La creatività della vita

«Siamo gli eredi del pesce stravolto che trova modo di respirare in ciò che l’asfissia¹»: gli esseri viventi cercano da sempre nuove strade per sopravvivere. Quando, oltre due miliardi di anni fa, l’idrogeno nell’atmosfera si è esaurito, i batteri hanno cominciato a usare l’acqua per la fotosintesi che serviva a nutrirsi. E quando, milioni di anni dopo, l’aria si è riempita dell’ossigeno espulso da quella fotosintesi, i discendenti di quei batteri hanno cominciato a modificarsi per poterlo respirare, rendendo vitale ciò che prima era tossico.

Di una parte di questa storia portiamo ancora le tracce dentro di noi: i mitocondri all’interno delle nostre cellule, fondamentali per la produzione di energia, pare derivino proprio da alcuni di quei batteri anaerobici, inglobati in una forma di simbiosi fino a trasferire il loro materiale genetico alla cellula stessa. La simbiogenesi, la mutazione genetica casuale, la ricombinazione del DNA, la riproduzione, sono solo alcuni dei modi in cui i sistemi viventi generano nuove forme. Esposti agli scambi di materia/energia con l’ambiente, sono continuamente sollecitati a “testare” la propria autoorganizzazione. E quando non riescono a integrare una nuova informazione dentro la struttura esistente hanno due possibilità: crollare o modificarsi in un nuovo equilibrio, una nuova configurazione. In un processo che il filosofo Whitehead ha definito “l’attività creativa della natura”².

La creatività evolutiva dei batteri

I primi esseri viventi a popolare il pianeta sono stati i batteri, rimasti soli per due miliardi di anni. «Tutte le forme attuali di vita discendono da un unico clone³» ha spiegato il biofisico Harold Morowitz. Da quell’unico antenato è derivata una rete fittissima che in due miliardi di anni ha trasformato sia l’atmosfera che la superficie della Terra. Come ha ricordato il fisico Fritjof Capra, in quell’intervallo di tempo i batteri hanno «inventato tutte le biotecnologie essenziali alla vita, tra cui la fermentazione, la fotosintesi, la fissazione dell’azoto, la respirazione e le tecniche di rotazione per il movimento rapido⁴» attraverso tre strategie di «creatività evolutiva⁵»: le mutazioni genetiche, la ricombinazione del DNA e la simbiogenesi. Le mutazioni genetiche sono gli errori casuali nell’autoreplicazione del DNA, mentre la ricombinazione del DNA è lo scambio libero del proprio materiale genetico, fino al 15% in 24 ore. Un batterio rilascia, un altro batterio acquisisce: considerata la velocità con cui i batteri si moltiplicano, il risultato di queste due strategie è particolarmente efficace per “testare” le migliori combinatorie di adattamento e accoppiamento strutturale⁶ con l’ambiente.

La terza strategia è il meccanismo evolutivo dell’endosimbiosi⁷, scoperto dalla biologa Lynn Margulis: i batteri, forme di vita senza nucleo cellulare, possono essere inglobati in altre forme di vita per mutuo vantaggio di sopravvivenza, fino a cedere il proprio materiale genetico alla cellula ospitante. Questo meccanismo di creatività evolutiva ha abilitato la formazione delle cellule eucariotiche, ovvero dotate di nucleo. Queste cellule si sono costituite attraverso la convivenza a lungo termine con batteri e altri organismi, da cui hanno “assorbito” diverse funzioni metaboliche, utilissime per l’ulteriore differenziazione ed evoluzione che ha portato alle piante, agli animali e, in ultimo, a noi esseri umani. Erano batteri sia i mitocondri delle nostre cellule che i cloroplasti delle cellule vegetali; era un batterio la coda dello spermatozoo ed erano batteri i coni e i bastoncelli negli occhi di tutti i vertebrati (esseri umani compresi).

«L’evoluzione delle piante e degli animali dal microcosmo è avvenuta attraverso una successione di simbiosi, in cui le invenzioni batteriche dei due miliardi di anni precedenti sono state combinate in infinite espressioni di creatività fino a selezionare le forme vitali per la sopravvivenza⁸».

La ricombinazione creativa del sesso

Dai batteri gli organismi eucarioti, poi le alghe, i funghi, le meduse e altri organismi marini, quindi i molluschi, i vertebrati, gli anfibi, i rettili, le angiosperme, i mammiferi, i primati e infine gli esseri umani: più le forme di vita sono complesse meno riescono a rigenerarsi totalmente. Se i polipi riescono a ricostruire quasi tutto il loro corpo, gli insetti e i granchi i loro organi interni, gli altri animali, tra cui gli umani possono solo rinnovare i propri tessuti prima di invecchiare e morire. La ricombinazione creativa per la sopravvivenza della specie avviene quindi attraverso la riproduzione sessuale, «il processo biologico fondamentale per il mantenimento e la riproduzione dell’identità⁹».

Margulis e Sagan hanno spiegato come l’innovazione sessuale, ovvero il sesso meiotico (di fusione) sia comparso meno di un miliardo di anni fa, negli organismi discendenti dai batteri, i protoctisti, sottoposti a stress. Ma quello che noi chiamiamo sesso in realtà è il risultato di molte componenti distinte che si sono legate insieme nel corso dell’evoluzione: la meiosi, ovvero la divisione cellulare in cui i cromosomi presenti nel nucleo si dimezzano, pronti a diventare cellule uovo o spermatozoi; la fusione del materiale genetico di queste due cellule durante la riproduzione e non, come avviene tra i batteri, in ogni momento della giornata; la comparsa dei caratteri di differenziazione dei gameti, prima quasi identici; il collegamento della fecondazione con la formazione dell’embrione e così via. «Oltre al suo aspetto riproduttivo, il sesso è […] una manifestazione della naturale tendenza a mescolare le cose, a renderle casuali, fino alla perdita di identità discreta dovuta alla tendenza dei sistemi materiali a spostarsi verso stati più probabili¹⁰» nello stato di fusione transitorio.

«La vita mostra molta più varietà nel dominio sessuale, sia intraspecifico che interspecifico, di quanto la nostra ristretta visione della normalità potrebbe portarci a credere¹¹» hanno sottolineato Margulis e Sagan.

È il caso della iena maculata, di cui fino agli anni Novanta nessuno riusciva a determinare il sesso. In seguito, è stato scoperto che quello che sembrava un pene era un clitoride particolarmente ingrossato, che le femmine-iene, più grandi dei maschi, non hanno vagina, che partoriscono dolorosamente dall’uretra e che sintetizzano il testosterone nell’utero. «Rispetto alla loro specie» concludono Margulis e Sagan «le iene sono perfettamente normali¹²».

Dalle transizioni a nuove strutture

Tra gli anni ’60 e ’70 del Novecento, il premio Nobel per la chimica Ilya Prigogine ha studiato le celle di Bénard, ovvero il mosaico ordinato di esagoni che si forma a particolari condizioni riscaldando un liquido dal basso. Per la seconda legge della termodinamica, l’entropia dell’universo aumenterà sempre fino a raggiungere il punto di equilibrio (la morte). Come si creano allora, dal disordine, strutture ordinate come le celle di Bénard? Prigogine ha descritto come i sistemi dinamici, aperti agli scambi di materia ed energia con l’ambiente circostante, siano continuamente sottoposti a fluttuazioni che “mettono alla prova” la configurazione/struttura molecolare fin lì raggiunta. «Nessun sistema è stabile rispetto a tutte le trasformazioni¹³»: nei sistemi lontani dall’equilibrio piccoli mutamenti possono far avvenire modifiche sostanziali, da cui si formano nuove forme di ordine, nuove configurazioni per cui la materia si “autoorganizza” spontaneamente, producendo strutture più adatte al contesto mutato. Prigogine le ha chiamate strutture dissipative, per sottolineare come dal movimento, dalla dispersione di energia si possano generare forme ordinate, di solito associate alla staticità. Un sistema dinamico può reagire alla fluttuazione o con un circuito di autobilanciamento (feedback negativo) per cui la configurazione già presente “resiste”, o con un circuito di autoamplificazione (feedback positivo) per cui l’instabilità aumenta e la fluttuazione anziché regredire invade tutto il sistema. Il punto in cui il sistema è “al bivio” tra vecchio e nuovo prende il nome di punto di biforcazione.

I sistemi dinamici sono descritti in matematica da equazioni non lineari, che i progressi nell’elaborazione informatica consentono di visualizzare graficamente attraverso immagini di traiettorie nel lungo periodo chiamate attrattori. Se gli attrattori fissi sono traiettorie in cui il sistema raggiunge un equilibrio, quelli periodici in cui oscilla periodicamente, esistono anche gli attrattori strani, che non si ripetono mai uguali a sé stessi.

Gli attrattori strani esibiscono una geometria frattale: se si ingrandisce una parte dell’immagine, si troveranno gli stessi pattern dell’intero. La struttura matematicamente più complessa che conosciamo è l’insieme di Mandelbrot, dal cognome del matematico che ha coniato il termine “frattale”.

L’emergere di forme nuove dai punti di biforcazione è uno dei tanti esempi della creatività intrinseca della vita, che negli esseri umani dotati di autoconsapevolezza, linguaggio e cultura si arricchisce di ulteriori sfumature e possibilità.

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La storia di cui parla questo articolo è stata individuata utilizzando un tool di intelligenza artificiale, Asimov, sviluppato da ASC 27 appositamente per Mangrovia. Il tool ci ha aiutato a scoprire la storia, ma il resto del contenuto che leggi e vedi è il risultato di processi creativi e sensibilità umane, e non è in alcun modo generato dall’intelligenza artificiale. Ecco perché usiamo l’intelligenza Artificiale in redazione!

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1. Morin E. (2004), Il metodo 2. La vita della vita, Milano: Raffaello Cortina, p. 270 ↩︎
2. Whitehead A. N. (1920). “Time”. Chapter 3 in The Concept of Nature. Cambridge: Cambridge University Press: 49-73. ↩︎
3. Morowitz H. (1992), Beginnings of cellular life, New Haven: Yale University Press, p. 88 ↩︎
4. Capra F. (1996), The web of life, New York: Anchor Books, p.228 ↩︎
5. Capra F. (2004), La scienza della vita, Milano: Rizzoli, p. 62 ↩︎
6. Maturana H., Varela F. (1987), L’albero della conoscenza, Milano: Garzanti ↩︎
7. Margulis, L. (1970), Origin of Eukaryotic Cells, New Haven: Yale University Press ↩︎
8. Capra F. (1996), op.cit., p. 245 ↩︎
9. Margulis L. e Sagan D. (1998), What is sex?, ‎Simon & Schuster ↩︎
10. Ibidem ↩︎
11. Ibidem ↩︎
12. Ibidem ↩︎
13. Prigogine I. e Stengers I. (1981), La nuova alleanza, Torino: Einaudi, p.171 ↩︎