L’interminabile attesa

L’interminabile attesa

di Giorgio Masiero

Perché non abbiamo ancora, se mai avremo, una spiegazione scientifica dell’origine dell’uomo che sia consistente con le evidenze paleontologiche

Il premio Nobel 2015 per la fisica è stato attribuito al giapponese Takaaki Kajita e al canadese Arthur McDonald per i loro esperimenti sui neutrini, che hanno inguaiato il Modello Standard, vale a dire la descrizione migliore che abbiamo dei costituenti della materia e delle loro interazioni. I due hanno trovato che i neutrini “oscillano” tra tipi diversi e ciò vuol dire che non hanno massa nulla, sicché il Modello Standard è sbagliato perché vi hanno invece massa nulla… Fermi sarebbe contento: fu lui a dire che quando il risultato d’un esperimento è conforme alle teorie abbiamo solo eseguito una misura, mentre quando non è conforme abbiamo fatto una scoperta! Non per questo – come credeva Popper – il Modello Standard sarà accantonato. Il compito della tecno-scienza mica è scoprire la verità, cari miei, e neanche avvicinarvisi, solo controllare in qualunque modo la natura per la nostra maggiore potenza (la tecnica). Come per un’auto, ci terremo il vecchio modello anche se logoro, finché non ce ne potremo permettere uno migliore, cioè più utile! Né tra i fisici si sono erette barricate a difesa degli scienziati del secolo scorso (Fermi, Pauli, ecc.), pure vincitori di premi Nobel, che predissero l’esistenza dei neutrini (senza massa) e li osservarono…

C’è però uno strano ramo della ricerca scientifica dove alcuni corridori sembrano puntare, anziché a battere il record dei predecessori, a stabilire l’imbattibilità d’un risultato ottenuto tanto, tanto tempo fa – quando le immagini scientifiche della materia e dell’universo erano molto diverse dalle attuali! – e così s’accontentano di starci in scia. Mi riferisco alla biologia evolutiva, ai meccanismi proposti da Darwin nel 1859 e a quei ricercatori che, quando s’imbattono in risultati che il naturalista inglese avrebbe giudicato in contrasto con le sue congetture, anziché superarli con nuove idee, s’affannano a salvarli cucendo pezze e talvolta, persino, li nascondono. Se, per rispetto nei confronti di Aristotele Galileo avesse edulcorato il principio d’inerzia, o per soggezione verso Newton Einstein avesse rinunciato ad una versione forte del principio di equivalenza, o intimoriti da Lord Kelvin i fratelli Wright non avessero provato a volare con una macchina più pesante dell’aria, ecc., ecc., non esisterebbe il progresso scientifico-tecnologico! Da vile homo oeconomicus, formulo una previsione tanto facile quanto politicamente scorretta:

• o il XXI secolo riprodurrà una qualche forma di vita in laboratorio, essendo riuscito a replicarne i meccanismi reali, tutt’altro che casuali né dipendenti da selezione naturale e contorni,
• o il nostro sarà il secolo in cui l’origine della vita e l’evoluzione delle sue forme saranno per sfinimento dichiarati problemi troppo complessi, superiori alle risorse (epistemiche, tecniche o economiche) della scienza naturale, e definitivamente delegati alla fiction. D’altronde, se l’origine della vita e l’evoluzione biologica sono questioni inafferrabili da volpi, delfini e scimpanzé, perché non potrebbero superare le capacità umane che, per assunzione di partenza, differiscono dalle animali in grado e non in genere?

Dopo la pseudosoluzione dell’esplosione del Cambriano di Current Biology, esaminiamo in questo articolo un altro caso della resistenza opposta dai moderni don Ferrante al progresso della biologia evolutiva: il problema del tempo di attesa. Secondo alcuni reperti paleontologici, la specie umana è comparsa 6 milioni d’anni dopo la sparizione d’una popolazione ominide d’una decina di migliaia d’individui. Chiediamoci:

L’evidenza sperimentale di questa successione di due specie è sufficiente a corroborare l’evoluzione tra le due specie, ossia a dedurre che gli umani sono risultati da una serie continua di mutazioni genetiche d’un gruppo di grandi scimmie? 6 milioni di anni bastano ai meccanismi della teoria neodarwiniana {micro-mutazioni genetiche casuali + selezione naturale} per fissare la serie di sostituzioni nel DNA specifiche per la graduale trasformazione degli ominidi in uomini?

Alle questioni cercano di rispondere modelli matematici simulanti le traiettorie trasformative del genoma ominide in quello umano a partire da una popolazione di 10.000 individui pre-umani. Si sa che le analisi comparate su DNA umano e quadrumane mostrano un’identità fino al 98,5%. Recenti studi inoltre (ad es. questo) hanno determinato (“con sorpresa” dei ricercatori) che le differenze consistono in “riarrangiamenti” d’intere stringhe e non in singoli cambiamenti dei nucleotidi A, T, C e G. I due DNA, compresa la parte che l’ignoranza superba chiama “spazzatura”, sono due polimeri dei 4 nucleotidi, ripetuti 3,2 miliardi di volte. In termini di quantità d’informazione, equivalgono a due testi in lingua inglese (alfabeto di 26 simboli + 1 spazio) lunghi 1,35 miliardi di caratteri. L’1,5%, la parte di DNA che ci distingue dalle scimmie, è dunque un riarrangiamento di 48 milioni di nucleotidi, o di 20 milioni di caratteri inglesi. Il problema dell’evoluzione d’un genoma nell’altro è simile a quello di trasformare il Re Lear di Shakespeare nel Macbeth, per sostituzioni/aggiunte/eliminazioni di caratteri fino ad ottenere un testo dall’altro, con la differenza che i testi genomici da riarrangiare sono 330 volte più lunghi di quelli shakespeariani (60.000 caratteri = 40 pagine × 250 parole per pagina × 6 simboli per parola), quindi con un numero di combinazioni spropositatamente maggiore.

Per mezzo di modelli, i ricercatori calcolano i tempi di produzione di specifiche nuove stringhe genetiche, simulando la fissazione delle sequenze mutanti entro popolazioni virtuali di ominidi biologicamente realistiche. L’obiettivo finale è calcolare il “tempo di attesa”, ovvero la più probabile durata dell’ipotizzata, neodarwiniana evoluzione ominide in quella umana, per confrontarla infine con i 6 milioni di anni della paleontologia. Il calcolo del tempo di attesa si basa su uno schema matematico in 4 fasi:

1. in una piccola popolazione, come sono 10.000 individui, si deve innanzitutto predire il tempo che qualsiasi specifico nucleotide (“lettera”) impiega per trasformarsi in uno specifico nucleotide diverso.
2. Poi, si deve predire il tempo che una determinata stringa ominide di nucleotidi impiega per mutare in una specifica stringa caratteristica del genoma umano, così da far nascere una nuova “parola” genetica utile per l’evoluzione ipotizzata.
3. In terzo luogo, poiché la comparsa di ogni nuova parola è rapidamente annullata dalla deriva genetica, è necessario predire quante volte una parola deve formarsi prima di attecchire all’interno della popolazione mutante.
4. Infine, anche quando le nuove parole si conservano, occorre predire il tempo addizionale necessario alla selezione naturale per diffondere la nuova mutazione vantaggiosa oltre la soglia di fissazione all’interno della popolazione.

Il calcolo dei 4 tempi parziali dipende dai parametri usati in ogni modello. La loro somma dà il tempo di attesa ricercato.

Ebbene, è recentemente apparso su PubMed un articolo (“The Waiting Time Problem in a Model Hominin Population”), dove si mostra che la spiegazione darwiniana dell’evoluzione ominide → uomo fallisce perché il tempo non basta ai suoi meccanismi. Né altri meccanismi fisico-chimici si conoscono per “incanalare” l’evoluzione tra le due specie, che a questo punto è una congettura incorroborata.

Già nel 1966, come sappiamo, il matematico Marcel-Paul Schützenberger aveva dimostrato che nemmeno in tempi “ultra-cosmologici” l’evoluzione biologica complessiva è possibile per successive, casuali mutazioni elementari del genoma, a meno d’invocare “dozzine e dozzine di migliaia di miracoli”. Ora arriva, per la particolare comparsa della specie ultima arrivata, Homo Sapiens, una nuova analisi matematica a calcolare i tempi. Il risultato finale è che i tempi di fissazione d’una specifica nuova stringa crescono esponenzialmente con la sua lunghezza (Fig. 1): neanche una nuova parolina (una corta stringa funzionale di 2-3 nucleotidi) può fissarsi in pochi milioni d’anni, mentre centinaia di miliardi d’anni non sono sufficienti a fissare l’equivalente genetico d’una frase di 10-11 nucleotidi. Che dire per una stringa di 48 milioni di nucleotidi?

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Se ne trae che la “trasformazione” – non parliamo più, per piacere, di evoluzione – della specie umana da una popolazione ominide di alcune migliaia d’individui nell’arco di alcuni milioni di anni è al più possibile soltanto tramite meccanismi fisico-chimici misteriosi, capaci di rendere conto di specifiche macro-mutazioni simultanee di molti geni alla volta.

Tutti i ricercatori che studiano il problema del tempo di attesa ottengono con modelli diversi risultati simili perché fin qui è questione di matematica; ma differiscono nelle conclusioni, che possono perfino essere opposte, perché qui è questione di Weltanschauung o… di stipendio. Così certi autori, dopo aver calcolato correttamente i tempi, li comprimono arbitrariamente di tante volte quante sono necessarie per farli combaciare con i desiderata. Può scandalizzare le anime belle, ma così va avanti ai nostri giorni gran parte della ricerca scientifica (pubblica), come sappiamo. Di solito, il gioco illusionistico procede in tre passaggi: nel primo, si riduce imperiosamente la differenza tra i DNA umano e quadrumane da 48 milioni di nucleotidi a… facciamo 8, contenti? Nel secondo passaggio, si manipola matematicamente il risultato (ancora troppo pesante nonostante l’imperioso primo dimagrimento) riducendolo di 100 volte; nel terzo passaggio, poiché il risultato contraffatto resta ancora 2 ordini di grandezza più pesante di quello paleontologico, s’invocano condizioni ambientali specialissime, soprattutto incontrollabili, per un’altra riduzione di 100 volte, così da adattare infine la durata uscita dal modellino neodarwiniano a quella paleontologica misurata col carbonio.

Per es., nell’articolo a questo link gli autori

• si focalizzano sulla comparsa di specifiche, nuove parole da 6-8 mutazioni, che sono risibilissime rispetto alle differenze milionarie misurate nei genomi di uomo e scimmia.
• Fatto ciò, calcolano correttamente in 650 milioni d’anni la comparsa d’una parola di 8 mutazioni, che per l’evoluzione antropica deve istanziarsi in una specifica posizione genomica, e identificano (provvisoriamente!) questo periodo col tempo di attesa, ignorando il fatto che quello è solo il tempo necessario per la prima apparizione della stringa (v. fasi 1. e 2. dello schema sopra).
• Più avanti, nell’articolo, il dott. Jekyll matematico presente negli autori riconosce che la fissazione (fasi 3. e 4.) della 8-stringa nella popolazione richiederebbe un tempo 100 volte superiore (così arrivando ad una durata di 65 miliardi di anni, che è dello stesso ordine di grandezza trovato dai ricercatori di PubMed); ma alla fine prevale il Mr. Hyde opportunista a fare l’operazione inversa di ridurre di altre 100 volte – evocando non meglio precisate condizioni ambientali – i 650 milioni di anni, così da far combaciare il risultato ai 6 milioni d’anni della paleontologia.

Non tutti i nostri don Ferrante corrono così allegri sull’ottovolante. Altri se la prendono direttamente con la modellizzazione dei tempi di attesa, obiettando che se è vero che all’interno di piccole popolazioni una determinata stringa richiede un tempo proibitivo per fissarsi in una posizione specifica, tuttavia da altre parti nel genoma potrebbero venire buone notizie. Per es., dicono, solo se si pretende che la specifica sequenza ATCG si fissi in una specifica posizione genomica si deve attendere un tempo interminabile, ma se ci si accontenta di trovare l’ATCG in una parte qualsiasi del genoma, non ci sarà da aspettare affatto, perché molte copie della 4-stringa ATCG vi si troveranno già istanziate. Questa argomentazione non sta in piedi.

Innanzitutto, ignora il contesto. La parola ATCG presa da sola non è un’informazione utile, più di quanto non sia la parola MELA inserita nel testo italiano “Cristoforo Colombo giunse MELA nell’odierna San Salvador il 12 MELA ottobre 1492”. Se inseriamo o cambiamo in modo casuale una sequenza genetica, la sua utilità – che vuol dire darwiniana selezionabilità per l’adattamento – dipenderà dalla posizione specifica dove l’inserimento/cambio è avvenuto. Tutte le informazioni dipendono dal contesto. C’è anche di peggio a questo mondo che risultare inutili: essere letali. Se inseriamo casualmente una stringa di 0 e 1 in un file eseguibile, solo rarissimamente il software risulterà migliorato, in alcune poche posizioni l’inserimento risulterà ininfluente, in tutte le altre posizioni (fuori contesto) crasherà il computer.

In secondo luogo, dobbiamo considerare il problema dell’entropia, ovvero della perdita netta d’informazioni dovuta alla moltitudine di mutazioni deleterie che si verificano nel complesso del genoma. A lungo andare, le mutazioni casuali causano ovunque alterazioni genetiche, che sovrastano le rare stringhe insorgenti al posto giusto e sufficientemente vantaggiose da essere selezionabili. Ciò non è solo un risultato della teoria dell’informazione, come abbiamo visto in altro articolo, ma anche un esito sperimentale, per es. del famoso progetto Lenski LTEE, in prosecuzione (stanca) da 30 anni. Infine, affidarsi alle buone notizie che possono venire da altre parti del genoma è vano, perché le mutazioni potenzialmente benefiche avvenute altrove richiedono ciascuna il proprio tempo di attesa.

In conclusione, non esiste oggi una spiegazione dell’origine della massa d’informazioni integrate (cioè di milioni di sostituzioni di nucleotidi complementari, stabiliti e fissati all’interno di un genoma-origine di specie ominide) necessarie a trasformare in tempi paleontologici una grande scimmia in un uomo. Anche nei migliori scenari, con parametri generosi immessi nei modelli (per es., nella quota di parole suscettibili di aumentare la fitness), i tempi di attesa sono proibitivi pure per le parole più brevi: la fissazione d’una parola di 2 lettere richiede decine di milioni d’anni, una parola di 3 lettere ne richiede centinaia, una parola di 6 lettere alcuni miliardi, una di 8 lettere qualche decina di miliardi. Più oltre, per le differenze genetiche realmente misurate tra uomo e scimmia, ritroviamo i tempi ultra-cosmologici di Schützenberger.

Ne “Il caso e la necessità” (1970), per poter credere contro la matematica che l’uomo sia una scimmia innalzata, Monod scelse in ultima di votarsi alla “roulette cosmica”. Con maggiore precisione dei termini, avrebbe potuto intitolare il suo libro “Il miracolo e la replica”, se ciò non portasse a pensare che l’uomo sia un angelo decaduto.

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