Figura 3:

L’ipotesi aggiuntiva in questo caso è che i cambiamenti che avvengono in un dato livello di una gerarchia provocano cambiamenti nel livello dell’altra che occupa una posizione analoga, in pratica è una specie di proporzionalità tra i cambiamenti, per esempio quelli ambientali visti come “causa” e quelli che si manifestano nella gerarchia genealogica trattati come “effetto”.

Uno schema analogo a quello della Figura 3 ma più moderno e ordinato è dato dalla Figura 4:

Le ragioni del passaggio alla Teoria Gerarchica, che comunque richiede ancora una sistemazione a giudizio del sito che ne tratta, sono molteplici, la principale è la necessità di superare il genecentrismo che per molto tempo caratterizzò il Neodarwinismo (cioè l’idea che i geni e i loro cambiamenti fossero la sola base dei meccanismi evolutivi); nella Teoria Gerarchica invece i geni rappresentano solo uno dei livelli più “bassi” di una delle due gerarchie che descrivono i protagonisti dell’evoluzione.

Il merito principale che si può vedere in questa teoria, come scritto esplicitamente sul suo sito, è quindi un approccio metodologico non riduzionistico, ma un altro interessantissimo aspetto è che i “legami causa-effetto” non sono solo tra una gerarchia e l’altra, ma anche verticalmente lungo una stessa gerarchia.

Nel caso di variazioni concatenate che inducono variazioni “dal basso verso l’alto”, la questione non è nuova, basta pensare al classico esempio di una mutazione genetica che cambia una caratteristica importante di un animale, per cui questo può portare ad un vantaggio nella lotta per la sopravvivenza e tramite la discendenza quel carattere prolifera e cambia una popolazione. Nel caso “dall’alto al basso”, invece, potrebbe manifestarsi qualcosa di analogo a quei casi in cui animali come le cavallette cambiano colore in base a se si trovano isolate o in gruppo: un cambiamento globale, d’insieme, magari dovuto indirettamente all’ambiente, provoca una variazione individuale; tale possibilità assomiglia molto ad una specie di ritorno del lamarckismo, non nel senso letterale del termine, ma in senso lato come variazione “più acquisita che subita” da parte dell’individuo.

Un dato numerico che lascia purtroppo perplessi è l’età di tale teoria: 30 anni. Per quel che può valere la mia esperienza, non ne ho mai sentito parlare a scuola, al liceo, e di sicuro non esiste nemmeno una pagina ad essa dedicata sul sito italiano di Wikipedia, mentre la versione inglese può solo rinviare, partendo dalla pagina degli equilibri punteggiati, ad un paragrafetto dal tema simile a quello della Teoria Gerarchica che non ha nemmeno lo stesso titolo. Una possibile spiegazione di tale problema divulgativo potrebbe essere il fatto che la scienza acquisisce molto velocemente nuovi dati e nuove scoperte ogni anno, per cui ogni nuova idea viene messa alla prova già sul piano teorico, nella sfida che affronta ogni teoria nascente ad essere quanto più comprensiva possibile (per non parlare della sola prova che conta, le corroborazioni sperimentali); eppure una teoria come quella gerarchica sembra così generale che mi lascia dubbioso il fatto che i continui aggiornamenti l’abbiano rallentata così tanto.

Una spiegazione che posso provare a dare richiede una digressione: torniamo al Neodarwinismo.

Lo scopo di una qualsiasi teoria dell’evoluzione è ovviamente saperla descrivere, tenendo conto che la definizione più comune di “evoluzione” è “cambiamento nel tempo della frequenza genica in una popolazione”.

Nel caso del Neodarwinismo, esiste un insieme di “sorgenti” di variazioni (chiamiamo per comodità “S” tale insieme) i cui elementi  sono le mutazioni genetiche casuali, la selezione naturale, le variazioni epigenetiche, le variazioni dello sviluppo, il trasferimento orizzontale, l’ibridazione, le simbiosi, gli adattamenti all’ambiente tipici di certe specie e altri ancora.

Data una popolazione di individui di una data specie, quando si manifestano uno o più elementi dell’insieme S, cambia la frequenza allelica e si ha evoluzione.

Come ho letto da più fonti, come per esempio dal libro scolastico “Invito alla biologia” (Zanichelli), attualmente esiste un dibattito su quale ordine e peso dare agli elementi dell’insieme S, ma la teoria nel suo complesso funziona. Un aneddoto da manuale su tale situazione fu quello che mi capitò durante un corso dedicato alla Biofisica: il mio professore citò l’intramontabile esempio della Biston betularia, una specie di falena di cui una sua popolazione viveva in un bosco presso una fabbrica. Quando i fumi della fabbrica annerirono i tronchi degli alberi, le falene più scure si trovarono ad essere mimetizzate e quindi al sicuro dai loro predatori naturali: il carattere “ali scure” si diffuse in tutta la popolazione da che era solo uno dei possibili caratteri.

Posi al professore la seguente domanda: “il carattere delle ali scure era già presente prima dell’apertura della fabbrica [non era stato specificato fino al momento della mia domanda]?”. Il prof. mi rispose che non ricordava bene se fosse già presente o era comparso in seguito ad una mutazione, ma in ogni caso era avvenuta una variazione della frequenza allelica della popolazione nel tempo. Non ebbi nulla da replicare al mio professore, ma il problema dei pesi e dell’ordine da dare agli elementi di S mi ha suggerito una similitudine sul Neodarwinismo e sulla sua affermazione.

Il Neodarwinismo mi sembra il ricevitore di un citofono come quello che abbiamo tutti in casa, che però il padrone di casa si ostina a chiamare “telefono”. Ha la forma di un telefono (teoria) e permette di comunicare con l’esterno (descrive l’evoluzione), ma se si prova a prendere l’iniziativa di chiamare (prevedere il meccanismo nel dettaglio di un’evoluzione) non lo si può fare.

Se qualcuno prova a far notare al padrone di casa che quella cornetta non è quella di un telefono (critica antidarwinista), il padrone di casa può mostrare come prova delle conversazioni che ha registrato (i paper) parlando con un Tizio che volendo le potrà confermare (i casi sperimentati di microevoluzione) e l’ospite fa bene a dargli ragione perché in tali casi non può contraddire il padrone di casa. L’ospite può allora suggerire al padrone di casa di fare una telefonata, ma il padrone risponde che sta discutendo con la moglie (la comunità scientifica) sul problema che non hanno una rubrica telefonica (una teoria organica di tutti i pattern) ma che hanno in programma di rivolgersi ad un centralinista (la meta-teoria dell’evoluzione, quella gerarchica). L’ospite fa notare che nessuna centralina telefonica potrà mai telefonare o essere telefonata tramite la cornetta di un citofono.

Fuor di metafora, perché mai uno studente fresco di laurea in Biologia o in Biotecnologia o in una materia scientifica aperta all’interdisciplinarità dovrebbe essere attratto dal chiarire i dettagli di qualcosa che gli hanno detto che in linea generale già funziona? A maggior ragione, perché divulgare una meta-teoria che apparentemente è solo una generalizzazione di fenomeni e non una loro reinterpretazione illuminante?

Si può apprezzare la potenza esplicativa di una meta-teoria se la teoria di partenza di cui essa è il suo “oltre” (che in greco corrisponde al prefisso “meta-“) ha lacune epistemologiche già di suo?

Con molta probabilità qualche lettore si starà chiedendo, dopo una tale pars destruens, se si può avere il piacere di leggere una pars costruens.

Per quel che mi riguarda, la parte costruttiva può essere resa strettamente connessa con quella distruttiva e mi spiegherò con un esempio importante: gli equilibri punteggiati.

Benché il Darwinismo originale postulasse un’evoluzione lentissima e graduale nelle ere geologiche, i fossili non si adattano bene a questa visione ma al contrario presentano lunghi periodi di stasi e periodi di “impennate evolutive”. Questa cosa venne ribadita principalmente da Gould e sembrava che ciò potesse provocare delle crepe nell’edificio del Neodarwinismo, ma col tempo, andando a rileggere con più attenzione l’Origine delle Specie, ciò non è successo grazie ad una spiegazione teorica che ha qualcosa di “spettacolare”: (cito da Wikipedia in italiano, che riassume ciò che si può trovare anche in quello inglese)

Per il neodarwinismo il termine velocità evolutiva si riferisce alla costanza o meno dell’evoluzione in relazione al tempo, cioè se l’evoluzione d’una specie è costante o intervalla momenti di stasi a momenti di veloce evoluzione. Con il termine gradualismo ci si riferisce pertanto al lungo periodo necessario a formare una nuova specie ed è stato quindi scelto in contrapposizione all’evoluzione per salti o saltazionismo che invece ipotizza la formazione d’una nuova specie in poche o direttamente in una sola generazione.

Ciò che hanno fatto (sembra che la “colpa”, a giudicare dal riferimento bibliografico, sia di Daniel Dennett, riduzionista nel senso più rude del termine) è stato in pratica di chiamare “velocità” una cosa che un fisico sarebbe più portato a chiamare “accelerazione” (perché ciò che cambia è la “derivata seconda” dell’evoluzione vista come moto, cioè il fatto che la sua velocità in senso stretto sia costante oppure cambi); inoltre hanno chiamato “gradualismo” il fatto che l’evoluzione richieda un tempo che è comunque sempre lungo. Per quanto riguarda il primo termine, la furbata matematica è ben fatta, perché se sto studiando un moto che ha grande velocità ma bassa accelerazione e la mia teoria non prevedeva ciò, chiamo “velocità” l’accelerazione e così il moto è “rallentato”. Nel caso del secondo termine ridefinito, potrei fare l’esperimento ideale di mettermi in macchina alle 3 di notte per andare a Roma con traffico quasi assente e viaggiare per tutto il tempo a 100km/h: dal momento che impiegherò comunque un po’ più di due ore, quindi un tempo lungo rispetto ai miei spostamenti usuali, dirò che il mio moto è stato “graduale”.

Tornando al rapporto pars destruens/pars costruens, in questo caso non si poteva più semplicemente lasciare le definizioni di “velocità” e “gradualismo” in termini in accordo col pensare di tutti i sani di mente, riconoscere che il Neodarwinismo stride con i dati attualmente in possesso e passare ad una visione “gerarchica”, in cui per esempio si può dire che i cambiamenti di questo tipo richiedono di mettersi su un livello più alto e di ragionare in termini di interazione ecologica-genealogica?

Nella sezione “People” del sito della Teoria Gerarchica, subito dopo Eldredge troviamo il filosofo della biologia Telmo Pievani. Volendo sempre restare costruttivi, perché limitarsi a una sistemazione formale quando si può puntare ad un vero e proprio (e necessario) cambio di paradigma?

Che soddisfazione sarebbe avere un italiano affiancato ad un “pezzo grosso” come Eldredge sui libri di scienza e di storia per una nuova teoria dell’evoluzione! Affinché questo avvenga, però, credo che non si potrà continuare a dire che tutti i nuovi fenomeni che vengono scoperti ogni anno possono essere espressi in termini neodarwinistici, a meno del piccolo dettaglio di non saperne valutare l’ordine e il peso.

Prof. Pievani, con il dovuto rispetto, butti il citofono e compri un telefono! Lei è capace (se vuole, gliel’ho visto fare di persona) di grande onestà intellettuale, per cui lasci perdere la stesura di libri in cui viene sfruttata la scienza per dire che Dio non esiste (“Creazione senza Dio”, “Nati per credere”) oppure per giustificare cose ridicole ma che vanno di moda (“il maschio è inutile”) perché tanto Pennetta e Masiero li smonteranno.

Si diventa più famosi facendo cose che già “può fare” un Odifreddi oppure confutando un paradigma scientifico e creandone un altro? Il primo caso è più facile da realizzare, mentre il secondo richiede dei rischi, tipo di sembrare un filo-creazionista perché si critica l’accreditato Neodarwinismo, ma se si vuole mandare avanti il progetto della Teoria Gerarchica meglio che in passato (seguiremo con apprensione la prossima tappa, un meeting a Settembre 2016) credo che occorra cambiare la base di tale gerarchia, altrimenti ci vorranno altri 30 anni.

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