La dottrina dei miracoli

La dottrina dei miracoli

di Giorgio Masiero

A 20 anni dalla sua scomparsa, ricordiamo il matematico Marcel-Paul Schützenberger, rivisitando una sua celebre lezione sul darwinismo

Si è svolta nel marzo scorso a Bordeaux una conferenza dedicata al lascito scientifico di Marcel-Paul Schützenberger (1920-1996), nella quale matematici e information scientist ne hanno ricordato la poliedrica figura. Nella teoria combinatoria, Schützenberger fu forse il matematico più creativo ed influente del XX secolo, per le applicazioni dei suoi studi in campi diversi, dalla linguistica alla cibernetica all’economia. Fuori delle accademie divenne celebre quando a Filadelfia, ad un meeting di matematici e biologi convocato dal premio Nobel Peter Medawar per superare “il diffuso senso d’insoddisfazione riguardo alla teoria dell’evoluzione così come accettata dai più [vale a dire nella versione darwiniana, N.d.R.]”, mostrò che oggi i computer sono in grado di dimostrare la fallacia di quella teoria, potendo realizzare virtualmente in secondi ciò che fisicamente viene da essa postulato essere accaduto in miliardi di anni, e così dimostrando che il neo-darwinismo è una fiction “che si sostiene su dozzine e dozzine di migliaia di miracoli”.

Nel seguito farò una libera sintesi della lezione di Schützenberger a Filadelfia (“Algorithms and the Neo-Darwinian Theory of Evolution”, Wistar Institute Symposium, 1966), attingendo anche a suoi interventi successivi sullo stesso tema. Prescinderò da calcoli e tecnicismi, alcuni dei quali il lettore interessato potrà trovare in un mio passato articolo.

Nella versione moderna, la più chiara definizione di darwinismo è quella di Richard Dawkins: l’evoluzione degli esseri viventi vi è spiegata con il binomio: mutazioni genetiche casuali e selezione naturale. All’interno di questa dottrina convivono 2 scuole reciprocamente contraddittorie: i gradualisti, tra i quali lo stesso Dawkins, e i saltazionisti, come Stephen J. Gould. Per i gradualisti, l’evoluzione procede solo per micro-mutazioni del genoma; per i saltazionisti invece, l’evoluzione procede essenzialmente per macro-mutazioni.

Il mio mestiere è la matematica, la logica e la teoria dell’informazione, non la biologia, ma l’intervento dei matematici è qui legittimato dall’uso frequente che i biologi fanno di argomenti matematici ed informatici. Noi matematici poi, siamo abituati a discutere anche i fondamenti della nostra disciplina: è normale che volgiamo uno sguardo critico analogo ai fondamenti delle altre. Infine, ci sono tutta una serie di ricercatori – fisici, chimici, medici, ecc. – che applicano correntemente la matematica nelle loro ricerche riguardanti un problema fondamentale dell’evoluzione, quello della complessità funzionale. E qui, su questo tema, io mi trovo coinvolto direttamente in una mia area di lavoro.

Che cosa s’intende per complessità funzionale? Funzionale vuol dire semplicemente volto ad uno scopo, anche se la parola “scopo” è tabu in scienza. Quando un biologo nel suo laboratorio pensa tra sé e sé in termini di funzioni (la funzione d’un gene, d’un enzima, del ribosoma, delle antenne della drosofila), pensa come la gente comune, ed ha ragione di farlo perché è un concetto adatto alla situazione. A capirlo meglio di tutti sono i fisiologi, per i quali tutto è funzionalità. Così essi descrivono il sistema circolatorio, digestivo, nervoso, ecc. Anche la complessità è un concetto chiaro a ognuno. Già negli organismi unicellulari, i meccanismi di separazione e di fusione dei cromosomi sono processi incredibilmente complessi.

Ora, i viventi si presentano come strutture complesse d’interrelazioni funzionali e se vogliamo spiegare l’evoluzione dobbiamo spiegare questa funzionalità e questa complessità. Ebbene, la comparsa di complessità funzionale, crescente nel tempo al dipanarsi dell’evoluzione, non risulta spiegabile con nessuna delle nostre conoscenze fisico-chimiche attuali, né la logica formale vi trova al momento alcun appiglio.

Con la scoperta del codice genetico, abbiamo imparato che un gene è una stringa in un alfabeto di 4 lettere, le 4 basi A, T, C e G del DNA, il cui testo totale è il genoma. Una parola così comanda alla cellula di costruire la tal proteina, che sia una proteina di struttura o, in combinazione con altri segnali, d’un altro tipo. Tutti i risultati sperimentali ricadono in questo schema. Ma come funzionano i geni? Schematicamente un gene è assimilabile ad un’unità d’informazione. Quando è attivato, parte un ordine elementare del tipo sì-no. Per fabbricare l’occhio, si attivano dai 1.000 ai 2.000 geni. Ma se la spiegazione è tutta qua, è risibile! Supponiamo che un’azienda europea decentri ad una fabbrica in Asia la costruzione d’un componente elettromeccanico completamente nuovo, senza dir nulla né su come funzioni, né a cosa debba servire. Con 2.000 bit d’istruzioni il costruttore asiatico non andrebbe da nessuna parte! Il congegno, pur estremamente più semplice d’un occhio, potrà essere costruito solo quando il costruttore avrà capito il significato delle operazioni di cui gli si chiede la meccanizzazione, cioè se ha già l’idea dell’oggetto prima di fabbricarlo. E tutto ciò rappresenta una massa enorme di pre-conoscenze, che devono essere condivise tra l’ordinante e il fabbricante.

In base alla teoria dell’informazione e alla nostra conoscenza del genoma, questo non contiene abbastanza istruzioni per spiegare il vivente. Non è perché sappiamo che un gene è necessario per la sintesi di questa o quella proteina che capiamo come qualche migliaio di geni bastino a dirigere il corso dello sviluppo d’un organo: come accade che con così poche istruzioni elementari la materia vivente, apparentemente priva come il costruttore asiatico di ogni pre-conoscenza, sia capace di fabbricare oggetti tanto efficaci e complessi? qual è la natura di questa caratteristica della materia vivente? Nulla nelle nostre conoscenze scientifiche – fisiche, chimiche e cibernetiche – ci permette d’immaginarlo. Se ci mettiamo dal punto di vista dell’evoluzione, dovremmo dedurre che i pesci dell’era primaria già contenevano in potenza i germi di organi che essi non avevano, ma che avrebbero avuto i loro successori nel lasciare gli oceani per la terra ferma e l’aria, con i cablaggi neuronici appropriati. Il binomio darwiniano ha un qualche valore descrittivo, molto limitato peraltro, ma non ha alcun valore esplicativo. Si ferma a considerazioni ecologiche sull’abbondanza relativa di specie e biotipi. Per giunta, nella sua forma classica, gradualista, è falsificato dalla paleontologia.

La selezione naturale ha un qualche valore esplicativo, ma è della più patente banalità, perché coincide col principio che nulla può esistere se non è abbastanza solido da esistere. In una zona che si desertifica, le specie che spariscono per prime sono quelle che hanno più bisogno d’acqua: verissimo, ma ciò non spiega l’apparizione presso i viventi di nuove strutture complesse con la funzione di resistere meglio all’aridità! Salvo che in pochi casi artificiali, la selezione naturale non ci permette di predire se questa o quell’altra specie, questa o quell’altra varietà, saranno favorite o sfavorite dall’evoluzione dell’ambiente. Ciò che possiamo fare è ipotizzare, dopo accaduto, l’effetto della selezione naturale: per esempio, constatiamo che la tal specie di lumache è meno mangiata da certi uccelli forse perché ha una conchiglia meno visibile. Il darwinismo è ecologia, anche molto bella, tutto qua. Insomma, la selezione naturale è uno strumento deboluccio, perché i fenomeni di selezione naturale sono ovvi, ma in nessun modo essa li anticipa teoricamente.

Secondo il racconto neo-darwiniano un gene subisce una mutazione e, nell’ambiente dato, la mutazione può facilitare la riproduzione dei suoi portatori, cosicché i mutanti arrivano progressivamente a sostituire i non mutanti. L’evoluzione non sarebbe altro che un’accumulazione di modifiche tipografiche qualificanti per l’adattamento. I genetisti poi, studiano matematicamente la velocità con la quale una mutazione favorevole si propaga in date condizioni. Essi fanno ciò con molta abilità, ma producono meri esercizi scolastici perché nessuno dei parametri che usano può essere determinato empiricamente. In più ritroviamo l’ostacolo già detto: sappiamo quanti geni ci sono in un essere vivente, circa 100.000 nei vertebrati superiori, ma è un numero risibilmente insufficiente a spiegare la massa d’informazione necessaria alla complessità funzionale.

I darwinisti raccontano così che i cavalli, un tempo mammiferi grandi come conigli, crebbero di taglia per sfuggire più velocemente ai predatori. Nella chiesa gradualista, s’isola questo tratto – la taglia – e se ne considera l’aumento come il risultato d’una serie cumulativa di mutazioni tipografiche casuali, con spostamenti, sostituzioni, ecc. dei 4 nucleotidi, favorita dall’assunzione che per la velocità di fuga davanti a un predatore il criterio determinante in un ruminante sia il possesso d’una grossa taglia… Ma questa è pura retorica, perché nulla vieta di pensare che l’aumento di taglia possa avere piuttosto un effetto negativo sulla velocità di fuga, quando scorrelato da altri tratti! Quella darwiniana è la visione meccanica di un’evoluzione scandita da una successione lineare di cause ed effetti. L’idea che le cause possano interagire le une con le altre sembra estranea alla dottrina, eppure è un’evidenza sperimentale che nei fenomeni biologici le modifiche locali interagiscono in modo drammatico. L’informatica è proprio un’altra area scientifica che bene esibisce questo fenomeno, alla base della definizione teorica di complessità: una minima modifica tipografica del software non ha come risultato di evolverlo solo un pochino, ma di annullarlo tout court. Come con un numero telefonico: se devo chiamare qualcuno conta poco se sbaglio una o due o tre o tutte le cifre del suo numero.

È vero che una mutazione biologica si basa infine su una mutazione tipografica (del genotipo), dove un aminoacido è sostituito da un altro, un codone da un altro, ma al livello dell’attività biochimica risultante (del fenotipo) non si può parlare di tipografia! Non abbiamo nessuna regola fisico-chimica che ci permetta di collegare in maniera intellegibile le modifiche tipografiche ad una struttura biologicamente efficace. Tornando all’occhio, se si considerano le migliaia di geni necessari alla sua fabbricazione, ciascuno di essi preso isolatamente non significa nulla. Ciò che ha significato è la macro-struttura reticolare delle loro interazioni, che sono a cascata con cicli retroattivi di una complessità oggi impossibile da analizzare e che, se sarà mai analizzabile in futuro, tutto rivelerà fuorché un coacervo spontaneo.

Dawkins crede di spiegare le macro-strutture funzionali con quella che chiama “selezione cumulativa di mutazioni casuali”. Usa la metafora della scimmia che batte a caso le dita su una tastiera, ottenendo infine un testo letterario significante. La scimmia di Dawkins è un programma del suo pc che scrive una stringa di 28 caratteri (come il numero di lettere di un verso di Shakespeare), simulando il meccanismo neo-darwiniano di mutazioni tipografiche casuali più selezione naturale. La scimmia fittizia batte e ribatte sui tasti (il caso), salvo che il software sceglie (la selezione cumulativa) ogni volta come nuova base di partenza la frase che si distanzia meno dal verso di Shakespeare. Con questa procedura la scimmia arriva a scrivere il testo letterario in una quarantina di generazioni. Ma Dawkins trucca le carte, perché per calcolare ad ogni generazione la distanza della frase attuale da quella finale il programma deve conoscere fin dall’inizio il verso di Shakespeare! È triste che professori universitari e premi Nobel abbiano applaudito un tale sproposito. [Non CS, che in un vecchio articolo del 2011, smascherò l’errore di Dawkins (NdR)]. Un semplice ragionamento matematico dimostra l’esatto opposto: a meno di non scegliere intelligentemente i parametri in vista del risultato, ogni progressione tipografica è orribilmente lenta, con le mutazioni nella direzione sbagliata che tanto più allontanano il bersaglio quanto più la frase attuale vi era arrivata vicino. Di fatto, il gradualismo neanche tocca il triplice problema della complessità, della funzionalità e della loro interazione. Nella realtà biologica, lo spazio topologico [l’interattoma, N.d.R.] nel quale ci si dovrebbe immergere per descrivere la più semplice delle funzionalità complesse è così complesso da sfidare oggi ogni comprensione.

I saltazionisti sono più umili, ma anche più sorprendenti. La tesi saltazionista è nata con Richard Goldschmidt negli anni ’40 ed è stata ripresa più di recente da Gould, Niles Eldredge e altri: si produrrebbero grandi mutazioni, implicanti centinaia di geni alla volta in tempi stretti, in meno di 1.000 generazioni così da cadere sotto la soglia di risoluzione della paleontologia. Curiosamente questi pensatori, dopo essersi sbarazzati delle mutazioni casuali e anche della selezione naturale, non provano alcun imbarazzo a dirsi darwinisti.

Il saltazionismo si espone a due tipi di critiche: intanto, non ha alcuna spiegazione per le supposte macro-mutazioni simultanee di molti geni, un fenomeno miracoloso nel quadro della biologia chimica attuale, invocato ad hoc per salvare la paleontologia del Cambriano. Uso il termine miracolo nel senso di evento estremamente improbabile anche al livello ultra-cosmologico di multiverso finito. Parliamo di macro-mutazioni: per diventare un elefante non basta trovarsi all’improvviso con una grande proboscide, bisogna che allo stesso tempo un organo completamente differente, il cervelletto, sia modificato per realizzare l’insieme dei cablaggi necessari perché l’elefante possa servirsi della nuova proboscide. Le macro-mutazioni devono essere coordinate da un sistema plurimo di geni fin dall’embriogenesi. Ora, se si guarda alla storia dell’evoluzione simulando i calcoli al computer, ciò che ne risulta sono dozzine e dozzine di migliaia di miracoli che i saltazionisti non sanno spiegare meglio dei gradualisti.

C’è poi una seconda classe di miracoli e riguarda il fatto che le macro-mutazioni, ammesso che siano avvenute, si sono sommate tutte in una direzione ben definita a costituire le grandi tendenze dell’evoluzione: complessificazione del sistema nervoso, interiorizzazione del processo riproduttivo, apparizione delle ossa, dell’orecchio, arricchimento delle funzioni relazionali, ecc. Per questo trend i saltazionisti si appellano alla contingenza, e cosi credono di chiudere la questione. Di fatto, per spiegare l’aumento della complessità e della funzionalità, ricorrono ad una parolina.

La seconda serie dei miracoli saltazionisti è culminata nell’apparizione dell’uomo, si sa. Qui ormai sono in molti, anche tra i biologi, a mettere in dubbio la semplicioneria darwiniana, muta davanti alla comparsa quasi simultanea nell’uomo di numerosi sotto-sistemi che lo distinguono dalle scimmie superiori: il bipedismo con le modifiche concomitanti del bacino e del cervelletto, una mano abile con impronte digitali a conferirle un tatto molto più delicato, le modifiche alla faringe necessarie per la fonazione, la modifica del sistema nervoso centrale al livello dei lobi temporali per un riconoscimento fine della parola, ecc., ecc. Dal punto di vista dell’embriogenesi, questi organi sono completamente differenti l’uno dall’altro, cosicché ciascuna di queste modifiche si può spiegare solo come il dono che una famiglia di scimmie con molta ambizione verso i propri discendenti ottenne da una buona fata per regalo di nascita. È singolare che questi doni siano stati accordati tutti insieme, a beneficio di quei discendenti che noi siamo! Certi darwinisti invocano una predisposizione del genoma. Ma dove sta materialmente, cioè chimicamente, questa predisposizione? era già presente nei pesci del Precambriano? La realtà è non tanto che non sappiamo niente, ma che non sappiamo nemmeno da che base concettuale ripartire per sperare di capire qualcosa.

In questo vuoto c’è chi, come alla scuola di Santa Fe, fa emergere l’ordine dal caos, più precisamente dal “bordo del caos” (Stuart Kauffman). È gente, peraltro molto competente in medicina o in fisica o in chimica, che sull’evoluzione ha saputo trovare espressioni poetiche…, che non spiegano nulla. Come, prima ancora, nelle strutture dissipative di Prigogine o nel sistemismo di Varela, si mischia la complessità in tutte le salse per produrre magicamente la funzionalità. Queste scuole richiamano a loro supporto certe reazioni chimiche, o il profilo di una costa marittima frastagliata, o le turbolenze atmosferiche o la struttura d’una catena montuosa…, tutti fenomeni la cui complessità è certamente grande, se intesa come impredicibilità, ma che rispetto al mondo vivente giace su una struttura non funzionale. Nessun algoritmo ci permette di catturare la complessità del vivente che, contrariamente agli esempi presi dal regno minerale, è di natura funzionale.

Per concludere, sulla comparsa della vita e sull’evoluzione delle specie, se vogliamo rimanere in ambito scientifico, al momento non ci resta che cercare nuove idee e intanto tacere.

.

.

.