L'origine della vita

Il tempo e l'incremento della complessità della vita

La complessità dei processi che hanno luogo in ambito cellulare è sconcertante, e costituisce una sfida per la mente umana. Tale complessità non è esistita da sempre, ma si è sviluppata attraverso un processo evolutivo che va dal tempo A, nel quale sulla Terra non esisteva alcuna cellula, al tempo B, nel quale erano già presenti i primi organismi unicellulari. I capitoli della storia che ha portato allo sviluppo del nostro corpo e del nostro cervello sono stati scritti a partire da quasi quattro miliardi di anni fa. Questa storia è tutta registrata nel corpo di ciascuno di noi, non come memoria accessibile alla coscienza, ma come istruzione informatica, indispensabile nella sua complessità a sviluppare ed a mantenere l'organizzazione del corpo umano, lo strumento vivente mediante il quale la coscienza può fare esperienza degli eventi della psiche. A causa dei limiti delle nostre facoltà percettive e dell'assenza di integrazione nella coscienza di tutte le funzioni inconsce, il nostro corpo ci può perfino apparire come un'entità aliena, e per secoli gli esseri umani hanno dissertato di corpo e di anima, senza sapere niente di affidabile né dell'uno né dell'altra. Grazie alla scienza, oggi almeno sappiamo qualcosa del corpo, e quel che sappiamo ci fa restare a bocca aperta per la meraviglia.

L'informazione: il fattore fondamentale dello sviluppo della vita

La complessità dell'organismo riguarda tanto gli esseri umani quanto gli animali ed i vegetali. Non c'è differenza, sotto questo aspetto, tra un uomo, un gatto o un albero. Si possono individuare alcune caratteristiche che distinguono gli esseri umani dagli animali, ma per ora, partendo dal livello cellulare, limitiamoci ad osservare come un elemento essenziale, che definiamo informazione, viene trasmesso ed incorporato negli organismi viventi. Per esempio, a livello di alcuni milionesimi di millimetro troviamo piccole molecole composte da poche decine di atomi (gli ormoni) che circolano facilmente nel nostro organismo e trasportano messaggi chimici, cioè informazione. Ma in cosa consiste l'informazione, che costituisce l'essenza stessa della vita, dalle forme più semplici alle più complesse? È una risorsa, che possiamo definire creativa, mediante la quale uno stato fisico si trasforma in un altro stato fisico diverso e più complesso in base ad una regola codificata. Essa presenta due aspetti fondamentali: il primo riguarda l'elaborazione e l'esecuzione di istruzioni, ed è rappresentato da quella serie di regole per cui, al variare di un insieme di condizioni ambientali, un sistema passa da uno stato ad un altro. Detto così sembra una cosa complicata, ma possiamo chiarirlo con un esempio molto semplice. Nelle strade ci sono dei lampioni che si accendono quando l'intensità luminosa esterna scende al di sotto di un determinato valore e si spengono quando l'intensità luminosa supera di nuovo quel valore, dunque di norma si accendono alla sera e si spengono al mattino. Sono collegati ad un semplice servomeccanismo dotato di un sensore, di un alimentatore che fornisce energia e di un interruttore che apre e chiude il circuito elettrico collegato ai lampioni. Il segnale dato dall'intensità luminosa, cioè dalle condizioni ambientali, determina lo stato del sistema: interruttore acceso o spento. Osserviamo che in questo esempio il funzionamento del servomeccanismo è del tutto automatico, ma lo strumento è stato messo a punto da un'intelligenza esterna che lo ha progettato in relazione alle condizioni ambientali, alle prestazioni richieste ed allo scopo per il quale il sistema è stato programmato.

L'altro aspetto riguarda la codifica e la trasmissione dell'informazione, che è rappresentata, memorizzata o trasmessa dalle variazioni di stato del supporto fisico. Pur non essendo costituita dal supporto, l'informazione viene influenzata dai limiti fisici del supporto, ed inoltre viene correttamente trasmessa solo se il trasmittente ed il ricevente condividono lo stesso codice. Se una persona parla, l'informazione contenuta nelle sue parole si trasmette attraverso la propagazione delle onde sonore nell'aria, oppure mediante un microfono, le modulazioni della corrente elettrica, gli amplificatori e gli altoparlanti: questi supporti fisici non costituiscono l'informazione, che invece è codificata nelle parole pronunciate da chi parla. L'ascoltatore può decodificare l'informazione solo se condivide con la persona che parla il codice della lingua in cui si esprime: per esempio, se ascoltasse la parola burro, la decodifica di un italiano gli farebbe venire in mente quella sostanza ricavata dal latte con cui si condiscono le pietanze, mentre uno spagnolo penserebbe ad un somaro. Dunque l'informazione è un'entità extra-fisica, non interpretabile in termini di massa-energia, ma pur sempre sottoposta alle leggi della fisica in quanto contenuta e trasferita tramite un supporto fisico: può essere creata e distrutta, e richiede energia per essere trasmessa o utilizzata.

Vediamo ora come interpretare, alla luce di questi cenni sull'informazione, le trasformazioni che hanno portato alla comparsa dei primi organismi viventi sul nostro pianeta. Utilizzando il meno possibile il termine molto impreciso di materia, quello che esiste nel mondo fisico sono le sostanze che si presentano in un certo stato (solido, liquido, gas). Queste sostanze sono formate da molecole, a loro volta costituite da atomi legati tra loro, e gli atomi sono energia organizzata secondo certe leggi. Un organismo vivente non è il risultato di una mescolanza accidentale delle sostanze che lo compongono. Il fatto che il nostro corpo sia costituito da tanti chili di idrogeno, di ossigeno, di carbonio, di azoto, di calcio, con una manciata di fosforo, di potassio e di magnesio ed una minima dose di ferro e di iodio e di altri elementi, non significa che le giuste dosi di tutte queste sostanze bastino a fare un organismo: ci vuole anche una quantità enorme di informazione, che è stata elaborata ed inserita negli organismi durante quei quattro miliardi di anni di evoluzione ai quali abbiamo accennato. Se paragoniamo gli atomi alle lettere di un alfabeto e le molecole delle sostanze di cui siamo composti alle parole formate con quelle lettere, è possibile avere un'idea del senso di tutta la storia solo mediante l'informazione contenuta in tutti i paragrafi del romanzo, a partire dal suo inizio. Quello che ci mostrerebbero i fotogrammi di un film è una storia nella quale ogni fotogramma mette in evidenza l'esistenza di sistemi più complessi rispetto a quelli presenti nei fotogrammi precedenti: sistemi, cioè, che implicano una maggiore quantità di informazione inserita ed operante al loro interno.

Ipotesi sull'origine della vita

L'idea che la scienza ci offre su come sia iniziato questo processo è più o meno la seguente: in un determinato ambiente si sono verificate in un certo periodo le condizioni energetiche affinché alcune sostanze, costituite da molecole semplici, si legassero tra loro per formare molecole più complesse. Ognuna di queste nuove molecole, che prima non esisteva e da quel momento in poi ha cominciato ad esistere, rappresentava una nuova sostanza, una nuova parola della nostra storia, e dunque un sistema contenente al suo interno nuovi elementi di informazione. Ma nel loro complesso queste nuove sostanze davano origine ad un mutamento ambientale che permetteva all'informazione di avanzare al livello successivo: si producevano così molecole ancor più complesse, contenenti al loro interno tutta l'informazione dei livelli precedenti, che modificavano ulteriormente l'ambiente. Un esempio di questo processo è dato dalla comparsa dell'ossigeno nell'atmosfera della Terra. Oggi né gli esseri umani né la maggior parte degli animali possono vivere senza ossigeno, ma fino a circa due miliardi di anni fa la presenza di questo elemento nell'atmosfera era minima. Furono le alghe unicellulari cianofite, presenti in enormi quantità nelle acque del pianeta, a produrre ossigeno come sostanza residua della funzione clorofilliana, ed in seguito l'ossigeno venne utilizzato nell'evoluzione degli animali per la produzione di energia.

Abbiamo visto che la trasmissione dell'informazione è determinata dalle condizioni ambientali, e che l'informazione si trasferisce all'interno di un sistema organizzato immerso in quelle condizioni ambientali. Questo vale dai più semplici precursori degli organismi unicellulari al nostro organismo, che è un sistema protetto circondato da un ambiente con il quale interagisce continuamente: è evidente la dipendenza della vita del corpo dalle condizioni ambientali. Sappiamo inoltre che la trasmissione dell'informazione nel mondo fisico ha richiesto tempo ed energia: c'è voluto più di un miliardo di anni per mettere a punto i primi organismi unicellulari procarioti, mentre le cellule dotate di nucleo fecero la loro comparsa circa 1.400 milioni di anni fa e gli esseri pluricellulari circa 600 milioni di anni fa. L'informazione presente nel sistema determina un potenziale di sviluppo, ma le condizioni ambientali, che hanno un carattere variabile ed aleatorio, possono favorire o bloccare tale sviluppo, oppure limitarne alcuni aspetti. Per esempio, anche se il seme di una pianta contiene al suo interno tutta l'informazione necessaria per lo sviluppo della pianta, un seme trasportato dal vento potrà andare a finire o in un luogo nel quale le condizioni ambientali (umidità, temperatura, terreno) favoriscono la sua germinazione (ma può sempre arrivare un uccello che se lo mangia, o una formica che se lo porta via), oppure in un altro luogo nel quale la germinazione non può aver luogo. Se consideriamo il seme come un individuo, cioè come un sistema chiuso, vediamo che anche se l'informazione che determina il suo sviluppo è incorporata nel suo interno, essa dipende in parte dalle condizioni ambientali esterne in cui il sistema si viene a trovare. E questo vale anche per tutto lo sviluppo successivo della pianta.

Gli organismi come sistemi informatici: origine dell'informazione

Proprio la progressiva complessità degli organismi viventi considerati come sistemi nei quali è incorporata una quantità di informazione sempre maggiore ci induce a chiederci da dove abbia origine quest'informazione. Non ha importanza qui il nome che vogliamo dare al processo, cioè l'etichetta che mettiamo sul barattolo: quello che ci interessa è conoscere il contenuto del barattolo. Come etichetta può essere usata la parola creazione, o natura, o evoluzione, o caso, a seconda dei gusti di ognuno, ma quel che ci interessa comprendere attraverso il modo in cui l'informazione è stata trasferita nel mondo fisico determinando l'evoluzione della vita sul nostro pianeta, fino al livello degli esseri umani, è l'origine dell'informazione. I principali processi che caratterizzano una cellula sono: la presenza di un confine chiuso (membrana), che separa un ambito interno (la cellula) dall'ambiente esterno; lo scambio di sostanze tra la cellula e l'ambiente ed il conseguente accrescimento dell'organismo interno; la capacità di riprodursi, e dunque di moltiplicarsi, una volta raggiunte determinate dimensioni. Il livello di organizzazione della cellula e della sua membrana è nettamente superiore a quello dell'ambiente esterno. Quest'ultimo tuttavia deve avere i requisiti adatti affinché la cellula possa sopravvivere, altrimenti essa andrebbe incontro alla propria distruzione. Tali requisiti consistono essenzialmente nella presenza di determinate sostanze e nella disponibilità di energia entro un range compatibile con le esigenze della cellula.

È evidente che i numerosi processi che hanno luogo all'interno della cellula vengono svolti in modo che possiamo definire intelligente, nel senso di programmato. Perfino gli impianti industriali più automatizzati progettati dall'intelligenza umana, presentano una complessità di livello inferiore rispetto a quanto si svolge all'interno di una singola cellula. L'intelligenza umana è in grado di comprendere e di progettare automatismi non dissimili, entro certi limiti, da quelli che operano nei sistemi cellulari, ma tali sistemi esistono ed operano, anche in modo autonomo, perché sono stati ideati e realizzati dagli esseri umani. La cellula non è certo stata progettata e realizzata dall'intelligenza umana, dunque esistono due possibilità: o fra il tempo X, nel quale un determinato sistema non esisteva, ed il tempo Y, nel quale invece quel sistema era diventato diffuso ed operativo, è intervenuta una forma di intelligenza, esterna alla dimensione fisica, dotata del potere di trasmettere progressivamente informazione all'interno del sistema fisico; oppure tutta l'informazione era già presente nell'universo, allo stato potenziale, fin dai primi attimi della sua esistenza (il cosiddetto big bang). Questa potenzialità, esistente al di fuori del tempo, si sarebbe trasferita nel mondo fisico col trascorrere del tempo: tra il tempo X ed il tempo Y si è attuato un processo evolutivo le cui potenzialità erano già implicite in tutti gli elementi ed i fattori presenti nel tempo X, ma per la cui attuazione era necessario che si verificassero condizioni diverse da quelle esistenti nel tempo X.

L'informazione come essenza creativa e come base dell'intelligenza

In entrambi i casi l'informazione è la quintessenza della creatività, l'indispensabile presupposto per l'esistenza di ciò che prima non esisteva. Nel suo insieme, anche la seconda ipotesi implica un costante incremento dell'ordine e dell'informazione all'interno di sistemi chiusi e definiti, e dunque richiede una comprensione più ampia, e forse una ridefinizione, del concetto di intelligenza. Infatti anche nel caso dei sistemi di automazione prodotti dall'intelligenza umana possiamo sempre individuare un tempo X, nel quale di tali sistemi non vi è traccia, ed un tempo Y (successivo ad X) nel quale tali sistemi sono stati realizzati. Nel tempo X non era possibile ideare o realizzare tali sistemi non per un deficit di intelligenza, ma per la mancanza delle risorse o delle conoscenze indispensabili alla loro realizzazione. È questa la ragione per la quale, ad esempio, i computer così diffusi ai nostri giorni non potevano essere realizzati un secolo fa. D'altra parte l'origine della stessa intelligenza umana resta per noi enigmatica, dato che nessuna delle specie animali diverse dall'uomo mostra, anche a livello ridotto, le capacità di comprensione, di ideazione, di progettazione e di realizzazione che si riscontrano nell'ambito della nostra specie, dove peraltro solo alcune delle organizzazioni e delle culture sociali hanno sviluppato le facoltà intellettive ad un livello adeguato alla progettazione ed alla realizzazione di alcuni prodotti tecnologicamente evoluti. Ed anche in questi sistemi socioculturali, non tutte le intelligenze individuali hanno lo stesso livello, anzi sono relativamente poche quelle in grado di ideare, progettare, organizzare e dirigere sistemi complessi, mentre la maggior parte delle persone agiscono come operatori di supporto, ed altri possono essere anche ostili al sistema stesso.

Intelligenza vitale e intelligenza umana

A livello di base, in ambito organico, una cellula può operare, svilupparsi e riprodursi altrettanto bene indipendentemente dal fatto che sia parte dell'organismo di un verme, di un cavallo, di un essere umano appartenente ad una cultura primitiva o di uno scienziato con approfondite conoscenze di biologia cellulare. Quanto all'origine della complessa organizzazione interna delle prime cellule, si tratta di un processo che si è svolto nell'arco di centinaia di milioni di anni: un tempo incomparabilmente lungo se messo a confronto con quelli richiesti dai processi di ideazione, progettazione e realizzazione da parte dell'intelligenza umana. Sembra evidente che si debba ipotizzare una relazione molto stretta tra il variare delle condizioni ambientali del pianeta Terra nel corso del tempo e l'attuazione dei processi che hanno portato allo sviluppo della vita, dato che gli stessi miliardi di anni sono trascorsi su altri pianeti senza che abbia avuto luogo alcun processo evolutivo simile a quello che ha portato alla comparsa della vita nel nostro mondo. Per questo la Terra, nell'ambito del suo sistema solare di riferimento, può essere a buon diritto definita un pianeta vivente.

Si deve però tener conto del fatto che, nell'elaborare uno schema interpretativo di quanto accaduto sulla Terra nelle più antiche ere geologiche, non sempre abbiamo a che fare con dati certi ed oggettivamente verificabili, ma dobbiamo fare riferimento anche ad ipotesi che abbiano un buon grado di affidabilità. A volte si riscontra un divario troppo elevato tra ciò che effettivamente esiste adesso (la struttura cellulare con tutti i processi che vi si svolgono) e l'iter ipotizzato per l'evoluzione del processo che ha portato alla formazione delle protocellule a partire dalle prime molecole organiche. L'affermazione, fatta nell'800 da Virchow, per cui «ogni cellula ha origine da un'altra cellula», non può essere evidentemente retrodatata all'infinito, e si dà per scontato che vi sia stato un arco di tempo, più o meno lungo, nel quale diversi componenti dell'attuale struttura cellulare hanno interagito tra loro senza che esistessero cellule vere e proprie.

Noi non siamo nelle condizioni di poter seguire il processo nel suo sviluppo progressivo a partire dalle origini, ma dobbiamo ricostruire l'iter che ha portato all'attuale complessità partendo da condizioni iniziali tali che, se per ipotesi un osservatore cosciente ma ignaro presente a quell'epoca fosse stato in grado di percepirle nel loro insieme, nemmeno con la più sfrenata fantasia avrebbe potuto immaginare uno sviluppo quale quello che poi si è verificato. L’ambiente originario della Terra, agli albori della sua storia, non doveva avere nulla in sé che lasciasse presagire un futuro così sorprendente: chi avrebbe potuto prevedere che, dal progressivo raffreddamento di un mondo caotico e magmatico, potesse emergere una Terra rivestita di mari e territori brulicanti di vita? È vero che tra questi due scenari è trascorso un periodo di miliardi di anni, ma nello stesso arco di tempo, come si è detto, su altri pianeti non è successo niente del genere. Dato che l’evoluzione non è un fatto scontato nella storia di un pianeta, alcuni scienziati ritengono che nel caso della Terra si siano presentate determinate circostanze ambientali molto particolari, che non potevano non dar luogo a tutta la serie di eventi successivi. Questa concezione considera lo sviluppo della vita sulla Terra come l’inevitabile ed automatica conseguenza della situazione originaria, costituita dalla dimensione e dalla composizione della Terra, dalla presenza e dalla composizione dell'atmosfera, dalla dimensione e dalla distanza del Sole, dal moto della Terra intorno al Sole, e da altri fattori.

Dunque, come ho già osservato, dobbiamo di necessità fare ricorso ad una delle seguenti due ipotesi per spiegare il processo che ha portato alla comparsa della vita organica: o l'intervento, quanto meno occasionale, di entità esterne dotate di una forma di energia intelligente che viene trasferita nel sistema Terra sotto forma di incremento di organizzazione e di informazione; oppure, in alternativa, l'attribuzione di una forma di intelligenza al processo in sé. Infatti, se attribuiamo un certo livello di intelligenza a noi esseri umani e poi vogliamo far derivare la nostra origine esclusivamente dal processo evolutivo, per coerenza dobbiamo attribuire allo stesso processo tutte le qualità di cui siamo dotati, ed anche quelle che emergeranno in futuro mediante il progresso dell'evoluzione.

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